摘要：针对聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在钻井破岩过程中因受力不平衡,导致钻井倾斜、井径扩大、钻头产生横向振动和涡动,造成钻头早期失效的问题,基于已有PDC钻头切削力学知识,构建了PDC钻头弯曲力矩及全局力平衡布齿优化设计模型,并提出模型求解方法。布齿设计实例结果表明,采用全局力平衡布齿设计方法得到的布齿结构可使PDC钻头在不同进尺条件下均能保持全局力平衡状态,尤其低进尺(小于1 mm)时的力平衡状态得到极大改善,提高了PDC钻头的钻井稳定性,对于改善钻头受力、提升钻头使用寿命、提高钻井质量与效率具有重要意义。

摘要：针对磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数预测方法尚未建立,无法很好地开展等磨损布齿设计的问题,建立了磨损齿的几何模型,并提出了求解切削参数的零点遍历法。基于MATLAB平台对零点遍历法进行编译,并对切削齿的切削弧长、切削面积和切削体积进行求解。结果表明,提出的零点遍历法能够用于磨损齿和未磨损齿的切削参数求解(误差在2%以下);结合切削齿的受力与磨损模型,能够预测PDC钻头每颗齿的磨损趋势。

摘要：PDC (polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头是当今油气钻井领域的主要破岩工具,具有耐磨性高、机械钻速高和破岩效率高等优点。PDC切削齿作为切削单元,决定了PDC钻头的破岩性能。PDC钻头布齿的目的是确定每颗PDC切削齿在钻头上的空间位置,使得钻头在钻井破岩时具有优良的性能和可靠的寿命。基于不同布齿技术设计的PDC钻头在钻井过程中表现出不同的破岩性能。因此,PDC钻头布齿技术得到了国内外学者的广泛关注。现已有大量学者针对PDC钻头自诞生以来的布齿技术做了相应研究,但目前仍缺乏系统性的总结。为此,以近年来国内外关于PDC钻头布齿技术的文献为基础,总结了PDC钻头自诞生以来的布齿技术的发展历程,主要包括早期布齿阶段、经典布齿阶段和现代布齿阶段。通过对PDC钻头布齿技术发展历程的分析与总结,指出复合PDC钻头、兼容智能化PDC钻头、长寿命PDC钻头、力平衡PDC钻头、冲击与振动下PDC钻头以及特殊地层下PDC钻头的布齿技术是未来的发展趋势。研究结果可为后续的PDC钻头布齿技术研究提供一定的参考,有望推动PDC钻头布齿技术的进一步发展。

摘要：为了提高输油转子泵腔内部流动稳定性,同时提高泵的容积效率,建立了5种啮合间隙、3种转子叶数的输油转子泵模型进行对比分析。基于动网格技术和SSTκ-ω湍流模型对输油转子泵腔内部进行数值模拟,并通过试验验证了研究方法的可行性,分别研究了啮合间隙、转子叶数对输油转子泵性能影响规律,并对输油转子泵的啮合间隙、转子叶数进行了优化设计。结果表明,啮合间隙从0.1 mm增至0.3 mm,2叶输油转子泵腔内高速流动区域扩大,转子腔内漩涡强度增大,泵腔内流体流动的平稳性和容积效率降低;转子叶数由2增加为4,转子腔内压力变化的多样性增加,3叶转子泵腔内流体流动最平稳。优化设计的输油转子泵腔内流动平稳性得到提高,同时容积效率提高了2.1%,能更好地满足油田输油的需要。

摘要：以燃油发动机驱动的山地物探钻机在钻井时噪声大,尾气排放严重,钻井效率低,拆装、搬运不便。为解决上述问题,以电能驱动代替燃油机驱动,提出了山地物探电动钻机模块化设计方案。基于模糊综合评价法,开展了电动钻机驱动电机和传动方式的定量评价,确定其驱动电机为永磁同步电机,传动方式为链轮链条传动,同时通过对比优选出电动钻机的减速器、支撑部件和导向部件分别为涡轮蜗杆减速器、π形底盘和单桅杆。在此基础上,采用有限单元分析方法进行了电动钻机的安全性分析,结果表明:钻机的最大应力出现在π形底盘连接桅杆的直角处,其值小于钻机材料的许用应力,钻机的结构安全,且电机电路安全可靠。钻井实验结果表明:自主设计的山地物探电动钻机较现有山地物探钻机质量减小了57%,钻井作业时噪声低,无尾气排放,可提供的最大提升力和扭矩分别超过设计标准的71%与6.25%,表明其整体性能符合要求。研究结果为绿色高效的油气勘探装备的研发提供了参考。

摘要：传统的PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头磨损预测方法未考虑切削齿温度、切削受力和磨损的动态变化过程,使得磨损预测结果存在偏差,从而导致钻头磨损后受力恶化、快速失效。为解决这一问题,基于磨料磨损理论、微积分基本理论以及迭代算法,构建了PDC钻头切削齿体积磨损量和线磨损量之间的函数关系以及切削齿隐式线磨损模型,提出了PDC钻头动态磨损趋势预测方法,并对某直径为215.9 mm的六刀翼PDC钻头展开磨损趋势预测。结果表明,当PDC钻头未磨损时,其内锥齿的初始受力较大,切削齿齿体温度普遍偏高;随着PDC钻头的不断磨损,其外锥齿的受力呈快速增大趋势,切削齿齿体温度逐渐降低。在破岩初期,PDC钻头冠顶齿的磨损最为严重,外锥齿的磨损速度最快;一段时间后,外锥齿的磨损最为严重。研究结果可为磨损钻头破岩受力特性分析、基于磨损的PDC钻头布齿设计、地热钻头设计以及钻头寿命预测等提供理论基础与支撑。

摘要：目前,仅依靠人工经验调节压裂泵滑履与导板间隙和确定润滑油供油流量,缺乏科学依据和理论指导,导致滑履和导板磨损、烧瓦时有发生,严重缩短了压裂泵使用寿命,影响压裂作业生产安全。为此,针对6000HP压裂泵,研究了润滑油作用下压裂泵滑履与导板间的摩擦生热、散热机理,推导了滑履与导板间隙和供油流量对压裂泵润滑冷却状态的影响规律,并在压裂泵试验平台上进行了验证试验。结果表明:随着滑履与导板间隙减小,润滑油温度变化愈加明显,当滑履与导板间隙小于0.2 mm时,润滑油温度会达到360 K,超过所选润滑油的许用工作温度;供油流量的增大会使润滑油温度降低,但当供油流量超过2 L/min时,供油流量对润滑油温度的影响并不显著。研究结果可为合理制定压裂泵滑履与导板间隙、润滑油供油流量提供理论依据和设计参考。

摘要：在川渝地区复杂难钻地层的钻井勘探中,常规物探钻头存在破岩效率低、钻进速度慢、钻头使用寿命短、作业成本高等不足。因此,设计了棱锥齿和半抛齿两种新型硬质合金齿,并结合这2种齿的结构和工程实际设计了棱锥齿-半抛齿物探钻头,在钻头中间端面布置棱锥齿,边缘锥面均匀布置半抛齿。分析了棱锥齿和半抛齿的破岩机理,并采用有限元仿真方法,开展了棱锥齿与锥形齿、半抛齿与球形齿破岩的对比研究。结果表明:在冲击载荷和钻压作用下,相比于锥形齿,棱锥齿在岩石内部产生的应力更为集中;相比于球形齿,半抛齿切削刃切削挤压岩石时,在接触区域产生的应力更为集中;棱锥齿和半抛齿更容易破碎岩石,其破岩效率得到提高。开展了棱锥齿-半抛齿物探钻头和常规物探钻头的破岩仿真。结果表明:与常规物探钻头相比,棱锥齿-半抛齿物探钻头的钻进速度提升了38.3%,钻头的轴向加速度波动幅度减小了13%。研究结果可为棱锥齿-半抛齿物探钻头的研发提供理论支撑。

摘要：斧形PDC齿因其独特的齿形结构而具有优越的破岩性能,但对斧形PDC齿破岩性能与其齿刃角优化设计研究尚不明确。建立了切削齿切削与压入破岩结合的岩石破碎综合比能评价方法,利用破岩仿真模型,开展了斧形PDC齿齿刃角优化研究,并对优化后斧形PDC齿进行了破岩性能仿真。研究结果表明,随齿刃角逐渐增大,斧形PDC齿的岩石破碎综合比能呈“N”型变化趋势,齿刃角为130°的斧形PDC齿在硬质砂岩具有优异的破岩性能,其切削力较常规PDC齿降低了35%,切削破岩比能、压入破岩比能和岩石破碎综合比能分别较常规PDC齿降低20%、5.9%和10.5%。室内破岩试验表明斧形齿较常规齿切削破岩比能降低了35.2%,攻入性更强。该研究为川东北沙溪庙组硬质砂岩的个性化PDC钻头设计提供了理论基础。