高能射流式液动锤低阻高效冲锤结构研究

为了对SC-86H型高能射流式液动锤冲锤结构进行优化,应用CFD动态分析,对2种不同冲锤结构的射流式液动锤模型进行了研究。计算表明:在相同输入流量下,新型冲锤结构的射流式液动锤与原冲锤结构相比性能具有优势,冲击末速度得到了提高,冲击功与能量利用率平均增长7.9%与12.7%,新型冲锤结构减小了流体阻力消耗的能量,更有利于高能输出。另外,通过Ls-dyna非线性动力学分析,对2种冲锤结构的碎岩效果进行了研究,并对新型冲锤应力强度进行了分析。结果表明:新型冲锤结构的能量传递效率更高,且满足疲劳强度校核,相同冲击末速度下,岩层吸能值高于原冲锤结构;新型冲锤结构的吸能率较高,2种冲锤模型的吸能率随入射能量成非线性增长。     

高能射流式液动锤在花岗岩中的钻进研究

由于干热岩地层通常为火成岩,研磨性强、可钻性差,现有常规工艺方法钻进效率低,为此专门研制了用于干热岩钻进用的SC-86H型高能射流式液动锤,并对该高能射流式液动锤样机进行了地面钻进试验。试验采用可钻性等级为10级的完整花岗岩作为钻进对象,观测了冲锤质量、活塞行程和泵量对机械钻速的影响。试验结果表明:增大冲锤质量、活塞行程和泵量有利于提高机械钻速。试验过程中获得的最大机械钻速为5.19m/h,较常规回转钻进机械钻速提升显著。     

新型射流式元件结构设计与试验研究

射流式液动锤由于其具有钻进效率高、钻进深度不受限制等优点被成功应用于油气钻井领域。然而由于射流元件在复杂受力条件下极易破损,严重制约了射流式液动锤的使用寿命。为解决此问题,对射流式液动锤射流元件受力情况进行了数值模拟分析,通过分析射流元件内部应力场分布情况,得出了射流元件破损机理,并设计了新型两体式射流元件。模拟分析研究表明,采用新型两体式射流元件可将元件内最大应力值降低一个数量级,使射流元件受力情况明显改善,可有效地提高其使用寿命。     

基于LS-DYNA的射流式液动锤回程动力外传机构研究

设计一种改变冲击应力波在射流式液动锤内传播途径的结构,分析在不同传播途径中应力波衰减程度的改变,基于LS-DYNA显式动力学分析方法,对冲锤回程阶段进行仿真分析,探究冲锤回程冲击在液动锤内两种不同传播途径的模型中射流元件受到的应力变化。研究表明,动力外传机构通过避免对缸体上部的刚性碰撞,能大大降低射流元件所受到的冲击应力,并且外传机构的几何参数对应力的衰减也有一定的影响。     

液动锤套管起拔器的研制与应用

液动锤套管起拔器的原理是利用冲洗液作为动力介质,推动冲击锤产生振动,将机械应力波通过液动锤传至套管,使其松动后拔起。新研制的液动锤套管起拔器减轻了普通蛮力起拔方法对套管的损伤,节约钻探成本。本文介绍了双作用和正作用两种液动锤套管起拔器的起拔原理以及工作方法,并介绍了其在河北省遵化市西山带铁矿区进行野外试验中取得的效果。     

液动射流冲击器射流元件深井失效研究及对策

液动射流冲击器在深井模拟实验室进行了试验，其结果显示出了良好的应用前景，其可行性在实际应用中得到验证。但出现了一些问题。通过对不同液动射流冲击器射流元件在增加泵量的情况下进行实验。发现射流元件内部出现了水射流近似反射及脉冲现象；活塞及孔底岩石对元件的间接冲击会导致合金与射流元件胎体脱落；循环介质中的磨料粒子（来自硬岩、钻头），对元件进行切割；元件工作室内存在气穴现象，气泡的溃灭对元件造成损坏。为了防止射流元件失效。可采取加大喷嘴宽度、改变劈形、净化泥浆、加大冲锤质量及活塞行程、加缓冲器等措施。     

新型双作用液动锤的研究

针对传统射流式和射吸式液动锤在坚硬岩层中施工近水平孔或仰孔时效率低下的情况,根据普通液动锤的工作原理,设计了一种阀控式双作用液动锤。结合液动锤的结构特点,利用牛顿第二定律,建立了液动锤的活塞的动力学模型,编制了Matlab软件的M文件,对液动锤的活塞在回程和冲程阶段的启动性能进行了仿真分析;研制了1台Φ89 mm液动锤样机,进行了试验室和井下工业性试验,验证了液动锤的冲击性能与设计的合理性,为煤矿井下及隧道坚硬岩层的近水平孔或仰孔施工提供了一种可供借鉴的方法。同时,通过试验发现液动锤的配流元件容易出现划伤、变形等快速磨损问题,为液动锤的可靠性研究提出了新的方向。     

系列高效液动锤的研究与应用

传统的液动潜孔锤适应孔深较浅、孔径范围小。传统的正作用式液动潜孔锤阀、锤的工作弹簧对冲击能量影响大、弹簧寿命短,易损坏,其在不正常工作时将截断液流通道,必须提钻检查,否则将会出现烧钻事故;传统的双作用液动锤主要是靠锤、阀各自的上下活塞面积差产生的压力增高而工作,运动密封副多,对冲洗液质量要求高、运动阻卡几率大,固定式节流环对冲锤下行做功将产生一定的阻尼作用。YZX系列高效液动潜孔锤和SYZX系列绳索取心液动锤克服了传统液动锤的诸多不利因素,通过从基础理论研究、结构优化设计、产品规模开发,使我国液动锤技术得到了大幅度的提升,并作为一种高效、简便、节能的新产品,在生产实践中获得了良好的应用效果。     

液动锤技术及其应用前景

液动锤在钻探施工中具有能提高硬岩钻进速度、减小孔斜和提高岩心采取率等优点,技术成熟,应用领域正在拓宽。探讨了液动锤进一步改进的途径,并提出了包括向大功率和深部发展等应用前景。     

高性能液动锤的试验与研究

高性能液动锤采用容积式双作用的工作原理,具有输出单次大冲击功和低泵压的工作特性。室内实验表明,高性能液动锤结构设计合理,其性能和技术指标达到了设计预期,既能输出较大的单次冲击功,同时还拥有较高的冲击频率和低泵压的工作特性;野外初步试验表明,高性能液动锤配合球齿钻头能够在坚硬地层中实现快速、高效的全面钻进。     

基于LS-DYNA的大容腔潜孔锤钻头结构研究

提出通过大容腔结构改善潜孔锤钻头与冲锤质量比来提高液动潜孔锤钻进效率的方法,并应用LS-DYNA显示动力学分析手段,对常规潜孔锤钻头和新型大容腔结构潜孔锤钻头的碎岩效果及应力状态进行仿真分析,结果表明:采用大容腔结构减小潜孔锤钻头的质量,调整钻头与冲锤质量比,可明显提升碎岩效果;冲锤与钻头质量比由0.79变化到0.91,岩石碰撞过程中吸收的最大冲击能变化牢以及碰撞结束后的最终吸能变化率分别为41.13%和67.17%;两种大容腔潜孔锤钻头的受力均满足长期作业的疲劳强度要求,数值模拟计算结果表明,该钻头结构在施工中具备可行性。     

基于遗传算法的碟形弹簧优化设计

介绍了瓦斯抽放钻机动力头液压卡盘中碟形弹簧的设计;采用直接比较-比例方法来处理有约束遗传算法问题,并以载荷变化最小为目标建立了数学模型,进行优化得到了优化解。使用的优化方法对碟形弹簧设计有普遍意义。     

基于LS-DYNA的贯通式潜孔锤反循环钻头强度的优化分析

通体花键式贯通式潜孔锤反循环钻头在实际施工中尾部较易损坏,影响反循环钻头的使用寿命。为提高反循环钻头的使用寿命,对反循环钻头尾部结构进行了优化设计,并采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA对改进前后的反循环钻头进行了仿真分析。分析结果表明:由于在冲锤的高频冲击作用下,反循环钻头尾部易出现较大的局部应力集中,导致钻头体出现疲劳破坏;通过对钻头尾部结构设计优化后,与通体花键式反循环钻头相比,新结构钻头在无泄风槽情况下,应力集中值减小44%,在有泄风槽的情况下,应力集中值减小19%。数值模拟分析表明,优化后能大幅度提高钻头寿命。     

基于 LS -DYNA 的贯通式潜孔锤反循环钻头强度的优化分析

通体花键式贯通式潜孔锤反循环钻头在实际施工中尾部较易损坏,影响反循环钻头的使用寿命。为提高反循环钻头的使用寿命,对反循环钻头尾部结构进行了优化设计,并采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA对改进前后的反循环钻头进行了仿真分析。分析结果表明:由于在冲锤的高频冲击作用下,反循环钻头尾部易出现较大的局部应力集中,导致钻头体出现疲劳破坏;通过对钻头尾部结构设计优化后,与通体花键式反循环钻头相比,新结构钻头在无泄风槽情况下,应力集中值减小44%,在有泄风槽的情况下,应力集中值减小19%。数值模拟分析表明,优化后能大幅度提高钻头寿命。     

Research on the Mechanical Property of Non-standard Disc Spring for Drilling Tools

石油钻井工具常使用非标碟形弹簧缓冲振动,基于大变形弹塑性理论,使用有限元法分析了118 mm非标碟簧在加载过程中的力学特性。分析结果表明,随碟簧压缩位移增加,VonMises应力、周向应力、轴向应力、轴向变形量、周向变形量和厚度t轴向变形量呈非线性增大趋势。压缩位移小于2.5 mm时,碟簧未出现塑性变形;压缩位移为2.5 mm时,周向应力、轴向应力、轴向变形量和厚度t轴向变形量剧增,且碟簧发生塑性变形。对碟簧进行了刚度试验,压缩位移小于0.47 mm时碟簧刚度约为0.66 kN/mm,压缩位移大于0.47 mm时碟簧刚度值约为2.74kN/mm。结合数值模拟结果,建议单片碟簧的工作载荷应小于6.02 kN。该项研究结果表明,有限元法和碟簧刚度试验测定相结合,可以分析非标碟簧的工作力学特性,确定非标碟簧的最大工作载荷,为其科学使用提供依据。     

基于虚拟样机技术的液压模锻锤动态仿真研究

提出了利用虚拟样机技术(VPT)精确控制液压模锻锤锤头运动的方法。介绍液压模锻锤结构、工作原理及虚拟样机设计思路,基于Solidworks软件完成液压模锻锤零件的参数化实体建模和整机的虚拟样机装配,对锤头某一运动工况进行动态仿真,结果表明,可以得到理想的锤头运动过程参数,实现对液压模锻锤锤头工作过程的精确控制,为进一步实现液压模锻锤的数控化和柔性化奠定了基础。