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...     

高分子聚合物处理剂——多功能性的探讨(下)

二、钻头、钻具的润滑金刚石钻进在高速回转时，钻头与井底，钻杆与井壁接触各点，产生严重摩擦。因此要求冲洗介质对钻具能很好的润滑以减小钻杆与孔壁间的摩擦系数f值，从而降低钻具磨损、回转阻力、功率消耗、设备振动等。     

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。     

考虑转动阻抗的粗粒土离散元模拟

转动阻抗被定义为作用颗粒接触上的一对对称力偶,用来抵抗颗粒之间的相互转动。将转动阻抗引入到离散元模拟中是对传统离散单元法的重要改进。开发出考虑颗粒转动阻抗的接触模型,并将其嵌入到PFC2D中,利用该模型进行粗粒土的双轴剪切数值模型试验,研究剪切过程中转动阻抗对粗粒土的宏细观力学性质的影响。结果显示,在宏观方面,颗粒转动阻抗对粗粒土的宏观力学行为（应力-应变及体应变-轴应变行为）有重要的影响,随着转动阻抗的增加,粗粒土的剪切强度和最大摩擦角随之增加,这与已有的研究结果一致,证明所建模型是可靠的;在微观方面,考察转动阻抗对粗粒土内部微观结构的影响发现,随着转动阻抗的增加,粗粒土的内部的接触数目减少,而粗粒土的剪切强度增加,表明转动阻抗能够提高粗粒土力链网络的稳定性,同时发现随着转动阻抗的增加,粗粒土的各向异性增加主要是强力链各向异性的增加,说明转动阻抗增强了强力链的传递力的能力以及抵抗力链屈曲破坏能力。数值模拟结果表明,增加颗粒转动阻抗,粗粒土出现组构与轴应变非共轴的现象。     

铝合金钻杆强度的模拟仿真分析

与传统的钢制钻杆相比,铝合金钻杆具有密度小、比强度高、无磁等优点,因此在钻井作业中具有较大优势。钻杆在井下工作环境恶劣,如与井壁发生碰撞,将导致钻杆变形,降低其强度。笔者通过Ansys LS-DYNA以及Workbench进行仿真,研究Φ147 mm铝合金钻杆与孔壁碰撞后的变形状态,以及产生裂纹后对其强度进行分析。结果表明,Φ147 mm铝合金钻杆在使用过程中,钻杆主体段相对薄弱,在2 m/s的速度下与钻孔壁发生碰撞会产生塑性变形,从而降低铝合金钻杆的性能。钻杆主体段的裂纹长度1 mm时,在载荷作用下,将发生裂纹扩展,导致钻杆断裂。钻杆主体段有裂纹时,在疲劳载荷作用下,有裂纹的钻杆所能承受的载荷是无裂纹钻杆所能承受载荷的五分之一。     

抗转动特性对颗粒材料分散性失稳的影响研究

对于岩土类的颗粒材料,在特定的应变加载路径下会发生非局部化的失稳现象,此时应力状态处于Mohr-Coulomb屈服面内,试样整体急剧失稳。采用颗粒离散元方法,研究抗转动特性对颗粒材料在等比例应变加载路径下宏、细观力学特性的影响。模拟发现,较为松散的试样更易发生分散性失稳,此时颗粒集合体的应力-应变状态满足Hill材料失稳准则。采用考虑颗粒转动的接触模型进行离散元模拟,通过改变颗粒间接触的转动摩擦系数,从宏观和细观层面分析等比例应变加载路径中颗粒材料的稳定性。颗粒抗转动能力的增强可以降低材料发生分散性失稳的可能性,随着转动摩擦系数的增加,应力路径由应变软化逐渐转为应变硬化,原本会发生分散性失稳的松散颗粒集合体表现出与密实颗粒集合体相似的宏观力学特性;颗粒集合体的内部结构表现出相应的细观作用机制,转动摩擦系数的增加有效地抑制了颗粒转动,虽然降低了颗粒体系的配位数,但增加了颗粒之间的接触力,增强了颗粒体系力链结构的稳定性和各向异性,形成稳定的结构持续抵抗外荷载的施加,从而试样整体不会形成松散的接触状态而失去稳定性。     

X射线荧光测井井液的影响与校正

X射线荧光测井中 ,井液位于井下探管与井壁之间 ,它的影响不但表现在对特征X射线的吸收 ,而且表现在对源初级射线和特征 X射线的散射。井液的校正采用硬件与软件相结合的方法 ,在硬件上 ,使含有探测器的部分制成单独的短臂 ,有效地保证了探测窗与井壁的良好接触 ;在软件上 ,提出的双散射峰法和散射峰 -逃逸峰法 ,能够校正 0 - 10 mm厚的井液对 X射线荧光测井结果的影响     

钻机自动卡盘介绍

一、构造原理及作用:钻机自动卡盘(如图所示),是在立轴的上下卡盘中镶上四个固定键(3),在机上钻杆(5)上刨有通长的两个键槽(2),可以上下自由串动,立轴代动卡盘通过键的作用再代动钻杆转动,这就使立轴既能代动钻杆转动又能上下活动。机上钻杆的两边全     

绳索取心钻杆丝扣结构力学仿真分析

以饱89 mm绳索取心钻杆为分析研究对象,对其连接丝扣部分建立准三维模型,运用CAE有限元软件AN-SYS对其进行接触非线性力学分析,得出钻杆连接丝扣处等效应力及变形云图,结果显示最大等效应力出现的位置及变形状态与钻探现场钻杆常见断裂位置及形态完全一致,表明所采用的研究手段和方法切实可行。     

孔底泥浆马达(螺杆钻、涡轮钻)及其在地质钻探中的应用

孔底马达钻进与通常的回转钻进相比较有以下优点:● 钻杆不转动,减少了钻杆的损耗与套管的磨损;●减少孔内事故;●节省动力;●它直接带动钻头钻削岩石,效率高;●与专用偏斜工具和定向仪配合进行定向钻进,能获得高精度的定向孔,能有效控制     

干孔钻进的新方法

在金刚石钻进中,经常遇到严重漏失地层,传统的施工方法是先堵漏或在钻杆上涂抹润滑脂。针对这些方法费工费时及不安全等问题,我们采取不堵漏,向钻孔内倒入少量脂肪酸作润滑油的方法,在钻杆与孔壁界面形成一种有一定强度的边界膜,达到润滑减阻的目的。机械行业把边界膜分为两类:一类是适用一般温度、速度、载荷的物理或化学吸附膜;另一类是适用重载、高温、高速的反应膜。在金刚石钻进中钻杆与孔壁的摩擦接触属于轻载、中速、低温,只要求在两者表面形成物理吸附膜,就可达到钻杆的减阻目的。形成这种吸附膜的原料主要是脂肪酸。由于脂肪酸是极性分子,能在钻杆与孔壁表面定向排列,靠分子间     

考虑颗粒抗转动的砂土双轴试验离散元模拟

颗粒间抗转动作用是影响砂土力学行为的重要因素。将蒋明镜等（2005年）提出的考虑颗粒抗转动作用的颗粒接触模型植入PFC2D中,对砂土双轴试验进行了模拟,研究颗粒抗转动作用对砂土力学行为的影响。研究显示：颗粒抗转动对砂土力学行为影响显著。抗转作用越强,砂土强度越高;抗转系数为0.4时,松砂亦出现软化及剪胀现象。抗转动作用对孔隙比及配位数变化趋势影响也很显著。     

单机械手夹持状态下钻杆运移平稳性分析

本文主要针对一种新型的可以保留钻杆旋转自由度的机械手,研究其运移钻杆时的稳定性和安全性是否满足要求。该机械手通过蓄能器提高了停泵保压效果,通过滚轮结构保留了钻杆的旋转自由度。本文建立了机械手的多体动力学模型及配套的液压控制回路,并进行机-液联合仿真分析。在分别改变钻杆直径和液压回路压力的条件下,观察机械手夹紧效果。通过仿真得到了钻杆的夹紧力变化曲线及钻杆重心位置变化曲线,确定了液压系统的许用压力范围,并验证了单机械手夹持状态下钻杆运移平稳性满足要求。     

改革水龙头,适应高转速

为适应小口径金刚石钻探施工的需要,在暂时配不上小口径专用高速水龙头的条件下,我们用普通水龙头,加以改进,使之适应高转速,取得成功.改革后的水龙头如图所示.它具有以下优点:①由外壳转动改为芯轴转动,从而使机上钻杆的摆动减轻.②由于外壳不转,有效地防止了各部丝扣的反松,免除了因转动而甩掉压填料之螺帽螺栓等,保证了安全.③钻进中如发现漏水,可不停钻调整,压紧填料螺丝.④更换水封管和填料时,无需拉出主动钻杆,而只松出高压管接头(16)和提引中套(7)便可取出,在机上更换.⑤密封     

广谱护壁剂（GSP）泥浆的简介

1 GSP泥浆的基本特性 广谱护壁剂(GSP)是一种由高级混合烃、植物提取物与有机亲水物质进行交联接枝反应,再经过特殊处理制取的新型多功能防塌降失水剂。从外观看为浅黑色自由流动粉末,其水溶性好。由GSP配制的泥浆具有以下特征:①可在适度增粘的条件下,显著降低失水量;②具有抑制井壁膨胀缩径的功能;③良好的吸附充填加固井壁的功能;④能在钻杆壁上     

3500 m钻机移摆管设计及动力学仿真研究

随着我国探矿深度不断增加,钻探设备的尺寸不断加大,操作人员的劳动强度也在增加。基于此,3500 m液压岩心钻机需要适配一套移摆管装置,以实现快速、安全地运移钻杆,降低工人的劳动强度。对移摆管机构的设计进行了简单介绍,并利用ADAMS动力学仿真软件对移摆管机构进行运动仿真,找出设计的不足之处,给出优化建议。     

提高钻杆接头螺纹强度的有效方法研究

以接触非线性有限元理论为基础，建立了钻杆接头螺纹非线性有限元分析模型。运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹外径对其强度的影响规律。研究结果表明，适当增大螺纹外径，可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态，接头螺纹整体强度提高约32%。     

排除钻杆折断事故的三种有效工具

在华北大平原进行煤田地质勘探或石油普查勘探时,由于第四纪冲积表土及第三纪粘土砾石层较厚(一般均在300~500米),岩性极为松软,局部井壁易于扩大,形成灯罩形,使钻杆产生弯曲回转,增大钻杆的弯曲应力和扭力,这就是断钻杆的主要地方,给钻探施工工作带来了极大困难,工人中流传着“不     

钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究

为准确预测预报冲击地压危险性,提出一种通过监测钻孔过程中钻杆推力、钻杆扭矩与钻屑量等钻孔多参量指标变化规律来预测冲击危险性的方法。利用自主研制的钻孔多参量一体化测试装置,在实验环境下对不同煤体应力状态下的多参量指标进行测试分析,发现钻杆扭矩与钻屑量均随着煤体应力的增大而增大,钻杆推力随着钻进时间的增加呈现先增大再减小,并出现波谷随后增大最后减小的规律。在相同钻机及钻具条件下,进行井下原位钻孔试验,结果表明:随着钻进深度增大,钻杆扭矩与钻屑量变化规律呈现较好一致性,在5 m深度前均先增大随后减小;钻杆推力在1~4 m内呈上升趋势,在5 m处下降至波谷位置,随后推力值再次上升,最后呈稳定趋势。对此区域应力分布带情况进行划分,可确定应力峰值点大致在孔深5 m处,并利用SPSS数据分析软件初步确定此试验点钻杆推力临界指标为7.5 kN,钻杆扭矩临界指标为50.0 N·m。研究结果可为冲击地压等煤矿动力灾害危险性的预测预报提供理论基础与工程指导。      

科学超深井钻探铝合金钻杆的腐蚀失效分析

针对铝合金钻杆在复杂的超深井钻井工程服役条件,分析了铝合金钻杆腐蚀行为的主要外在钻井工程因素,并进行了松辽盆地资源与环境深部钻探“松科二井”铝合金钻杆工程试样腐蚀程度的测试与分析。分析结果表明：钻杆结构、磨损与应力、钻井液介质、井内高温高压是其产生腐蚀的主要服役条件因素;铝杆体与钢接头连接处的腐蚀情况最为严重,铝杆体次之,加厚端部分耐蚀性最好;腐蚀产物的主要成分是Al2O3和Al(OH)3相。