摘要：为了对阶梯式钻头的结构进行优化设计,提高冲击挤密钻进效率,采用Drucker-Prager屈服准则为判据,将土体视为DP材料,冲击钻具视为刚体,利用有限元软件ANSYS建立了冲击挤密钻进有限元模型,基于APDL参数化语言对阶梯钻头的台阶数目及钻头结构尺寸进行了优化设计和试验研究。结果表明,对于直径为60mm,钻头体长为150mm的阶梯钻头而言,台阶数目为9时,钻头钻进速度最快。在此基础上对九阶梯钻头的结构进行了优化设计,与普通结构阶梯钻头相比,优化钻头钻进速度提高了22%。与传统方法相比,利用ANSYS优化设计模块对钻头进行优化设计简单、可靠,为钻头结构的最优化设计提供了一种新思路和新手段。

摘要：对提供大扭矩的反扭装置进行优化设计,并根据钻头实验确定反扭装置设计参数;提出反扭装置设计原则,建立反扭装置力学计算模型,并对不同尖角滑刀式反扭装置进行理论计算,得出其径向压力和扭矩关系曲线,确定最佳的反扭滑刀参数;设计具有六连杆机构的滑刀式反扭装置,根据其结构原理,建立弹簧刚度与径向压力理论计算模型,并对4种刚度弹簧进行优选。研究结果表明：采用刚度为19.61 N/mm的弹簧时,滑刀式反扭装置理论上可提供73~94 N·m反扭矩,满足冰下基岩钻进的需要。

摘要：利用 APDL 语言对 ANSYS 软件进行二次开发,建立了潜孔锤冲击挤密钻进参数化有限元模型。为提高冲击挤密钻进速度,以阶梯钻头的结构尺寸为设计变量,以钻头最大轴向位移为目标函数,对阶梯钻头结构进行优化,并进行了试验研究。试验结果与 ANSYS 优化结果一致,优化后的钻头钻进速度较常规钻头提高了22%。采用 APDL 参数化语言能加快分析进度,结果安全可靠,为钻头的结构优化设计提供了新思路和新方法。

摘要：针对钻遇破碎、漏失等复杂地层时反循环形成效果差,孔口返风严重这一实际问题,根据柯恩达附壁效应的基本原理,设计出一种煤矿应急钻孔救援用新型强力抽吸反循环钻头。借助流体分析软件FLUENT对钻头内部流场进行数值模拟。结果表明,相同条件下强力抽吸式钻头内部最大负压值达到20 k Pa,而普通内喷孔式反循环钻头的负压值为15 k Pa;强力抽吸式钻头环空边界抽吸气体的质量流量为0.039 kg/s,而普通内喷孔式反循环钻头环空边界抽吸气体的质量流量为0.026 kg/s,抽吸量提高到原来的约1.5倍,内部流场模拟显示其性能优于普通反循环钻头。

摘要：利用有限元方法对梯度结构聚晶金刚石复合片在制造过程中产生的残余热应力进行了计算,并分析了梯度组成分布指数及梯度层层数对热应力的影响。优化结果表明,分布指数最佳值为1.2,功能梯度层数为6层;与普通双层结构聚晶金刚石复合片相比,轴向拉应力由986 MPa降到了323 MPa,剪应力由722 MPa降到454 MPa;此外还改善了界面处的应力分布,大大提高了界面的结合强度。

摘要：潜孔锤冲击挤密钻进过程中周围土体的变形机理是一个高度非线性问题。针对潜孔锤在土中的面-面接触问题,运用Drucker-Prager屈服准则为判据,将土体视为DP材料,通过钻具与土之间的接触及施加冲击载荷来模拟钻进过程,从而建立了潜孔锤在土中冲击挤密钻进的有限元模型。利用非线性瞬态动力学有限元分析手段,对钻进过程中冲击力对土的作用加以研究,分析了钻具周围土体的应力、应变以及钻具与土体的摩擦情况。结果表明,在冲击载荷作用下,锥形钻头前端土体应力集中,并形成应力泡,冲击功主要用于竖向压缩土体,而水平方向的挤压作用相对较小,摩擦应力在钻头锥面附近出现峰值,是影响钻进速度的主要原因之一。

摘要：热熔钻进是一种新式钻进技术。自从 2 0世纪 6 0年代 ,美国LosAlamosNationalLaboratory (LANL)开始研究热熔器钻具以来 ,对热熔器的结构及材料的选择一直没有完全定位。我国在这方面的研究进行的比较晚。

摘要：热熔钻进是一种新式钻进技术。自从20世纪60年代,美国Los A lamos国家实验室(LANL)开始研究热熔器钻具以来,对热熔器的结构及材料的选择一直没有完全定位。我国在这方面的研究进行的比较晚,在试验结果研究的基础之上以直径80mm热熔器为例对其内部加热电阻进行了改进设计。

摘要：高效携岩和有效消泡是空气泡沫钻井安全、优质、高效钻进的重要保障,而模拟试验装置是开展相应研究的关键设施和必要手段。设计了空气泡沫钻井模拟试验装置,并就试验装置的设计思想、设计原则、主要结构参数及研制过程进行了详细的分析。该泡沫钻井试验装置可以观察不同气液比条件下的泡沫流动状态、环空压力损失,可以进行垂直井、大斜度井以及水平井空气泡沫携岩方面的试验研究。可以考察风量、风压、泡沫性质对机械消泡装置消泡效率的影响规律,为机械消泡装置的结构优化设计提供了重要的理论和试验依据。

摘要：针对南极内陆上部的积雪层较松软,裂隙、空隙发育,常规钻进易导致冲洗液漏失等技术难题,设计了低能耗、轻便快捷的气体局部反循环电动机械取心钻具,对反循环所需的气体流量进行了计算分析;在此基础上建立了模拟试验台,并对反循环气体流量进行了实验测试。结果表明:当气体的流量不小于70 L/s时,气体在管长3～4 m、管径为110 mm的模拟管中能够形成局部反循环,并可以抽吸直径为2mm左右的冰屑。