多参数液动潜孔锤测试平台的研究

液动冲击回转钻进技术现已广泛应用于地质勘探领域,但在石油、地热、煤层气等其他钻井领域应用还较少。原因之一是现有的液动潜孔锤正常工作所需泵量和泵压与输出冲击功和冲击频率难以适应上述钻井领域的要求。针对这一问题,分析了冲击功与冲击力的关系,利用压电石英传感器测定液动潜孔锤的冲击功,并研制了多参数液动潜孔锤测试平台,探索液动潜孔锤结构参数对其输入、输出性能参数的影响,以适应不同领域钻井技术的要求。新研制的液动潜孔锤测试平台由数据采集和处理模块、循环动力模块和机械固定模块3个主要模块组成,实现了在尽可能不破坏液动锤结构的前提下对其输出冲击功、冲击频率及泵量、上下腔压力、背压等多个参数进行实时动态监测,进而开展液动潜孔锤理论研究,进一步提高其研究水平和适用领域。     

YZX108型液动潜孔锤的研制与试验

采用理论计算、三维模拟、室内调试和野外试验相结合的方法成功研制出了YZX108型液动锤,完善了YZX液动锤的口径系列。通过室内调试确定了该液动锤的工作参数及特性。生产试验证实,该液动锤具有结构简单、工作稳定、适应性广、冲击功大等诸多优点,可在常规金刚石回转钻进困难的燧石灰岩等硬岩地层应用并取得较理想的效果。     

球卡式绳索取心液动锤的试验研究

针对现有SYZX系列绳索取心液动锤中存在的内管总成上浮问题,研制了球卡式绳索取心液动锤,改善了内管总成浮动问题,增大了冲击功输出,进一步提高了钻进效率。室内和生产试验证实,该球卡式绳索取心液动锤钻具原理可行,打捞和定位成功率在95%以上。但在生产实践中还需要对局部细节进行完善。     

大冲击功液动锤的研究及其应用

从液动锤基础理论出发，依据理论计算公，科学建立数学模型，开发计算机软件，对液动锤内部动力过程及工作参数进行计算机模拟仿真电算，寻求大幅度提高冲击功的途径和方法。     

高能射流式液动锤低阻高效冲锤结构研究

为了对SC-86H型高能射流式液动锤冲锤结构进行优化,应用CFD动态分析,对2种不同冲锤结构的射流式液动锤模型进行了研究。计算表明：在相同输入流量下,新型冲锤结构的射流式液动锤与原冲锤结构相比性能具有优势,冲击末速度得到了提高,冲击功与能量利用率平均增长7.9%与12.7%,新型冲锤结构减小了流体阻力消耗的能量,更有利于高能输出。另外,通过Ls-dyna非线性动力学分析,对2种冲锤结构的碎岩效果进行了研究,并对新型冲锤应力强度进行了分析。结果表明：新型冲锤结构的能量传递效率更高,且满足疲劳强度校核,相同冲击末速度下,岩层吸能值高于原冲锤结构;新型冲锤结构的吸能率较高,2种冲锤模型的吸能率随入射能量成非线性增长。     

高能射流式液动锤在赵固一矿井 下穿层注浆钻孔中的应用

井下定向钻进是实现煤矿瓦斯高效抽采和防治底板突水的重要途径,多采用回转钻进的方法,钻遇硬岩地层时,钻进效率低、钻孔周期长、成本高,严重影响了井下瓦斯抽放钻孔等的工程进度及成孔质量。赵固一矿井下灰岩地层钻进试验结果表明,使用SC86H型高能射流式液动锤实施冲击回转钻进,通过合理控制泵压、转速和钻压,钻进效率较常规PDC钻头回转钻进提高了3倍,节约了钻进成本。     

YZ-54型冲击器

YZ-54型阀式正作用液动冲击器，是地矿部勘探技术研究所根据1983年鉴定的YZ-54-Ⅱ型冲击器在推广使用中出现的问题，而重新改进设计、由太原探矿机械厂生产的一种改型产品。于1986年12月通过了鉴定。（一）主要技术规格外径（mm）：φ54；冲锤重量（kg）：6；阀程（mm）：6、9；自由行程（mm）：3；工作泵量（m~3/min）：0.04～0.08；工作泵压（MPa）：0.6～2.7；冲击频率（Hz）：25～52；单次冲击功（J）：5～16；长度（mm）1300；重量（kg）：17；工作介质：清水、     

液动锤套管起拔器的研制与应用

液动锤套管起拔器的原理是利用冲洗液作为动力介质,推动冲击锤产生振动,将机械应力波通过液动锤传至套管,使其松动后拔起。新研制的液动锤套管起拔器减轻了普通蛮力起拔方法对套管的损伤,节约钻探成本。本文介绍了双作用和正作用两种液动锤套管起拔器的起拔原理以及工作方法,并介绍了其在河北省遵化市西山带铁矿区进行野外试验中取得的效果。     

绳索取心液动锤技术的应用与拓展

SYZX系列绳索取心液动锤已获得广泛应用并取得显著的经济效益和社会效益。介绍了如何在客户现有的绳索取心钻具中设计加装液动锤冲击装置,使之形成相同规格的绳索取心液动锤钻具,进一步拓展YZX系列液动锤的应用,促进了我国钻探技术的进步。     

系列高效液动锤的研究与应用

传统的液动潜孔锤适应孔深较浅、孔径范围小。传统的正作用式液动潜孔锤阀、锤的工作弹簧对冲击能量影响大、弹簧寿命短,易损坏,其在不正常工作时将截断液流通道,必须提钻检查,否则将会出现烧钻事故;传统的双作用液动锤主要是靠锤、阀各自的上下活塞面积差产生的压力增高而工作,运动密封副多,对冲洗液质量要求高、运动阻卡几率大,固定式节流环对冲锤下行做功将产生一定的阻尼作用。YZX系列高效液动潜孔锤和SYZX系列绳索取心液动锤克服了传统液动锤的诸多不利因素,通过从基础理论研究、结构优化设计、产品规模开发,使我国液动锤技术得到了大幅度的提升,并作为一种高效、简便、节能的新产品,在生产实践中获得了良好的应用效果。     

蓄能式液动潜孔锤的研究

蓄能式液动潜孔锤是一种反作用式潜孔锤,具有低能耗、小排量、大冲击功和高能量利用率的特点。以芯阀结构为例,介绍了蓄能式液动潜孔锤的结构特点及其工作原理,阐述了新型蓄能式液动潜孔锤的研制过程和技术优势,以及应用效果。指出了存在的问题和改进的建议。     

红格、兰尖、朱家包包钒钛磁铁矿区SYZX绳索取心式液动锤生产试验及推广应用

攀西钒钛磁铁矿区深部及外围普查项目实施中,在破碎、坚硬、打滑地层钻进及大断层、断层破碎带穿越,使用普通绳索取心钻进,施工周期、效率、效益都受到严重影响。项目组尝试多种新型钻进技术工艺及技术关键,2013年优选国土资源部勘探技术研究所研制的SYZX96和SYZX75绳索取心式液动锤,集绳索取芯与液动冲击回转钻进为一体,在坚硬"打滑"地层和破碎地层中具有钻进效率高、钻孔质量好、岩芯采取率高、钻探成本低,钻进技术工艺等方面取得了突破性进展,达到了预期目的,值得推广。     

基于技术经济评价的取心钻进方法设计

提出了一种进行取心钻进设计的新方法,其特点是将技术经济学的思想引入钻探工程设计中,从而实现取心钻进方法的优选。该方法具有通用性,可用于任何钻探项目取心钻进方法的选择。在研究中,建立了评价取心钻进施工的技术经济评价指标体系;推导了钻进时间和成本的计算公式,并以一个5000m取心钻进项目的设计为例,对CCSD科钻一井的取心钻进方法进行了评价,证明由中国大陆科学钻探工程中心发明和研制成功的螺杆马达-液动锤-提钻取心法是一种高效、优质、低成本和安全的取心钻进方法。     

KSC-127射流式液动锤在科钻一井中的应用分析

大陆科钻一井所钻遇的岩石主要有榴辉岩、花岗片麻岩、角闪岩.岩石坚硬、研磨性强;花岗片麻岩为强致斜岩层.因此,钻进效率低,回次进尺短,孔斜不易控制.采用大陆科钻中心组织研制的液动锤螺杆马达组合新型钻具后,钻进中破碎岩石的方式以冲击破碎为主,大大改变了钻进效率低、回次进尺短和孔斜难控制的现象,取得了良好的钻进效果.同时,也发现射流式液动锤存在不足之处.针对射流式液动锤的优缺点进行了较深入、全面的分析,提出了有效的改进措施.     

坑道钻机模块化双泵站功率匹配实验研究

为解决坑道钻机动力泵站重量大、搬迁运输难题,提出通过模块设计,将泵站进行拆分,采用小排量双动力双泵合流解决方案。化整为零,可有效减小单个泵站的运输尺寸及重量,并可根据工况需求选择单泵站或双泵合流提高钻机使用的灵活性,同时降低能耗。负载敏感系统具有节能、负载适应性好、调速方便等优点,然而双负载敏感泵系统合流时,2个泵的输出功率不平衡,钻机输出参数不符合设计要求是亟需解决的难题。理论分析指出,两个负载敏感泵与负载敏感阀之间的反馈管路差异影响2个泵的功率平衡,然后建立双动力双泵负载敏感系统动态模型。基于该模型,动态分析双负载敏感泵系统压力流量特性,重点分析反馈管路以及压力补偿器对双泵站功率平衡的影响,并提出双负载敏感泵系统功率匹配方法。通过台架实验对理论分析结果进行验证,结果表明, 管路差异对双泵双动力负载敏感泵合流系统输出特性有较大的影响。在反馈管路中设置阻尼并根据管路匹配阻尼参数,可实现双泵输出参数的基本平衡。通过微调压力补偿器弹簧预压缩量,可使系统达到较好平衡,消除管路差异影响。该方法解决了2个泵站输出功率不平衡问题,该方法有较强的普适性和应用价值,对坑道钻机液压泵站的模块化设计具有重要的参考意义。      

Stress and energy reflection from impact on rocks using different indentors

Experiments have been conducted using an impact method with drop-hammers to obtain the required signals so that a detailed analysis of these data could be undertaken to quantify the drillability index of rocks. The dynamic stress waveform or reflected energy from the rock-drill bit interface is represented as a drillability index. This information enables the assessment of the characteristics of the rock under the bit. The results show that neither the amplitude nor the frequency spectra of the reflected stress wave significantly changes with the type of rock tested. However, the energy reflection coefficient varies with rock hardness. In the process of drilling the rocks, the energy reflection coefficient can increase by approximately 20% when the hardness or penetration resistance index of rock is doubled. This investigation confirmed the variation of reflected energy of rocks. For a single sharp or domed indentor, energy reflection decreases with penetration resistance index of the rock while it increases with this index in actual drilling or testing of percussive bits. In drill bit design and in tests for using a single indentor, a reasonable indentor shape should be adopted to correspond to a high energy reflection coefficient. By contrast, the energy reflection from a drill system or percussive bit should be minimised in practice.     

增大液动射流式冲击器单次冲击功的试验研究

:试验结果发现 ,当行程加大时 ,获得较高的冲锤末速度 (5 .43m/s) ,单次冲击功 34 6 .45J。当活塞运动所需瞬时流量已大大超过了水泵供水的供给量时 ,冲击器仍能稳定地工作 ,这体现了射流冲击器作为一开放的系统所特有的流量可自动补偿的优点。射流冲击器对负载的适应能力较高 ,且在大行程条件下 ,增加锤重可较大幅度地提高单次冲击功。     

动载作用下岩石类材料破坏模式及能量特性

对岩石类材料的破坏模式和能量特性进行分析研究,利用ANSYS/LS_DYNA数值模拟软件模拟SHPB冲击的整个过程。通过对试验和数值模拟所得测试曲线进行对比确定模型的有效性,进而分析试件中有效应力的传播过程,提出试件张应变破坏、轴向劈裂拉伸破坏、压碎破坏的3种破坏模式;通过对数值模拟所得试件的内能-时间历程分析表明,试件的内能具有显著的应变率效应,在应变率较低时,可以划分为2个阶段,而在应变率较高时,可以划分为4个阶段。