PZ系列组合式牙轮钻头在大直径嵌岩桩施工中的应用效果

本文通过大口径桩孔基岩钻进，探讨了ＰＺ系列组合式牙轮钻头结构特点、合理钻进参数的确定及碎岩机理。工程实践证明，牙轮钻头是我国目前大直径桩孔嵌岩施工较为理想的工具，应用效果良好。     

大口径轮钻头设计中存在的问题及其改进方法

硬岩中钻进是基桩孔钻进中的一大难题。不少工地试图用牙轮钻头钻进基岩，但一直未取得理想的效果。大口径牙轮钻头在硬岩中钻速低，磨损快。不少研究者指出，其原因主要是钻压过低而又无法加压所致。     

射流式液动锤回转冲击孕镶金刚石钻头钻进的实践与分析

金刚石本身力学性质、金刚石钻头结构特点及射流式液动锤冲击力特点决定了射流式液动锤带金刚石钻头进行冲击回转钻进是可行的。经射流式液动锤在科学钻探主孔先导孔中的应用实践，证明了由于液动锤冲击动载作用钻头底唇面与岩面微量问隙有规律地变化，改善钻头金刚石颗粒受力状况、碎岩状态，提高钻头金刚石颗粒切入深度，改善胎体磨损状况、钻头冷却，成倍地提高了榴辉岩、片麻岩等坚硬地层中钻进回次进尺、机械钻速及钻头平均寿命。     

大口径牙轮钻头设计存在的问题及其改进方法

硬岩中钻进是基桩孔钻进中的一大难题，不少工地试图用牙轮钻头钻进基岩，但一直未取得理想的效果，大口径牙轮钻头在硬岩中钻速低，磨损快。不少研究者指出，其原因主要是由钻压过低而又无法加压所致，便在现场，一些用石油钻牙轮装配的钻头，不加压也难以转动，因而根本无法增加钻。本文从运动学方面分析了钻头所存在的这一问题，提出了纯滚动牙轮钻头的设计方法，并考虑了如何使钻头上内外周牙轮等磨损以提高钻头寿命的问题。     

大口径牙轮钻头设计中存在的问题及其改进方法

硬岩中钻进是基桩孔钻进中的一大难题．不少工地试图用牙轮钻头钻进基岩，但一直未取得理想的效果。大口径牙轮钻头在硬岩中钻整低，磨损快．不少研究者指出，其原因主要是钻压过低而又无法加压所致．但在现场，一些用石油钻牙轮装配的钻头，不加压时难以转动，因而无法增加钻压．本文从运动学方面分析了钻头所存在的这一问题．提出了纯滚动牙轮钻头的设计方法．并考虑了如何使钻头上内外周牙轮等磨损以提高钻头寿命的问题。     

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。     

滚刀钻头在桩基施工中的应用

焊齿破岩滚刀钻头适应多种地层钻进。本文主要介绍了焊齿破岩滚刀钻头的钻进工作原理，在桩基施工中的钻进技术参数，滚刀刀齿的修复及应用效果。     

襄樊汉江四桥大口径灌注桩成孔施工实践

介绍了使用泥浆护壁气举反循环回转钻进工艺进行襄樊汉江四桥大口径嵌岩桩的施工实践。施工中采用下置双护简隔离卵石层，合理选用钻头类型(卵砾石层采用五翼合金刮刀钻头，基岩采用球齿滚刀钻头)和钻进参数(混合器沉没深度，尾管长度，孔内空气流量与压力)，摸索与总结出一套复杂地层成孔施工经验。     

煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进的效率,在分析硬岩定向钻进PDC钻头的结构要求的基础上,选择了3种不同类型的PDC钻头进行煤矿井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,平底型PDC钻头不适用于定向钻进硬岩,而三翼抛物线型钻头和四翼平角型钻头在定向钻进硬岩时,表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层,大大提高了煤矿井下定向钻进硬岩地层的效率。     

硬岩钻进用石油钻头研究现状及发展趋势

能源与矿产的持续安全供给是经济快速增长的保证,而中硬岩层钻进一直限制着油气钻井向深部发展。针对硬岩地层钻进,地质行业主要采用金刚石钻头钻进,而油气钻井行业除按传统方法采用牙轮钻头和金刚石钻头钻进之外,也逐渐开展了PDC钻头钻进硬岩的研究。本文分别介绍了牙轮钻头、金刚石钻头和PDC钻头在油气勘探硬岩钻进中的应用研究现状。其中,牙轮钻头研究主要集中在增强轴承密封性能、改进布齿结构和提高切削齿强度三个方面,而金刚石钻头研究则集中在碎岩机理、金刚石参数和胎体性能,以及钻头结构三个方面。提出了三类钻头的研究方向和发展趋势,为硬岩钻探技术发展提供参考。     

嵌岩扩底灌注桩及MRR型基岩扩底钻头

简要介绍了国内外扩底技术现状、扩底灌注桩的特点、ＭＲＲ型基岩扩底钻头的结构衣技术参数，结合工程实例对ＭＲＲ１０００钻头的使用效果进行了分析。     

牙轮钻头动静耦合碎岩机理及旋挖成桩应用

总结了在不同高温状态下冷却、不同加载速率及随机裂隙发育状态下花岗岩动态抗拉力学特性的变化规律;结合牙轮钻头孔底碎岩过程,分析了动静载荷耦合作用下岩石破碎的载荷一侵深特性曲线,认为动、静载荷耦合作用的加载点（即动载的施加点）应是在静载处于卸载阶段;并根据加载能量大小讨论了不同动静耦合工况下产生的岩石破裂深度及破碎体积,表明通过一定范围内增大静载荷及冲击力、预加静压对岩石进行预应力损伤、加载一卸载一加载的破碎循环模式,有利于高效碎岩及裂纹的发育。嵌岩桩基础工程实践表明,通过改造牙轮钻头等钻具结构形式及布齿方式,利用动静耦合加载方式及对钻头冷却处理,可实现牙轮钻头在微风化花岗岩高效钻进的目的,为牙轮钻头的旋挖钻进成桩应用提供了重要的技术支撑。     

孕镶金刚石钻头磨损机理研究

孕镶金刚石钻头通过钻头胎体的持续磨损实现金刚石的自锐和高效破岩。因此,研究金刚石钻头磨损的影响因素及其影响程度和影响机理,对孕镶金刚石钻头的设计和使用非常重要。本次研究探讨了岩石物理力学性质、钻头胎体性能和钻进工艺参数等因素对孕镶金刚石钻头磨损过程和磨损机理的影响。分析表明,对钻头磨损最为显著的影响因素是岩石中的硬质颗粒导致的磨粒磨损,其次是钻头胎体与岩粉之间的粘着磨损,以及冲洗液中岩粉颗粒导致的冲蚀磨损。在此基础上,以不同硬度的钻头胎体摩擦磨损试验结果为例,探讨了钻头胎体性能及其内部硬质点对钻头磨损的影响机理。该研究成果可为科学设计与合理使用孕镶金刚石钻头提供依据。     

三牙轮钻头破岩过程计算机仿真模型

进行钻头钻进过程的仿真对于优化钻头设计、提高破岩效率以及钻头选型都有着重要的应用价值。以现场实钻数据为基础,采用“黑箱法”为钻头钻进岩石互作用仿真模型的基本建模方法,对决定钻头钻进性能的齿坑模型和牙齿吃入岩石的力-吃深模型进行了仿真建模。并采用误差梯度下降算法来估计不同钻头结构和岩石性质所对应的模型参数,进而实现对钻头钻进过程的仿真。采用实钻数据反演的建模思路有利于利用大量的现场数据实现对模型的完善,更好地反映现场的各种钻井工况,使钻头破岩仿真技术在实用性和经济性上前进一大步。     

模拟深井条件下的PDC钻头破岩试验研究

利用深井破岩试验装置模拟不同井深压力条件下对泥岩进行了ＰＤＣ钻头破岩试验，试验结果表明，随着井深的增加，岩石强度增加，破碎岩石的切削力增加，同时，ＰＤＣ钻头齿形和结构对破岩效率影响较大，因此必须按深井条件和岩石特点进行ＰＤＣ钻头齿形和结构设计，以达到提高机械钻速的目的。     

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。     

Waterjet-assisted rock cutting systems — the present state of the art

Summary A review of the benefits of assisting mechanical tools, notably drag bits, with moderate pressure waterjets suitably directed with respect to the bit is given. These benefits include reduced bit forces, especially the bit normal force, reduced bit wear, reduced dust make, and reduced incidence of frictional sparking. The research work that has been conducted to date to investigate this phenomenon has been empirical in nature. Experiments are described that extend the data bank of this empirical knowledge. In addition, experiments aimed at gaining a better understanding of the fundamentals of the rock fragmentation process with this hybrid cutting method are outlined.Results from the first of these experimental series are used to make recommendations as to the position of the jet with respect to the bit, the stand-off distance between the nozzle exit and the bit/rock interface, and the jet energy. In addition, preliminary findings are reported regarding the increase necessary in the jet energy when the bit velocity is increased. Results from the second test series are discussed in the context of rock fracture behaviour induced by mechanical bits acting alone. The likely influence of waterjets on these fracture processes is analysed. It is concluded that, in terms of the bit force reductions, a dominant influence of the jets when used in conjunction with sharp drag bits, is continuous removal of the rock debris that forms ahead of the advancing bit. The observed reductions in bit wear and incidence of frictional sparking are attributed to reduced heat loading of the bit during the cutting operation. Reductions in the dust make are attributed to effective wetting of the fine rock particles before they become entrained in the airstream.     

新型高效破岩钻井技术及工业化应用研究

高效破岩技术对提高破岩效率、减少钻进时间和降低钻井成本有重要作用。近年来,针对当前油气田钻井深、地层硬度高、研磨性强、可钻性极差等特点,形成了新型的高效破岩技术。主要包括:新型气体安全高效钻井技术、孕镶PDC钻头+涡轮复合钻井技术、PDC钻头+扭力冲击器钻井技术以及新型ONYX360旋转钻头技术,现场应用表明,这些钻井技术对提高破岩效率、机械钻速和节约钻井周期和成本有较好的效果。     

空隙率对潜孔锤凿岩瞬态冲击过程的影响

潜孔锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破碎岩石的过程,利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DY-NA研究了在凿岩过程中,球齿凿入不同空隙率（塑性体积应变）岩石的冲击力特性。结果表明,岩石空隙率对钻头球齿与岩石之间的凿入冲击力幅值有很大影响,随着空隙率的增大,球齿凿入的冲击力显著减小,而对活塞与钻头间冲击力幅值影响甚微。通过ANSYS/LS-DYNA瞬态冲击数值模拟,形象地再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石发生侵入破坏的物理过程,为冲击碎岩瞬态研究提供了一个有效的分析方法。