井下动力钻具轴承发展现状调研

井下动力钻具用轴承承受着冲击、摩擦、腐蚀等恶劣工况,其可靠性和寿命对保障钻进的顺利进行至关重要,是井下钻具的关键部件之一。本文对井下动力钻具常用的止推轴承、扶正轴承进行了详细调研,分别对金属滚动轴承、滑动止推轴承和扶正轴承等发展现状、主要特点、发展趋势等进行深入分析,并指出了井下动力轴承的发展与改进方向,可为其选用提供参考。     

鼓丘和巨型冰川线理的冰川摩擦学:剥蚀和沉积的争论之谜得到解决?

冰流是指冰盖中快速流动(高达10 km/a)的区域.冰流通常长达1000 km,宽200 km,嵌入在冰盖中.沿其流动方向形成了低幅度波纹状基岩床.这些波纹状基岩床由一些高度拉伸的沿着流向呈平行状分布的脊和沟槽(巨型冰川线理)组成.这些巨型冰川线理在空间上继承自体积大、拉伸程度低的鼓丘.由于鼓丘核部的地质条件复杂多变且不存在特征性的岩相,同时很难直接观察到现代冰盖下鼓丘的形成,因而鼓丘的起源在世界上仍然是未解之谜.基于新的高分辨率(0.5 m)LiDAR数据绘制的地形图和对更新世古冰流岩床进行野外地质考察表明,鼓丘和巨型冰川线理是底形连续体(后者由前者演化而来).它们由基岩或部分岩石和早期较老的沉积物组成,基于此部分学者提出了鼓丘的侵蚀起源说.本文重点介绍了类似鼓丘和巨型冰川线理的椭圆-流线型和带有沟槽的表面,这些表面广泛形成于多种非冰川的地质环境中(无论是在地球上还是在火星上),它们是由于受限剪切作用下颗粒状碎屑对基底面的磨损所产生的.变质核杂岩中的大型滑脱断层和俯冲带巨型逆冲断层的表面显示出槽状表面,其形状和规模能够与巨型冰川线理相类比.多尺度的断层面上都表现出了逐渐消除的类似鼓丘状的"椭圆形凸起",形成带凹槽的岩石光滑面,从而减少了阻力并允许继续滑动.现代冰流岩床记录的冰下地震的独特"纹理"与凹槽内基底面遭受的局部侵蚀和剪切一致,冰下地貌特征加强了与断层运动学的联系.火山碎屑流、陨石撞击坑周围的溅射毯以及滑坡和块体搬运沉积体系的滑动,它们的下垫面都会形成类似巨型冰川线理的沟槽.在人造和生物材料的摩擦接触表面上,也可以重现这些由粒状"磨损碎屑"(被定义为"第三层")切割形成的类似鼓丘的椭圆形凸起和类似巨型冰川线理的沟槽表面.因此,我们提议将鼓丘和巨型冰川线理作为冰川动力学研究的相关组成部分,可以称之为"磨损痕迹"或者"流向剪切痕".它们是由于不同的冰流速度拖曳粗颗粒的变形冰碛物切割底面(沉积物或者岩石(或其他岩相组合))形成的.地学界颇具争议的鼓丘-冰川线理成因谜团已逐渐清晰.     

钻具切割用聚晶立方氮化硼刀具的摩擦学研究

在钻探工程中遇到孔内事故时,经常采用割刀来切割事故钻具,然而在切割事故钻具的同时也会涉及到切割周边岩石的问题。本研究针对刀具切割岩石的复杂工况条件,设计了不同退火温度下的聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride Compact,简称PCBN）复合片对磨Si₃N₄球的摩擦磨损试验,采用了光学显微镜和X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）等表征方法,分析了退火温度对PCBN的影响和PCBN对磨Si₃N₄球的摩擦学行为。结果表明：高于800 ℃退火处理,PCBN粘结剂氧化生成TiO₂。当800 ℃退火的PCBN对磨Si₃N₄球时,出现轻微的粘着磨损;900 ℃退火的PCBN对磨Si₃N₄球时,粘着磨损现象加重;然而,1000 ℃退火处理后,磨痕处磨粒磨损和粘着磨损共存。且PCBN对磨Si₃N₄球时,摩擦系数与退火温度有关。     

整体式螺旋钻杆的研制及应用

针对焊接式螺旋钻杆配合风压钻进松软煤层时,易出现螺旋翼片开裂、脱焊及不耐磨等现象,导致成孔难甚至报废等问题,通过铣屑方式在厚壁管材中加工出螺旋槽,改进钻杆接头,对螺纹进行表面处理,研制出整体式螺旋钻杆。简要介绍了整体式螺旋钻杆设计和加工流程。在淮南潘一矿的试验结果表明:整体式螺旋钻杆具有良好的综合机械性能,成孔能力强,使用寿命长,既可替代焊接式螺旋钻杆在松软煤层中进行风压钻进,也可替代常规外平钻杆施工岩石钻孔。      

超声波冷锻与阳极氧化处理铝合金钻杆摩擦学性能研究

恰当的表面工程技术是实现长寿命、高可靠性、高耐磨性铝合金钻杆的关键技术之一。本文选用超声波冷锻技术(Ultrasonic Cold Forging Technology,UCFT)和阳极氧化技术(Anodic Oxidation,AO)对铝合金钻杆材料(7E04)进行表面强化处理。在球盘摩擦磨损试验机上对UCFT和AO处理前后铝合金的摩擦学性能进行表征,选取Zr O2硬质材料的对磨球。结果表明,经UCFT处理后样品表面形成了约为100μm的塑性变形层,表面晶粒细化至56 nm;经AO处理后样品表面生成了多孔的氧化物层,其厚度约60μm;UCFT处理与AO处理均不同程度地提高了样品的表面硬度和耐磨性;且AO处理能有效降低样品的摩擦系数;与未处理的样品表面发生了磨料磨损、粘着磨损和塑性形变不同,UCFT处理的样品呈现出典型的粘着磨损形貌,AO处理的样品主要为疲劳磨损形式。     

盾构机刀盘磨损修复技术的应用实践

刀盘是机械化盾构机的掘削机构,具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌渣土等功能,并承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用,其工作状况非常恶劣.因此,刀盘在盾构推进过程中将会不可避免地出现磨损.通过工程实例,介绍了盾构机刀盘磨损修复的技术应用.     

深海采矿扬矿泵导叶区域粗颗粒通过特性试验研究

在深海采矿系统中,海底矿石必须经过扬矿泵才能提升到海面船上,但矿石粒径较粗,容易在泵体中形成堵塞,尤其是在扬矿泵导叶区域,因此,研究粗粒在导叶中的运动特性对于保障系统安全工作具有重要意义。针对深海矿物粒径较大的特点,设计并制作了具有宽流道的扬矿泵流道模型,安装于管道输送试验系统。利用高速摄像机对扬矿泵导叶内粗颗粒运动特性进行了记录,并对其运动轨迹、碰撞情况以及颗粒速度等信息进行了分析。结果表明:颗粒在通过导叶区域时,运动轨迹与水流流向基本一致;颗粒与导叶发生碰撞位置主要集中于导叶背面入口处、导叶压力面中部和导叶背面出口处;颗粒粒径越小,跟随性越好,碰撞次数越少。试验结果可为扬矿电泵设计提供参考。     

PDC钻头综合受力模型的试验研究

模拟钻头上的切削齿的不同的切削断面形状、重叠切削状态及磨损状态,利用PDC切削齿对多种岩样进行了切削试验,研究了切削面积、接触弧长、切削齿后倾角、岩石抗钻强度、切削齿磨损高度等因素对PDC切削齿受力的影响规律。结果表明,切削面积相同情况下切削齿受力随接触弧长、岩石可钻性极值、切削齿磨损高度分别呈线性,幂函数和指数函数趋势变化;切削齿受力最小的后倾角在5～10°区间内。引入弧长系数、磨损高度系数,建立了PDC切削齿综合受力模型。根据力的平衡原理,推导得出完整的PDC钻头受力计算模型,为PDC钻头优化设计和合理使用提供了理论依据。     

减少旋挖钻机主卷扬钢丝绳磨损的方法探讨

从旋挖钻机天轮支架的结构型式,卷扬滑轮材料的选取及热处理、卷扬卷筒的设计要素、钢丝绳的选型、施工时底盘的放置状态、卸土方式、以及提引器的润滑等方面探讨了减少旋挖钻机卷扬钢丝绳磨损的有效方法。