YSZ-50型声频振动钻机的研制

声频振动钻进技术是近年来发展较快的新型钻探技术,主要利用声频振动头产生的高频振动力,引起钻柱系统的共振,并带来土体的局部液化,实现快速钻进和高质量地质取样。主要介绍了YSZ-50型声频振动钻机的结构设计、主要技术参数和特点以及取样试验。     

基于涡轮-转阀驱动的小直径水力振荡减阻器设计研究

小直径水平钻井在钻探中应用广泛,可以有效提高效率,降低成本。但钻柱与井壁之间存在较大的摩阻,导致出现托压现象,影响钻压传递,进而严重影响钻进效率。本文研究了一种基于涡轮-转阀驱动的小直径水力振荡减阻技术,通过振荡器的轴向振动,降低钻柱在钻井过程中所受阻力,提高钻进效率。文章从振动减阻器的研究现状、结构设计和实验结果等方面做了系统分析,得到实验结论:当泵排量相同时,振动频率越小,振幅越大,此时转速对压降影响较小。在转速保持不变的情况下,泵排量越大,振幅越大,且压降明显增加。这一研究成果可为该技术的发展提供一定参考。     

钻柱振动特性的仿真分析

钻进过程中,钻柱振动是不可避免的,而且钻柱产生振动的原因是多方面的。随着研究的深入,人们不仅认识到钻柱振动对钻井作业产生的负面影响,还认识到利用振动可以得到许多井下信息。运用一根钻杆模型,分析了其在不同工作状况下的振动特性,得到了钻杆在横向、纵向、扭转振动的多阶振型,以及对应的应力应变图。对照振型和应力应变图,联系钻井实践中各种钻柱失效形式,以期从中找出一些振动与钻柱失效的关联,更好地利用振动去解决生产问题。     

深部地质钻探孔内钻杆动力响应特性研究

深部地质钻探时,钻杆受力条件复杂,振动形式多变且剧烈。为认识钻杆的动力学特征,减少钻杆失效风险,提高钻进效率,建立了仅考虑纵向振动和扭转振动耦合作用下的深部地质钻杆动力学分析模型,并推导了钻杆固有振动频率公式,在此基础上,借助ANSYS软件进行仿真分析。研究成果表明:在纵向(扭转)振动下,随着模态阶数的增加,钻杆的轴向(角)位移变化越来越复杂;随着模态阶数的增加,钻杆的固有频率呈现线性增加;在相同模态阶数条件下,随着深度的增加,固有频率逐渐降低,但其降幅逐渐减小;当激振频率与钻柱纵向(扭转)振动固有频率相近时,钻杆的轴向(角)位移达到极值。     

绳索取心复合钻柱的动力学行为研究

绳索取心复合钻柱在岩心钻探“满眼钻进”过程中,钻杆易出现不同程度的划痕、压痕及磨痕等情况。本文利用非线性有限元方法,采用三维管单元对绳索取心复合钻柱拉压两处截面的涡动轨迹、涡动速度、横向振动、纵向振动规律进行了分析。结果表明：转速的增加和钻压的增大会显著增加钻柱与井壁的碰撞次数;在相同钻压条件下,随着钻柱回转速度的增大,钻柱与井壁的碰撞机率增加、接触轨迹增长,致使钻柱与孔壁的滑动摩擦机会增多;钻柱的涡动速度均值将随钻压和转速的增加而增大,转速大于钻压的影响;转速的增加则会加大钻柱的横向振荡频率,钻压的增大会增加钻柱横截面的纵向振荡幅值。     

钻柱恶性振动识别与抑制技术研究进展

钻柱振动问题在钻井实践中普遍存在,钻柱恶性振动是造成钻头、钻柱失效的重要原因,其会降低钻井时效,增加钻井成本。如何有效识别钻柱恶性振动并加以抑制是一个重要的课题,国内外对其开展了大量的攻关研究和工程实践。本文详细阐述了钻柱耦合振动的理论研究现状及最新发展趋势,对钻柱振动室内实验研究进行了总结,介绍了国内外井下振动监测装置、钻柱振动抑制工具研发与应用的最新进展;最后提出理论研究与室内试验相结合,研发钻柱动力学分析软件及井下振动识别监测工具,配套合适的抑制、减振工具是解决钻柱恶性振动问题的主要方法;同时建议开展振动抑制一体化解决技术的研究。     

TGSD-50型声频振动取样钻机的研制

声频振动取样技术是近年发展速度较快的适用于土壤环境地质取样的新型取样技术,是利用声频振动头（激振器）内对称分布于钻机输出轴两侧的两个激振锤同步旋转产生的高频振动力（50~200 Hz）振动钻杆或外套管钻进。主要介绍了TGSD-50型声频振动取样钻机的结构设计、主要技术参数和特点。     

高频振动回转顶驱的研制

为满足城市地质大调查复杂地层钻进的需要,研制了JDD-100型全液压钻机高频振动回转顶驱。该顶驱具有回转钻进、高频振动钻进、高频振动回转钻进功能。对顶驱的回转机构和振动机构进行了全面系统的设计,运用ADAMS动力学仿真分析软件对高频振动回转顶驱的工作过程进行了动态仿真分析。试验表明,该装置结构设计合理,钻进效率高,工作寿命长,满足了城市地质大调查复杂地层高效钻进的要求。     

4000 m岩心钻机桅杆结构设计与有限元分析

桅杆是钻机的重要组成部分,本文对勘探技术研究所自主研制的4000米岩心钻机桅杆进行结构设计,在Solidworks中完成桅杆的建模,运用ANSYS Workbench对桅杆装配体进行有限元分析,完成对桅杆结构强度和刚度的校核,并对其进行模态分析,得到前10阶固有频率和振型,与激振源进行对比,分析发现第1阶、第2阶固有频率与钻机转盘和起升系统频率有重叠,可能会发生共振,通过调节钻机转盘和起升系统转速避免发生共振,振动时最大变形处变形量较小,说明桅杆结构设计合理,能够满足实际应用要求,具有一定的工程应用价值。     

车装全液压钻机桅杆模态分析及拓扑优化

车装全液压钻机具有自动化程度高、工艺适用范围广、机动性好及施工效率高等优点,因此被广泛应用于煤层气抽采井、水井等钻井施工。桅杆作为钻机的重要构件,支撑着动力头的回转钻进工作,桅杆工作振动的稳定性对钻机工作的可靠性具有十分重要的影响。通过对桅杆进行模态分析,明确了桅杆的固有频率和模态振型,结果表明桅杆可能发生共振现象;通过对桅杆进行拓扑优化分析,并且根据桅杆的实际功能,得到优化模型,静力分析和模态分析结果均表明优化效果显著,满足结构强度要求且避免了共振的发生。桅杆的有限元分析,为桅杆的结构设计提供了理论支撑,同时提供了一种现代机械结构设计方法,具有一定的参考意义。     

深部地质钻探钻柱失效行为分析

国家的“三深一土”规划确定全面开展深地探测,而在深地探测中钻柱是最重要的连接纽带,其长期在充满钻井液的井眼内工作,受力十分复杂,且受腐蚀、磨损、温度等影响,极易发生钻柱失效事故,造成重大经济损失。研究发现,振动是引起钻柱失效的主要原因,但是深部地质钻探中除了振动引起钻柱失效外,还包括钻柱质量因素、人为因素、钻井质量、套管下入因素、测斜因素以及钻井液因素引起的钻柱失效,本文针对这些影响因素提出了对应的预防措施。同时随着地质钻探井深的不断加深,地质钻探钻柱动力学研究会变得越来越重要,这就需要地质钻探人员在充分考虑地质钻探钻柱失效影响因素的前提下,加大对地质钻探钻柱动力学的研究,以更好地保证深部地质钻探的顺利进行。     

国内振动钻机的发展及应用

振动钻进是指两个对称布置的等质量偏心体反向旋转产生离心力,水平分力抵消,竖向分力叠加,形成的激振力将物件沉人地层的一种钻进方法。依此原理制造的国内振动钻机经历了自20世纪80年代的机械传动式向21世纪初全液压驱动方式的转变,振动器结构型式经历了由低速单液压马达驱动一个偏心体、通过齿轮啮合传递到另一个偏心体的中低频振动器向高速双液压马达独立驱动两个偏心体的高频、超高频振动器的发展历程。举例重点介绍了近年来发展迅速的YSZ-50型钻机超高频振动钻机的取样应用情况,应用表明,该钻机钻进速度快、取样质量高,具有良好的市场发展前景和广阔的工程应用价值。     

TGQ背包式取样钻机的研制

目前在普查踏勘阶段,地质工作者要求随时随地取样,迫切地需要迁移便捷、快速钻进、高效高质的便携式取样钻机。本文介绍了研制的TGQ背包式取样钻机的参数、特点及试验情况。该钻机体积小、质量轻、结构设计合理,具有高、低两挡转速,可以实现金刚石钻进、螺旋钻进工艺,可以进行斜孔钻进取心,可以解决复杂地层的取样问题。钻具采用高强度的材料,钻杆采用插装式快速连接结构,提高了加减钻杆的效率。钻机的研制打破了国外背包式轻便钻机对我国市场的垄断。     

实验室金刚石钻机的自动控制及其野外应用的前景

钻机自动控制的基点在于自动检测钻机的转速、钻压、钻头功率、钻进速度、进尺以及冲洗液量，并能控制钻机的转速、钻压和限制钻进的速度。它所用的控制装置为一台小型的模拟计算机。     

青海夏日哈木矿区地层钻进特点与钻探工艺研究

夏日哈木矿区地层复杂,在青海祁漫塔格重点成矿带具有一定的代表性。该矿区地层呈脆性,坚硬并且破碎,部分钻孔钻进过程中存在钻头寿命低、钻进效率低、孔内事故多等问题。针对该矿区地层特点及钻进难点,在总结以往工作经验基础上,对钻头选型及参数选取、钻机选择及时效分析、钻具振动及处理、钻井护壁及堵漏、钻孔结构设计及施工等方面进行分析并提出综合应对技术措施。     

ROCK-600型钻机在小秦岭金矿田勘探中的应用

ROCK-600型钻机是一款适合地质勘查需求的便携式钻机,适用于金刚石绳索取心等多种钻探工艺方法。以河南省小秦岭金矿田观音峪矿区钻探施工为例,介绍了ROCK-600型钻机的使用情况,根据矿区地层条件及钻孔设计要求,合理地选择了钻压、转速及泵量,提高了钻进效率,并对钻机在钻进作业过程中存在的不足提出了一些改进建议,以便该钻机能在不同矿区应用中发挥更大的作用。     

相山地区河元背深部钻探工程钻柱扭矩分析

钻探过程中钻柱向孔底传递荷载,承受着拉、压、弯、扭、振等复杂的应力,其中钻柱所承受的工作扭矩是决定其安全的重要参数之一,需要定量分析,但在实际工作中,钻柱扭矩的直接测量十分困难。本文通过建立适当的扭矩计算模型,结合相山地区河元背深部钻探工程CUSD2井测量的相关钻进参数进行扭矩计算,并与实际间接测量的扭矩进行拟合对比分析,在验证模型可靠性的基础上,进一步分析了孔径变化对钻柱扭矩的影响以及钻进过程中扭矩消耗的分布规律,并提出了钻柱扭矩控制的建议。     

基于单片机的钻机参数监测仪的研制

针对目前国内资源勘探钻机的钻进参数在实时显示等方面的不足,设计并实现了一套基于MSP430单片机的集钻机的钻进深度、钻进速度、钻进功率、转速、提升/钻进力、扭矩、空压机风量和空气压力等参数的检测系统。实际实验结果:钻进深度检测精度为1 cm,压力检测精度为1%FS,转速检测范围为0~1000 r/min,钻进/提升力为0~1000 kN。     

JSL-30型钻机钻进参数检测系统的研究

钻进参数检测对钻进参数优化、钻机设计、钻进工艺研究具有重要作用.结合JSL-30型钻机结构和工作原理,研制了适用于振动条件下的钻进参数检测系统.经检验,检测数据准确可靠.     

深孔岩心钻机设计中的若干问题

由于地质找矿工作逐渐转向深部地层，以及石油和天然气钻井有采用超小口径的趋势，预计今后若干年内，深孔岩心钻机将会得到蓬勃发展。众所周知，石油或天然气钻井的口径比较大，所用钻具的规格和钻机能力都较大，钻进成本也较高。有人把钻进能力同样为1000m的地质勘探钻机和油井钻机作了对比，备项技术指标如表1。