冲击回转挤密钻头及钻进方法的研究

在高层建筑和地下工程的地基加固而进行的土层锚杆施工中，采取圆锥形冲击回转挤密钻头与气动潜孔锤结合，形成了冲击回转挤密成孔的钻进方法。通过在回填土，淤泥质亚粘土，亚粘土和粘土地层中采用该方法获得不同钻进速度的比较，对影响钻进速度的因素，圆锥形冲击回转挤密钻头在钻进过程中同钻头前方土层的相互作用及土层性质变化进行分析，指出圆锥形冲击回转挤密钻头的缺点及适用条件，并提出对该钻头结构的改进方案。     

潜孔锤冲击挤密钻进成孔法的探讨

探讨了潜孔锤冲击挤密钻进成孔法的产生、钻进机理及其优点，并就该成孔法在锚杆孔施工中所存在的问题，从理论上进行了分析研究，并据此设计了两种结构的挤密钻头。     

可控土层挤密非开挖管线铺设方法及应用

介绍了4种方向可控的土层挤密式非开挖管线铺设方法：可控冲击矛挤密工法、可控冲击矛水平钻进技术、先导式土层挤密施工技术和土层挤密式微型隧道施工技术。同时，还对各种施工方法的使用条件和应用情况作了简要论述。     

凸轮型冲击旋压钻头成孔机理研究

挤密钻头是潜孔锤冲击挤密钻进技术的关键所在,其结构形式直接影响着钻进效率、成孔质量和应用效果。应用非线性有限元理论,对动载荷作用下土体的弹塑性和压缩性的变化规律进行了分析。研究发现,常规钻头在冲击挤密钻进过程中产生的桩效应是导致钻进效率降低的主要原因。为了克服桩效应的影响,利用ANSYS/LSDYNA软件对阶梯式钻头和凸轮旋压钻头的钻进过程进行数值模拟分析,并通过实钻试验进行验证。数值模拟分析和试验结果均表明：凸轮旋压钻头能够有效避免钻进过程中土体回弹问题,降低桩效应对钻进效率的影响。试验结果与模拟结果相吻合,表明数值模拟的结果相对可靠。     

仿生冲击挤密钻头的研究

为了提高冲击挤密钻头的进尺速度和降低冲击损耗,基于仿生非光滑理论设计了仿生冲击挤密钻头,通过数值模拟分析揭示其破土受力特性,制备出仿生冲击挤密钻头并进行试验。以自然界生物蜣螂为仿生原型,在冲击挤密钻头表面有规律地布置凸包非光滑形态,并进行相关实验,结果表明:与同尺寸的常规冲击挤密钻头相比,仿生冲击挤密钻头的单次冲击进尺提高约45%,单位进尺所需冲击能量下降46.8%,可大幅缩短冲击挤密钻孔的钻孔周期、节约钻孔成本,社会和经济效益显著。      

砂卵石层旋冲挤密钻进机具研究与应用

针对松散地层自稳能力差,因钻孔掉块、缩径等引起提钻遇卡的问题,设计了PDH-130型新型双向旋冲挤密钻具,利用浮动芯管改变活塞配气行程,实现正向冲击回转挤密钻进及提钻时的反冲击功能。根据现场试验情况,对双向冲击矛结构进行了改进,以满足砂土、砂卵石等复杂地层旋冲挤密钻进施工要求。     

液动冲击回转钻头的合理使用

在分析液动冲击回转钻头工作条件的前提下,提出了正确使用合金钻头和金刚石钻头的方法:合金钻头底出刃高差应不大于0.1mm,内外径公差不超过土0·1mm,钻头修磨时应使切削具刃角和前角保持不变;天然表镶金刚石钻头应先用回转钻进方法钻几个回次,然后用于冲击回转钻进;天然或人造金刚石孕镶钻头则适宜于冲击回转和回转两种钻进方法交替使用。      

冲击回转碎岩机理试验研究

在模拟孔底冲击回转钻进条件的试验台上，对岩石的冲击回转碎岩机理进行了试验研究，提出了大直径潜孔钻头的合理布齿及钻进参数选择依据。     

冲击回转挤压成孔方法及凸轮型挤压钻头

在冲击回转挤压成孔的钻进中通常采用圆锥型的挤压钻头,这种钻头在松软地层中的钻进效率很高,但在高围压下的中、硬塑性地导中的钻进效率明显降低。针对这一问题,分析了地层因素对钻进效率的影响及其原因,针对圆锥型挤压钻头存在的问题,设计了凸轮型挤压钻头。并指出了冲击回转挤压成孔钻进方法的适用范围。     

MZ150型锚杆钻机的工业性试验

ＭＺ－１５０型锚杆钻机是针对我国锚杆施工市场需求而设计的一种小型全液压钻机。通过长螺旋钻进,冲击挤密钻进及风动冲击回转钻进３种钻进工艺方法的工业性试验证明,其各项技术参数达到了设计要求,完全适合于我国锚固工程施工要求。     

金3井混镶金刚石钻头的设计与应用

针对东北地区金3井沙河子组致密泥岩和砂砾岩互层,地层软硬交错、研磨性强,钻进机械效率低,钻头寿命短的问题,通过改进胎体配方、采用耐磨的混镶金刚石热压镶嵌齿作为切削齿、优化了钻头的切削结构、采用CFD软件进行钻头水力结构模拟与优化,研制了混镶金刚石钻头（ NR826M）。所设计的钻头在金3井共使用了3只,总进尺784.69 m,钻头平均机械钻速1.03 m/h,单只钻头最高进尺295.03 m,钻头寿命是牙轮钻头的6.5倍,机械钻速是牙轮钻头的1.5倍,为该井缩短了钻井周期40天,降低了钻井施工成本,也为该地区同类地层的钻头选型提供了更多的选择。     

全尺寸PDC钻头复合冲击破岩机理的有限元分析

针对坚硬地层破岩效率低、钻具粘滑振动造成钻头寿命降低等问题,通过ANSYS有限元分析软件对全尺寸钻头复合冲击破岩机理进行研究。分析了冲击频率、钻压和转速对钻头破岩效率的影响,通过分析发现钻头破岩过程中,岩石内部既存在拉应力,也存在压应力,岩石破坏表现形式为“拉伸+压剪”的综合作用破坏。研究得出在扭转冲击频率为25 Hz条件下,此时轴向冲击的最佳频率为13 Hz,在这2种冲击频率的配合下机械钻速最快;钻压对机械钻速影响较大,两者呈线性正相关关系,并回归出有无冲击载荷条件下钻头机械钻速与钻压的变化关系式;转速对机械钻速的影响较小,两者呈微增趋势,分析认为是坚硬岩层使PDC钻头变切削为研磨状态导致机械钻速变化不大;复合冲击在地层钻进中能明显提高机械钻速。全尺寸PDC钻头复合冲击破岩机理研究对于钻进效率的提高和复合冲击技术的发展具有重要意义。      

低温电铸孕镶脉冲钻头及其水力性能数值模拟

对于特别坚硬、研磨性强、互层频繁、含有石英和砾石夹层的地层, PDC钻头无法钻进, 机械钻速较低, 且破坏形式磨损快, 复合片容易破裂, 因此寿命很低.而牙轮钻头钻进也因为该类地层坚硬等缘故, 钻进效率很低, 并容易造成孔内掉牙轮等事故出现.针对这种问题, 研制了一种低温电铸孕镶脉冲石油钻头, 对钻头的流场进行了数值模拟.该钻头在现场的应用表明, 它具有寿命长、机械钻速高的特点.      

坚硬地层NBS高效孕镶金刚石钻头的研究与应用

介绍了一种NBS高效孕镶金刚石钻头,该类型钻头通过向胎体配方引入一种NBS材料,该材料与胎体结合强度强,晶型锐利,室内微钻试验及野外试验结果显示,该类型钻头可大幅提高钻进中弱风化坚硬岩石的钻进效率,且钻头寿命较以往技术有很大提高。     

液力衡扭旋冲提速工具及其在达深16井的应用

大庆油田深部地层岩石坚硬、研磨性强,运用常规手段钻进,单只钻头进尺少、寿命短且机械钻速较低。应用液力衡扭矩提速工具,有效解决了这些问题,显著提高了机械钻速和单只钻头的进尺。通过达深16井的现场试验证明,该工具能够使钻头的破岩方式在剪切的基础上附加机械冲击和高压水力脉冲,有效提高PDC钻头剪切岩层的效率,为深井提速提供了一种有效的手段。     

坚硬致密“打滑”地层新型自锐金刚石钻头的研究

针对坚硬致密“打滑”地层研制了一种新型自锐金刚石钻头。室内微钻试验及现场钻进试验均表明:在钻进极坚硬致密“打滑”地层时,相对于普通金刚石钻头,新型自锐金刚石钻头可提高钻头机械钻速1～3倍,且钻头寿命相对较高,为攻克“打滑”地层提供了一种有效的碎岩钻进工具。     

南海西部海域难钻地层特征及破碎机制研究

近年来,南海西部海域部分油田的下第三系地层机械钻速较慢,严重影响了勘探开发进度,为了降低钻井成本,增加钻井时效,必须掌握该海域难钻地层的特征及破碎机制。首先开展了岩屑矿物组分测定,结合录井资料,掌握了南海西部海域难钻地层的岩性特征。在对难钻地层的破坏强度、硬度、塑性系数、可钻性、研磨性等相关参数室内试验的基础上,建立了该地层岩石力学参数的预测模型,并基于30口测井的资料建立了难钻地层抗钻特性剖面和南海西部海域三维可钻性剖面,揭示了区域难钻地层的分布情况及抗钻特性;为解决难钻地层的工艺技术难题,还进行了难钻地层PDC钻头的破岩机制试验研究,研究了PDC钻头牙齿齿形、钻压和转速对破岩效率的影响。研究发现：北部湾盆地建议提高钻头的攻击性,并采用高转速的动力钻具复合钻进方式;珠江口盆地应提高钻头复合片的耐磨性,采用较高钻压和合理顶驱转速,为更好地控制钻井成本和提高钻井综合经济效益提供技术指导。     

哈萨克斯坦KKM油田钻具强稳降振提速技术研究

KKM油田下部砂泥岩互层非均质性强导致井下钻具振动剧烈、PDC切削齿寿命低,且井眼易偏斜。目前在用PDC钻头多采用5刀翼或6刀翼16 mm切削齿以降低井下振动保证PDC钻头寿命,但降低了钻头攻击性导致机械钻速较低。针对KKM油田下部地层特点,优选了4刀翼19 mm复合片PDC钻头。该钻头具有较高的破岩效率和攻击性,可大幅度提高机械钻速;同时通过底部钻具组合动力学分析,优化形成了双稳定器+单稳单弯（0.5°）钻具组合,3个稳定器串联具有较强的稳定降振作用,配合小弯角螺杆钻进可有效提高防斜能力,降低了井下振动,配合大尺寸聚晶金刚石复合片PDC钻头实现了三开井段一趟钻完成的目标,机械钻速提高115.35%。     

垃圾渗滤液有机污染组分在包气带中衰减规律的模拟研究

用若干土柱模拟试验研究了垃圾渗滤液有机污染组分在不同岩性、不同厚度包气带介质中的运移规律,并计算了有机污染组分在包气带中运移的有关水化学迁移参数(阻滞因子R和水化学迁移率E).结果表明,有机污染组分在不同岩性介质中的R值顺序为:粘土＞亚粘土＞砂土,在相同岩性中随着厚度的增加R呈正相关增大.从而为评价和预测垃圾场对地质环境影响提供技术参数,并为垃圾场的选址提供理论依据.