低压高能潜孔锤的研制

气动潜孔锤钻进技术自 2 0世纪初问世以来 ,应用领域不断拓宽 ,应用范围愈来愈广泛。随着科学技术的发展 ,此项技术日臻完善 ,在岩土钻凿施工的各个领域都发挥了显著作用。潜孔锤钻进的技术关键是潜孔锤的冲击能量 ,它决定了钻孔的效率和效果。研究和不断提高潜孔锤的冲击能量一直是该项技术的研究核心 ,为大幅度提高潜孔锤的冲击能量 ,国外工业发达国家采用了提高潜孔锤工作的动力介质 -压缩空气的工作压力 ,来提高潜孔锤的冲击能量 ,由中风压 (1.1～ 1.4ＭＰａ)发展到高风压 (2 .1～ 2 .46ＭＰａ) ,潜孔锤的冲击能量也随之数倍提高 ,钻进…     

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。     

风动冲击器活塞冲击末速度的有限元研究

风动冲击器活塞的冲击末速度决定了冲击器的工作性能。本文运用有限元分析软件ANSYS建立了活塞分析的有限元模型,对不同冲击末速度下活塞的应力应变进行了分析研究,得出活塞最大应力随冲击末速度增大而增大,但变化为非线性,设计和使用中应严格控制冲击末速度的结论。      

内喷孔式反循环钻头结构优化设计及CFD模拟分析

为解决贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）技术在钻进“硬、脆、碎”等复杂地层时反循环排不出渣或者排渣不彻底的现象,在现有贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头结构的基础上,优化设计一种新型内喷孔式反循环钻头,能在孔底形成强有力的多股引射抽吸流场,并模拟分析了内喷孔轴线水平偏角和内喷孔轴线与钻头中心的偏距2个结构参数对新型反循环钻头结构抽吸能力的影响。通过模拟分析的验证,此种反循环钻头的结构更加简单,反循环效果比较优良。     

我国岩土钻掘技术回顾与发展对策研究

以国土资源部探矿工程类研究所岩土钻掘技术创新、发展应用及存在问题为切入点，通过简要回顾我国岩土钻掘技术的发展，对我国岩土钻掘技术发展对策进行了研究，提出了我国岩土钻掘技术的发展对策与建议，主要提出了国土资源部探矿工程类研究所岩土钻掘技术既要为国家地质工作提供钻掘技术支撑，更要积极为国家经济建设服务，以及在此基础上建设国家钻掘技术支撑体系、适时进行专业学科结构调整等多条对策和建议。     

潜孔锤反循环钻进中心通道内岩屑运移数学模型

针对潜孔锤反循环钻进中上返岩屑回落堵塞中心通道问题,将气力输送理论应用于反循环携屑。采用气力输送理论对潜孔锤反循环钻进中心通道内岩屑颗粒进行受力分析;从动力学角度建立潜孔锤反循环钻井中心通道内岩屑运移数学模型;通过编程计算求解岩屑在不同初始条件下速度随时间、空间变化特性。结果表明:初速度大于沉降末速度的岩屑颗粒作减速运动,初速度小于沉降末速度的岩屑颗粒作加速运动,最终岩屑颗粒沉降末速度趋于同一个值,与初速度无关;气固速度比与岩屑尺寸有关,随着岩屑颗粒直径增大,气固比降低。该数学模型为改善反循环钻进携屑能力提供了理论依据。      

大直径反循环钻头底面形状设计

针对大直径反循环钻头底面形状对反循环形成效果的影响,分析了反循环钻头孔底循环介质流动的特点;基于反循环钻头孔底流动模拟实验器对凸面型、凹面型和凸凹组合型3种典型的钻头底面形状进行了对比测试;运用CFD技术对不同底面形状反循环钻头孔底局部流场进行了数值模拟,揭示了其各自的流动特征及影响反循环形成效果的机理。实验结果表明,凹面型钻头底面形状更有利于反循环的形成。反循环钻头底面形状设计研究对改善和提高大直径反循环钻头的性能具有重要的意义。      

潜孔锤钻进孔口密封器流场数值模拟及优化设计

为定向收集风动潜孔锤钻进时排出的岩矿样,降低粉尘污染同时提高岩矿样采取率,对孔口密封器内流场进行了计算流体动力学分析（CFD）,分别讨论了传统密封器、隔板式密封器、流线型式密封器结构形式及其相关结构参数（隔板位置L、出口直径d、出口角度θ）对密封效果的影响规律并进行优化设计。分析表明,三类密封器密封效果受结构形式和出口直径d影响最为明显:当d为40～160 mm时,隔板式和流线式密封器密封效果远好于传统密封器;当d>160 mm时,隔板式密封器与传统密封器的效果相当,而流线式密封器的效果始终是三者当中最好的。经现场试验证明,采用优化过的孔口密封器对岩矿样实施定向收集,除尘效果很好,且岩矿样平均采取率可达97%。     

反循环钻头内部流场流量分配关系的建立

通过简化空气反循环钻头体内部流场特性,运用空气动力学与流体力学知识对钻头体内流量分配关系首次进行计算,得到了相应的流量分配方程式。可以看到,所列方程组具有唯一的解析解,该研究将有效确定钻头结构相关参数,且为确定空气反循环钻头在钻井过程中钻头体内各点处流场特性提供帮助。     

复杂地层钻进中贯通式潜孔锤的应用及反循环钻头的改进

针对贯通式潜孔锤在复杂地层钻进中遇到的问题,对反循环钻头进行了改进:在钻头上部增加喷射孔,使气流只有一少部分进入孔底,大部分经喷射孔直接进入内管,排至地面。生产试验证明,改进后的反循环钻头更有利于形成反循环,使用效果良好。