绳索取心钻杆负角度螺纹扭矩计算分析和测试研究

分析了绳索取心钻杆负角度螺纹受力状态,以静力学和材料力学为基础计算了用于深孔绳索取心钻探的CNHT绳索取心钻杆螺纹应力情况和抗扭能力。同时,针对不同锥度和牙高的负角度螺纹进行了理论计算和静扭测试比对,理论计算结果与测试结果非常接近,确定了该计算方法的准确性,优化总结出抗扭能力较强的负角度螺纹参数。     

地质管材螺纹间隙及其计算

地质管材螺纹广义地说应包括所有井下钻具的连接螺纹。即：套管（及其接头）螺纹；岩心管（及其连接接头）螺纹；钻杆（及其接头）螺纹；钻头螺纹；扩孔器螺纹。目前，国内外广泛地以特殊梯形扣用于地质管材连接。其原因是：它与矩形扣相比较，特殊梯形扣能增大螺纹强度，便于加工，延长刀具寿命，增加密封面；与V型扣相比较，特殊梯形螺纹强度保持率高，耐磨，不易滑扣，易于拧卸。     

中心通缆钻杆及其在煤矿井下定向钻进中的应用

针对煤矿井下定向钻技术对钻杆的随钻测量通讯和强度要求,钻杆采用中心通缆方式,可实时传输钻孔随钻测量信号。采用高强度管材、特种螺纹丝扣结构、摩擦焊技术,可提高钻杆抗拉、压、弯、扭强度。并根据现场使用中存在的问题给出了解决方法。大佛寺煤矿随钻测量应用实例说明中心通缆钻杆满足最大孔深1200 m的随钻测量通讯和钻杆强度要求,朱仙庄梳状孔应用实例说明中心通缆钻杆满足最小弯曲半径54 m定向孔施工,哈沙图煤矿定向钻孔应用实例说明中心通缆钻杆满足急倾斜58?煤层定向孔施工。     

高强度薄壁CQ复合式钻杆

美国长年公司在1950年发明岩心钻绳索取心钻具时，遇到的一个技术关键是既要保证最大的岩心直径，又要能钻进数千英尺钻孔的具有足够强度的薄壁绳索取心钻杆。经过反复改进，终于发明了锥形螺纹的Q钻杆。这种螺纹与普通平螺旋相比，具有较高的抗拉、抗扭强度和较长的疲劳寿命。从1960年起Q钻杆在世界岩心钻探中成为标准产品。     

顶板高位大直径水平长钻孔配套钻具研制

针对煤矿井下顶板高位大直径水平定向长钻孔施工中常规钻杆出现粘扣、弯曲、断裂等问题,分析了钻杆柱的工作状态,建立了顶板高位大直径长钻孔钻杆柱受力模型和有限元分析模型,明确了钻杆失效的主要原因,通过优化螺纹牙型和接头连接形式,研制了φ73 mm高韧性高强度钻杆,解决了定向钻孔扩孔钻进时钻杆断裂、粘扣等问题,满足了顶板高位大直径定向长钻孔的施工要求。     

煤矿井下用φ73 mm高韧性高强度钻杆的研制及应用

针对常规外平钻杆在施工大直径定向长钻孔易发生断裂、弯曲黏扣等问题,分析其失效原因,优选了钻杆材料,研制出φ73 mm高韧性高强度钻杆（High Toughness and High Strength Drilling Pipe,HHDP）。通过性能检测和现场试验:钻杆整体抗扭能力达到20 kN·m,抗弯能力达到2°/3 m,施工大直径定向长钻孔时,千米扩孔进尺钻具事故率约0.26次/km,约为其他同规格钻杆的18%。      

金刚石绳索取心钻杆接头上扣扭矩的有限元分析

在分析S71绳索取心钻杆接头结构参数的基础上,建立了其上扣扭矩计算公式。给出了利用ANSYS对钻杆接头进行上扣扭矩影响分析的实现方法。所得结果与实际情况相符,可用于最佳上扣扭矩的计算及钻杆接头螺纹参数的优化研究。      

Ф〉73加强型非开挖钻杆的研制

本文主要通过分析接头螺纹的受力状况及有限元分析,从扣型,材质,热处理和工艺方案等多方面进行了独特的改进和创新,大大提高了非开挖钻杆的连接强度,减少了折断率,带来了良好的经济效益。     

煤矿用钻杆螺纹的研究现状及展望

钻杆是煤层瓦斯抽采、探放水和地质勘探等钻孔施工的主要装备之一。由于钻杆受力情况及使用环境复杂，使得因钻杆螺纹失效而导致钻孔孔内事故屡见不鲜。按不同结构分类方式，详细介绍当前煤矿用钻杆螺纹结构特点；总结螺纹应力分布和螺纹失效原因分析的研究现状，螺纹应力分布的研究方法主要有解析法、有限元法和试验法，螺纹失效主要原因包括疲劳破坏、脆断和粘扣等。同时分析了钻杆螺纹在设计、生产过程中存在的问题，包括基础研究不到位、制造技术滞后和钻探新技术对螺纹结构提出更高需求。并结合石油钻杆API螺纹和特殊螺纹的技术现状，探讨煤矿用钻杆螺纹的发展方向，包括开展大直径钻杆螺纹研究、开发煤矿用特殊螺纹、优化螺纹牙受力分布、研究动态循环复合载荷试验方法评判钻杆螺纹的性能等。      

提高钻杆接头螺纹强度的有效方法研究

以接触非线性有限元理论为基础，建立了钻杆接头螺纹非线性有限元分析模型。运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹外径对其强度的影响规律。研究结果表明，适当增大螺纹外径，可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态，接头螺纹整体强度提高约32%。     

正常固结黏土中平板锚基础的吸力和抗拉力

平板锚是新近出现的一种系泊深海浮式结构的基础型式。当黏土地基中的平板锚承受上拔力时,平板上、下表面超静孔压差形成的吸力使其抗拉承载力显著增加,对于风浪等快速加载条件尤其如此。利用有限元软件ADINA建立有效应力形式的轴对称动力有限元模型,研究圆形平板锚在缓慢加载与快速加载时的超静孔压分布与地基破坏型式。快速加载时重黏土和高岭土两组典型正常固结土样所得极限承载力系数与塑性极限分析解一致。进而通过变动参数分析,讨论加载速率和埋深对吸力和总抗拉力极限值的影响,并给出排水和不排水加载条件对应的临界加载速率。结果表明,不排水加载条件的总抗拉力可能达到排水总抗拉力的3倍。     

一种大直径反井钻杆接头螺纹参数的优化研究

采用有限元分析和正交试验相结合的方法对反井钻井用大直径钻杆的接头螺纹参数进行了优化研究。研究结果表明,外螺纹小端大径、锥度、牙侧角和锥部长度等参数对接头螺纹强度有显著影响,得到了各参数作用的主次顺序和不考虑交互作用条件下各参数的最优值。     

考虑剪切抗力的修正土钉单元及其应用

通常的有限元和有限差分分析方法都视土钉单元为只能承受单轴拉压的一维单元,不能承受弯矩。事实上大量土钉的剪切抗力对边坡稳定有着不可忽视的贡献。基于FLAC3D有限差分方法,提出了一种土钉单元剪切抗力的计算方法,并对某基坑土钉加固体系考虑和不考虑剪切抗力两种情况与实测值进行了对比分析,说明了土钉单元剪切抗力对边坡稳定的作用是不容忽视的,同时也说明提出的土钉单元的剪切抗力计算方法是合理的。     

Analysis of geocell-reinforced mattress with consideration of horizontal–vertical coupling

Geocell reinforcement has been increasingly applied to road embankment engineering. Deformation calculation is one of the major concerns during the design process. In this paper, the power-series method was employed to investigate the performance of a geocell-reinforced mattress under symmetric loads. The geocell-reinforced mattress was idealized as a beam on a Winkler foundation. In the analysis, the soil–foundation beam interface resistance, related to the horizontal deformation coupling with the vertical deformation, was considered. Semi-analytic solutions were developed to assess the deformations and internal forces of the foundation beam and verified against an existing finite element method [9]. The results of the proposed method were close to the results from the finite element method. Moreover, the effects of various factors, such as height of embankment, horizontal and vertical foundation coefficients, composite elastic modulus and height of geocell-reinforced mattress, on the foundation beam settlement and the tension force within the beam are discussed. It was found that the interface resistance related to the horizontal deformation of the beam has a reduction effect on the embankment settlement, and it is beneficial to reduce the embankment settlement by increasing the beam rigidity and strengthening the subgrade soil body.     

基于有限元修正节理岩质边坡稳定性计算的解析解

采用有限元方法探讨在人工开挖或自然侵蚀环境下,岩质边坡体内应力场的变化及节理发育形成机理,并采用有限元强度折减法对后缘具有张节理边坡的稳定性影响因素进行敏感性对比分析,进而得出具有非贯通节理边坡稳定性计算的修正解析解。结果表明：卸荷及风化作用导致边坡体由表及里出现应力重分布及应力集中的现象,使边坡后缘由顶部向下发育一簇竖直向下或略向临空面倾斜的张节理,当张节理与下部的缓倾剪节理贯通时,边坡发生破坏;边坡稳定性最敏感的影响因素为受剪节理的倾角及贯通度,其次是节理的强度参数;可将工程中较难调查的节理贯通度转化为节理的强度参数来等效表达,并根据Mohr-Coulomb强度准则推导得到适用于具有非贯通节理的岩质边坡稳定性的修正解析解。     

金刚石绳索取心钻杆接头螺纹的优化研究

金刚石绳索取心是一种高效优质、快速经济、应用广泛的钻探技术。我国绳索取心钻杆螺纹强度低,使用寿命短,钻杆折断事故时有发生,不能满足深孔钻进的需要。以接触非线性有限元理论为基础,运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹螺距及螺纹长度等参数对螺纹强度的影响规律,并实现了对螺距和螺纹长度等的优化。研究结果表明,适当增大螺距及螺纹总长度,可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态,优化后的接头螺纹整体强度提高约15.4%。     

桩底沉渣对嵌岩钻孔灌注桩承载性状影响研究

结合某嵌岩灌注桩工程,采用弹塑性有限元方法模拟桩底有沉渣条件下,桩底沉渣对桩的承载性状影响,分析有桩底沉渣情况下荷载-沉降曲线、桩身轴力和侧摩阻力、桩端阻力和总侧阻力的变化情况,有限元模拟荷载-沉降曲线与实测曲线相符,由于桩底沉渣的存在,大大降低了桩端阻力,从而降低桩的极限承载力,增大了桩顶沉降。     

齿坎式挡土结构物极限抗滑力研究

以齿坎式挡土结构物现场抗滑试验为研究对象,运用强度折减的有限元方法,研究了齿坎长度分别为0、0.7、1.0 m的挡土结构物的极限抗滑力和齿坎式挡土结构物的滑动破坏模式,以及位于软弱地基中齿坎在挡土结构物中的抗滑机理,提出了齿坎式挡土结构物的综合稳定性安全系数的概念。研究表明：理论研究结果能很好地表征现场试验成果;随着齿长的增加,齿坎式结构物由滑移破坏转变为倾覆破坏;强度折减的有限元方法进行挡土结构物的极限设计是完全合理的,该方法可应用于齿坎式挡土结构物的工程设计中。     

Parallelized combined finite-discrete element (FDEM) procedure using multi-GPU with CUDA

This paper focuses on the efficiency of finite discrete element method (FDEM) algorithmic procedures in massive computers and analyzes the time-consuming part of contact detection and interaction computations in the numerical solution. A detailed operable GPU parallel procedure was designed for the element node force calculation, contact detection, and contact interaction with thread allocation and data access based on the CUDA computing. The emphasis is on the parallel optimization of time-consuming contact detection based on load balance and GPU architecture. A CUDA FDEM parallel program was developed with the overall speedup ratio over 53 times after the fracture from the efficiency and fidelity performance test of models of in situ stress, UCS, and BD simulations in Intel i7-7700K CPU and the NVIDIA TITAN Z GPU. The CUDA FDEM parallel computing improves the computational efficiency significantly compared with the CPU-based ones with the same reliability, providing conditions for achieving larger-scale simulations of fracture.