基于CFD的大通孔开闭式钻头流场研究

采用计算流体力学方法对大通孔开闭式钻头\[1\]的流场进行数值模拟。对不同工况下的速度场进行分析,获得了最佳钻进风量,并发现流场中存在“阻塞漩涡”。对最佳流量工况下的压力场进行分析,发现流场中还存在“抽吸压差”。获得了“阻塞漩涡”和“抽吸压差”对排渣和散热的影响机理,为钻头的优化设计提供了一些参考依据,为松软突出煤层全孔筛管护孔瓦斯抽采技术在煤矿中推广应用奠定了基础。     

拖曳锚安装缆绳在海床土中的反悬链形态研究

由于在抗拔承载力和深水安装中的优势,拖曳锚在深水系泊系统中具有良好的发展前景。在拖曳锚安装过程中,安装缆绳和锚之间存在复杂的相互作用,安装缆绳在海床土中的反悬链形态将直接影响锚的嵌入和运动,对反悬链形态的研究有助于提高锚的嵌入性能、准确预测锚的运动轨迹以及解决锚在安装中的精确定位问题。基于嵌入缆单元在海床土中的力学模型,推导出适用于黏性土和无黏性土的反悬链方程,利用该方程可求出安装缆绳在海床土中的反悬链形态;通过在缆绳上布置倾角传感器并运用圆弧递推方法,设计出可实时测量嵌入缆形态的试验技术,为验证试验技术的合理性,在空气中分别选取3种典型缆绳形态进行模拟,结果表明：模拟形态与真实形态吻合良好,并具有较高精度;利用实时测量技术开展模型试验,对反悬链方程进行了考察,验证了其模拟嵌入缆反悬链形态的精度,并获取了对拖曳锚安装过程中反悬链形态变化规律的直观认识。     

基于逆时成像的井中观测微地震定位精度分析

微地震定位是非常规和低渗透油气勘探开发和地下工程安全监测的关键环节,其准确性是实现油气储层实时刻画和工程灾害监测预警的重要基础.由于微地震信号具有能量弱、频率高、信噪比低的特点,微地震定位精度易受到采集观测系统布设位置的影响,尤其在井下受限空间与高温高压环境中.基于此,本文提出了一种基于逆时成像的井下微地震采集定位精度分析方法,能定量预测实际采集观测系统布设方案在水平和深度方向上的定位偏差和不确定性.区别于传统定位精度分析方法,该方法基于波形而非走时,适用于复杂非均匀介质,同时考虑了信噪比和震源机制对定位精度的影响.均匀和非均匀介质下的实例应用结果均表明,该方法能有效评价微地震采集方案的预期定位精度,进而反馈采集参数设计,从数据采集的源头改善复杂介质条件下的微地震定位效果.

     

坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化

基于金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层钻进时易出现进尺效率低的现象,将SiC磨粒作为胎体耐磨损性弱化颗粒添加至胎体中,采用室内钻进及正交试验设计法从金刚石粒度、金刚石浓度、胎体耐磨损性弱化颗粒浓度、胎体硬度4方面对钻头性能进行优化,并探讨了钻进工艺参数对钻进效率的影响。结果表明：将适当材质的胎体耐磨损性弱化颗粒添加至钻头胎体中,能够有效提高钻头的钻进效率,避免钻头打滑的现象;胎体硬度HRC 25,金刚石粒度40/50目、金刚石体积分数55%,胎体弱化颗粒体积分数30%是本次试验最优的设计方案;在相同主轴转速条件下,轴向压力不宜超过3.5 MPa,在相同轴向压力的条件下,其主轴转速以750~850 r/min为宜。     

气举反循环钻进中空压机的启动风压初探

随着气举反循环钻进技术及配套设备的不断发展和完善,其应用日益广泛,用于煤矿勘探开发领域时,确定合理的工艺参数十分关键。基于气举反循环钻进双壁钻具系统结构特点,依据牛顿第二定律求解出气举反循环钻进中岩屑被举升排出的临界速度模型,然后根据能量守恒定律,考虑压缩气体的沿程损失和局部阻力损失,建立了气举反循环钻进的启动风压模型。用Matlab对模型进行计算,分析发现井深、气液混合器的下入深度、沉没比和钻井液密度都对启动风压有影响。计算结果为确定合理的启动风压奠定了基础,为空压机的合理选配提供了依据,对保证良好的钻进效果具有重要意义。     

吉林省白山市板石沟铁矿断裂构造地球化学特征

断裂构造中元素的迁移变化规律是构造地球化学研究的主要内容.白山市板石沟铁矿断裂构造发育,是开展断裂构造地球化学研究的有利地区.通过对板石沟铁矿17矿组和赵家沟矿组典型逆断层剖面测量,采集构造岩和周围岩石,分析常量元素和微量元素,利用构造地球化学剖面法、质量等比线法和特征元素比值来反映元素在逆断层中分布特征和迁移变化规律.通过分析认为在逆断层中常量元素SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O亏损,Al2O3、K2O富集,微量元素中Rb、Sr等离子半径较大元素富集,离子半径较小元素Co、Cr、Ni亏损,K2O/Na2O、V/Cr、Rb/（Ni+Co）在逆断层中呈现出高值,SiO2/Al2O3、（Fe2O3+CaO+MgO）/Al2O3呈现出低值.依据这些构造地球化学特征可以用来判断断裂构造的存在,为断裂构造地球化学研究和板石沟铁矿勘查提供构造地球化学依据.     

基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移

相对于传统的逆时偏移,最小二乘逆时偏移具有更高的成像质量,这种改善是通过迭代反演来获得的,另外其精度与效率依赖于求解波动方程算法的精度与效率.本文给出了基于非结构化网格的最小二乘逆时偏移的方法,该方法能够充分结合最小二乘算法与非结构化网格精细刻画地下界面以及随速度自适应剖分的优点;并采用带补偿的拉普拉斯滤波算法,来消除梯度计算中的低频噪声,从而加速目标函数的收敛速度.通过简单倾斜模型以及复杂Marmousi模型测试,显示了该方法的有效性和潜力.

     

添加正则化项的黏声逆时偏移成像方法研究

在实际地球介质中传播的地震波会产生衰减和频散现象,因此其更接近于黏弹性介质,在地震处理中补偿这些黏性影响是十分必要的。基于波动方程的叠前深度偏移中进行吸收衰减补偿更准确,也更有物理意义,直接求解双程波动方程的逆时偏移(RTM)能够成像大倾角复杂构造,具有诸多优势。然而当考虑吸收衰减补偿时通常会产生不稳定现象,大部分研究都是在逆时偏移的波场延拓中进行波数域的低通滤波来解决这个问题。本文采用广义标准线性固体的黏声波动方程进行吸收衰减补偿的Q--RTM方法,通过添加正则化项的方式来稳定延拓过程。添加正则化项本质上是低通滤波,滤波窗口是指数形式,在时空域有明确的形式,可以阻止发生高频不稳定。与直接滤波相比,正则化参数可以是空变的,因此比较适合剧烈变化的区域,我们还发现震源归一化互相关成像条件更适合Q--RTM方法。     

提高复杂地层取心质量的一种发夹式岩心提断器及其应用

为了解决普通取心钻具在软弱、松散性复杂地层钻进中的取心问题,降低堵心、磨心概率,提高钻进回次进尺长度和岩心采取率,研制了安装在普通S95绳索取心钻具上的一种新式岩心提断器。该岩心提断器是利用女性头饰发夹卡取软弱、松散岩心,其构件由发夹、发夹座、发夹室组成,无须通过铆焊工艺固定,可在施工现场由手工借助一种发夹装配器进行组装。在某勘查区3个钻孔中进行了试验,试验孔段总进尺45.11 m,平均回次进尺1.16 m,平均岩心采取率91.42%。试验结果表明：该岩心提断器与底喷式钻头及“引心管”配合使用,能够在软弱、松散性破碎地层大幅度提高回次进尺量、岩心采取率及取心质量,解决了试验前应用普通绳索取心钻具,在钻遇松软夹石、水敏性强的复杂地层中岩心采取率不足30%的难题。用发夹卡取软弱、松散岩心的方法与类同现有技术中簧片的卡心方法比较,更具经济性、灵活性和普适性。其应用领域不限于矿山地质,还可拓展到水文地质、工程地质及环境地质的岩心钻探,具有广泛的应用前景。     

Numerical simulation of percussive drilling

This paper presents a novel dynamical model to analyze the long‐term response of a percussive drilling system. This departs from existing approaches that usually consider a single activation and bit/rock interaction cycle for the analysis of the process performance. The proposed model integrates the axial dynamics of an elastic piston and an elastic drill bit, a motion‐dependent pressure law to drive the piston, and a generalized bit/rock interaction law representative of the dynamic indentation taking place at the bit/rock interface. It applies to down‐the‐hole percussive drilling as well as top‐hole, with minor modifications. The model does not account for the angular motion or the hole cleaning, however. The model is first formulated mathematically; then, a finite‐dimensional approximation is proposed for computations. Numerical analyses of the model response, for a low‐size down‐the‐hole percussive system, follow. The period‐1 stationary response for the reference configuration is studied in detail, and parametric analyses assessing the influence on the rate of penetration of the bit/rock interaction parameters, the feed force, and the percussive activation parameters are conducted. These analyses reveal that the multiscale nature of the process is well captured by the model and recover expected trends for the influence of the parameters. They also suggest that a significant increase of the penetration rate can be achieved by increasing the percussive frequency. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.