仿生孕镶金刚石钻头高效碎岩机理

将仿生学的非光滑原理应用到孕镶金刚石钻头的设计中,研制出新型的仿生孕镶金刚石钻头,比普通金刚石钻头钻进时效提高了30%~80%。仿生钻头破碎岩石后岩粉的颗粒比普通钻头破碎的岩粉颗粒大,可节省能量消耗,提高破碎效率;仿生非光滑表面使得钻头唇面的比压增加,有利于钻头的锐化,从而提高了时效;另外非光滑表面改善了钻头和岩石的冷却条件,因此提高了金刚石钻头的钻进效率。     

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     

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。     

仿生非光滑螺旋钻头的设计及试验

将仿生非光滑理论应用于螺旋钻头设计上,以解决粘性土钻进中螺旋钻头阻力大、粘附严重的难题。加工的仿生非光滑螺旋钻头,经实钻试验表明,与常规螺旋钻头相比,前者脱土率提高了70％ ,钻机耗油量降低了53.3%,钻进效率提高70%,具有明显的脱附和减阻效果。从而,为大口径螺旋钻施工提供了一种新型钻具。     

仿生耦合孕镶金刚石钻头底唇面非光滑形态的优化

基于仿生耦合理论研制的仿生耦合孕镶金刚石钻头,在工作过程中,仿生单元的提前磨损,会在其底唇面上形成一定的非光滑表面形态,因此其具有钻进效率高和使用寿命长的优点。探讨了仿生单元的同心圆排列方式,即通过改变仿生单元之间的径向和周向距离,来形成一系列非光滑表面形态,然后加工相应的仿生耦合钻头,并进行室内钻进实验,结果表明,径向距离为1．5d（d为仿生单元直径）、周向距离为3．0d和径向距离为2．0d、周向距离为3．5d两种排列方式更能体现仿生耦合钻头高效率、长寿命的优点,相对普通钻头,其效率和寿命分别提高16％、100％和15％、125％。为以后仿生钻头的设计提供了重要依据。     

仿生孕镶金刚石钻头在山东玲珑金矿的试验

文章介绍了仿生孕镶金刚石钻头的设计及加工工艺,并且在山东玲珑金矿对仿生钻头进行了野外试验.试验证明,将仿生学的非光滑原理应用到金刚石钻头的设计中能使钻头的耐磨性增加,有利于提高钻头的寿命.     

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。     

阶梯式钻头挤土机理的有限元分析

为了分析阶梯钻头冲击挤密作用下土体的变形机理,将土体视为DP材料,服从Drucker-Prager屈服准则,通过钻具与土体之间的接触以及施加冲击载荷来模拟钻进过程,建立了潜孔锤冲击挤密钻进的有限元模型。以非线性瞬态动力学有限元分析为手段,利用有限元软件ANSYS9.0对阶梯钻头冲击挤密作用下土体的变形机理进行了模拟分析。结果表明,在冲击载荷作用下,冲击功主要用于竖向压缩土体,水平方向的挤压作用相对较小。阶梯钻头对土体的破坏作用可以看作是每个台阶的微剪切作用,当台阶布置合理时,土体沿等效锥面整体破坏,破坏后的土体在等效锥面的作用下被挤向孔壁四周,挤密效果较好。      

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。     

凸包型仿生耦合金刚石钻头模拟分析

研究发现仿生耦合钻头较普通钻头钻进时效提高很多。仿生耦合钻头一方面能使钻头唇面有较高的比压;另一方面能使钻头具有很好的冷却效果,因此在钻探工程中有很好的应用前景。应用数值模拟软件ansys,模拟分析了凸包型非光滑表面对金刚石钻头性能的影响。对比分析了4种不同非光滑度状况下,钻头在一定的钻压作用下在岩石表面产生滑动摩擦的过程。主要分析了该过程中岩层的等效应力、钻头底唇面的接触摩擦应力和接触压力的变化规律。研究发现,凸包型非光滑表面在一定程度上可以提高钻头的使用寿命和钻进效率。     

仿生孕镶金刚石钻头在漠河冻土区天然气水合物勘探钻进中的应用

仿生孕镶金刚石钻头具有高效、耐磨的特点,符合漠河天然气水合物勘探的要求及漠河钻探施工现场的条件。介绍了符合漠河地层特点的仿生孕镶金刚石钻头的设计与制造。同时对效果不理想的钻头的钻进情况进行了分析,提出了评价钻头性能时需要综合分析,从而客观、真实地反映钻头的实际钻进能力。漠河天然气水合物MK-2科学钻探试验井的钻进结果表明,仿生孕镶金刚石钻头的寿命比普通孕镶金刚石钻头长73%,钻速比普通孕镶金刚石钻头高22%。     

ZYXC-244机械式旋冲螺杆钻具的研制与应用

针对现有常规螺杆钻具在研磨性强、可钻性差的难钻地层中存在破岩能量不足、机械钻速低、钻头消耗量大的问题,引入旋冲钻井破岩理念及轴向机械冲击破岩功能,研制了集合旁通阀总成、动力总成、传动总成和冲击总成于一体的ZYXC-244机械式旋冲螺杆（新型螺杆）,并创新设计了防掉功能。通过对新型螺杆主要性能参数计算模型的分析,获取了其主要性能参数的特征变化曲线。新型螺杆先后在足203H1-3井和大湾4011-2井的须家河组等地层进行了现场应用,应用效果表明,新型螺杆进尺分别为685.00 m和72.53 m时与常规螺杆相比,机械钻速分别提高了38.2%和31.5%,节省了起下钻2次和2只钻头消耗,为难钻地层的提速提效提供了有效的技术手段。     

Performance Evaluation of Button Bits in Coal Measure Rocks by Using Multiple Regression Analyses

Electro-hydraulic and jumbo drills are commonly used for underground coal mines and tunnel drives for the purpose of blasthole drilling and rock bolt installations. Not only machine parameters but also environmental conditions have significant effects on drilling. This study characterizes the performance of button bits during blasthole drilling in coal measure rocks by using multiple regression analyses. The penetration rate of jumbo and electro-hydraulic drills was measured in the field by employing bits in different diameters and the specific energy of the drilling was calculated at various locations, including highway tunnels and underground roadways of coal mines. Large block samples were collected from each location at which in situ drilling measurements were performed. Then, the effects of rock properties and machine parameters on the drilling performance were examined. Multiple regression models were developed for the prediction of the specific energy of the drilling and the penetration rate. The results revealed that hole area, impact (blow) energy, blows per minute of the piston within the drill, and some rock properties, such as the uniaxial compressive strength (UCS) and the drilling rate index (DRI), influence the drill performance.     

海拉尔油田钻头选型分析

根据2007年和2008年海拉尔油田使用的钻头实钻数据,结合其地层特点和钻井工艺,对各层段钻头选型及影响机械钻速的原因进行了分析,并优选出一套适合海拉尔油田使用的钻头序列,对正确选用钻头、提高钻井效率具有指导作用。2009年上半年（截止2009年6月）现场试验表明,钻速较2007和2008年分别提高20%和39%,进尺分别增加21.13%和17.49%,特别是希47-44井和希44-54井,取得了显著的应用效果。     

Comparison of Drilling Performance of Chisel and Button Bits on the Electro Hydraulic Driller

Electro hydraulic drillers have been widely used in mining for drilling and roof-bolting. In the drilling process, the performance of the machine is predicted by selecting an appropriate bit type prior to drilling operations. In this paper, a series of field drilling studies were conducted in order to examine and compare the performance of chisel and button bits including wear on the bits. The effects of taper angle on chisel bits, which are at angles of 105°, 110° and 120°, were investigated in terms of rate of penetration, instantaneous drilling rate and specific energy. The results of drilling and abrasivity tests performed in the laboratory supported the outcome of the field studies. Based on laboratory studies and field observations, it was proven that the conglomerate encountered, though it is very abrasive, is easy to drill. The cutter life in the encountered series is also longer in sandstone formation compared to the conglomerate. Additionally, button bits resulted in lower specific energy and higher penetration rates relative to chisel bits, regardless of their taper angles. The results were also supported with statistical analyses.     

冲击挤密作用下土体变形机理的有限元分析

潜孔锤冲击挤密钻进过程中土体变形机理的分析是非常复杂的,既涉及到材料非线性、几何非线性,又涉及到界面接触摩擦,属于高度非线性问题。利用有限元分析软件ANSYS初步建立了潜孔锤在土中冲击挤密钻进的有限元模型,模拟分析了钻具周围土体的应力、应变位移情况。结果表明,冲击钻进过程中钻头下方土体随压力的不断增大而发生塑性流动,产生急剧变形而破坏。钻具周围的土被重塑和扰动,土的工程性质发生了较大的变化,孔壁周围比较密实稳定。