摘要：【目的】全液压顶驱平衡装置作为万米钻机重要设备之一,旨在动态精准调控拧卸扣过程中的轴向载荷,以保护钻杆接头螺纹免受损伤,确保钻探作业的稳定性和安全性。【方法】针对***-01A型全液压顶驱,设计了平衡装置及其液压回路,以实现顶驱使用过程中所需的平衡和弹跳功能。首先,确定顶驱平衡装置液压回路组成结构及主要工作参数。随后,利用Matlab/Simulink/SimScape仿真平台,构建了顶驱平衡装置液压回路动态仿真模型、顶驱主轴与钻杆拧卸扣机构动力学仿真模型,模拟测试顶驱主轴保护接头在拧卸扣过程中的轴向载荷变化和位移特性,以及平衡装置液压回路的流量−压强特性和能耗指标。【结果和结论】结果表明:设计的顶驱平衡装置功能结构合理且具有良好的动态调节性能。在主轴转速为10 r/min情况下,拧扣、预紧用时24 s,卸扣、脱扣用时26 s。拧扣阶段螺纹面最大压力(碰撞)为11.2 kN,稳定时约550 N。卸扣阶段,螺纹面最大压力为3.5 kN,平均约1.2 kN。完成拧扣作业后,顶驱弹离钻杆柱76.5 mm。设计的顶驱平衡装置及其液压回路已应用于***-01A型全液压顶驱系统,使用效果良好,在保护钻杆接头螺纹方面发挥了重要作用,在服务“松科二井”施工期间出于安全方面的考虑,顶驱主轴保护接头仅更换4次。研究工作对于后续顶驱系统研发具有指导意义。

摘要：近年来,大地电磁法作为深部找矿与地球电性探测的感应类电法有了迅猛的发展,国内电磁法仪器基本上都是美、加、德三国地球物理公司所生产,中国已进口了几百套这些设备.随着中国国力的增强,地面电磁探测系统的自主研制被提到议事日程.从2010年开始,中国科学院地质与地球物理研究所牵头,联合中科院院内及高校等单位在国土资源部探测技术与实验研究专项(SinoProbe)中承担了《地面电磁探测(SEP)系统研制》项目的研究,目前已取得阶段性成果.本文详尽地论述了大地电磁法仪器发展现状、系统研究目标和总体设计,SEP发射系统、感应式磁传感器、分布式电磁数据采集系统、3DEM数据正反演成像软件和可视化数据管理软件、SEP系统集成和野外测试结果,最后对地面电磁探测系统研究进行了讨论、总结和展望.

摘要：采用数值仿真的方法建立了动圈式检波器的仿真模型,推导检波器传递函数,通过对实际动圈式检波器频率特性的测试,验证了动圈式检波器数值仿真模型的正确性,分析动圈检波器频率响应特性,分别对动圈式检波器的自然频率、灵敏度、阻尼比进行仿真,对不同自然频率、灵敏度、阻尼比对检波器输出频率特性的影响进行了分析,使用二阶二次型反馈补偿方法,设计检波器低频补偿结构,结果表明:数值仿真模型与实际检波器的频率响应一致,补偿结构使检波器自然频率由2 Hz降低至0.2 Hz.

摘要：结合大陆科学钻探钻机的施工要求,设计钻杆自动传送系统,系统具有结构简单、动作可靠、易于控制等优点,能够代替人工完成在钻井起下钻作业过程中的钻杆夹持、提升、下放、平移和回转等操作,实现钻具的自动输送及排放。介绍钻杆自动传送系统的结构组成、工作原理及系统的动作流程。对系统模型进行运动学理论分析,建立系统的D-H坐标系,通过分析求解得到了系统的正运动学方程及运动学反解,建立末端夹持机械手中心的空间位置、方向矢量及位姿与各运动构件运动参数间的变换关系,为系统的运动控制、轨迹规划等进一步研究提供了基础。利用ADAMS仿真软件建立系统仿真模型,对系统进行运动仿真模拟,得到夹持机械手运动中的位置、姿态和空间轨迹仿真曲线,验证了系统的性能,为系统实际动作的优化及控制提供了重要依据。

摘要：大地电磁测深是研究地壳和上地幔构造的一种重要的地球物理探测方法,当前国家正在实施深部探测专项SinoProbe等项目,故需要借助于长周期大地电磁测深仪器.我国没有自己生产的长周期大地电磁测深仪器,只能依靠从乌克兰进口的LEMI-417进行深部探测.在LEMI-417使用中,我们从该仪器提供的数据文件***中发现它的电场信号测量分辨率为0.01mV/km,磁场信号测量分辨率为0.01nT,相对较低,此外,该仪器在无GPS信号时会出现记录紊乱等现象,故需要设计适合课题组需要的长周期大地电磁测深仪器.由于大地电磁测深仪器需要采集的电场、磁场信号为微弱信号,容易淹没于噪声之中,故选用了低噪声、极小总谐波失真率的CS3301作为运算放大器.CS3301提供了4种可选择的信号输入模式和7种可选增益,经分析与测试,测量电场信号时,CS3301设置为输入模式1及×64增益,当极距100M时,测量精度可达0.001mV/km,高于LEMI-417的0.01mV/km;测量磁场信号时,将反馈理论用于测量电路,CS3301设置为输入模式3及×64增益,只对信号的可变部分进行放大,精度可达0.006nT,高于LEMI-417的0.01nT.该系统在华南的9005、1005等多个测点以及东北的1600、5105等多个测点进行了测试,并与LEMI-417进行了对比试验,测量结果表明它们的时间序列曲线比较一致,数据处理后,在同一测点得到的大地电磁测深曲线也较一致,说明设计的仪器达到了预期目标.

摘要：铁钻工为先进的钻井辅助作业设备,但国内铁钻工在自动化程度、夹持定位精度和工作平稳性方面有较多不足。为了解决此问题,本文设计了一种新型的铁钻工结构及其液压控制系统。首先通过机-液联合仿真分析,研究了铁钻工上卸扣过程中钻杆轴线的偏移角度和径向力变化;然后在此基础上对铁钻工的控制系统进行优化,采用同步分流马达和PID(比例积分微分)控制,进一步分析液压缸增加输入流量对固定钳和动钳的液压缸同步性能、夹持定位精度及接头螺纹径向力的影响。结果表明:采用PID控制时比同步分流马达夹持效果更好,当单个液压缸输入流量为18 L/min时,固定钳夹紧钻杆时钻杆轴线绕x、y轴偏角能控制在0.10°和0.06°以内,响应速度在6.8 s左右,上下钻杆重心沿x和y轴方向的距离可以分别控制在1.93和2.85 mm之内,保证了固定钳和动钳的夹持定位精度以及动作快速性和稳定性。接头螺纹径向力曲线也表明了铁钻工冲扣时钻杆接头间产生的不平衡径向力(17.2 kN)远大于旋扣时(641.0 N),更易导致钻头磨损。

摘要：本研究实现了一套基于有限差分(FD)方法的大地电磁测深数据带地形三维反演算法及代码.其中,在大地电磁场正演数值模拟方面,开发了起伏地形条件下基于交错网格剖分、有限差分方法的大地电磁测深三维正演代码;在满足平面波场假设的前提下,使用长方体网格剖分模拟三维起伏地形,实现了带地形三维正演计算;并设计理论模型进行试算,经试算结果与前人的有限元法计算结果对比,验证了所研发的带地形三维正演计算的正确性与可靠性.在反演方面,本研究基于非线性共轭梯度方法编写了大地电磁测深带地形三维反演代码,试验了不同的共轭梯度搜索因子β,避免了目标函数对海森矩阵(参数二次导数矩阵)的显式计算和存储,初步实现了大地电磁资料的带地形三维反演.最后,对一系列理论模型进行正演计算,利用其生成的合成数据模拟实测数据进行反演,并与现有的不带地形大地电磁测深三维反演结果比较,检验了所研发的带地形三维反演计算的可靠性与稳定性.

摘要：近年来,无人机的应用日益广泛,逐渐用于航空物探。在使用固定翼无人机搭载磁力仪进行航磁测量时,必然引入飞行平台干扰,包括与机动无关的干扰和与机动有关的干扰。去除和飞机机动有关的磁干扰,即为磁补偿工作。航磁补偿的经典TOLLES-LAWSON模型将磁干扰分为剩余磁场、感应磁场和涡流磁场。对于固定翼无人机,涡流磁场可以不考虑,将剩余磁场和感应磁场合称为稳态干扰场。主要对飞机干扰的来源和性质进行分析,并在地面设计实验验证铁磁性材料的性质,以加深对磁补偿模型的假设和推导过程的理解。最后,在地面实验平台上测量了飞机磁干扰场的平面分布图,指导航空磁力仪的安装。在将TOLLES-LAWSON模型应用于固定翼无人机航磁探测系统的磁补偿工作时,无人机与有人机相比,在结构和材料方面都有较大差异,因此对模型的物理意义和假设条件的深入理解至关重要,此即本文所述工作成果的出发点。

摘要：为探讨二维反演方法在三维电性结构中的适应性问题,本研究中设计了一系列的二维/三维正演模型进行实验计算,分析了三维高阻/低阻异常体对模型响应的畸变作用,并从反演模式选择和数据旋转方向两个方面进行模型二维反演的对比分析,与三维反演的结果进行了比较,最后采用了实测数据进一步进行了二维和三维反演的比较实验.实验和研究结果表明,在剖面选择方面,在剖面方向与垂直主构造方向相差不大的情况下,截取剖面方向,将电性主轴旋转到垂直剖面方向的二维反演结果与垂直主构造方向的反演结果都可以较好地还原正演模型,在大的构造的反映上并无太大差异.在地下为二维或近三维条件时,正演模型的主要结构都可以较好地被二维和三维反演解析出来.二维的反演结果可能甚至会比三维的反演结果的边界更清晰,更精确.然而,对于具有较强的三维结构的模型而言,其二维反演结果与原始模型可能仍然存在较大差异,其中TM+TP或TM模式的二维反演结果相对更接近原始模型,而TE模式的结果往往会有较大误差,需要在解释时特别注意以免得出错误结论.

摘要：针对目前钻井系统钻探能力较低的问题,通过对钻井过程的分析,采用参数化建模的方法,对钻机顶驱减速箱进行详细的结构设计,并对其进行了齿轮啮合力的分析.基于Hertz理论建立斜齿轮的接触力仿真参数,建立齿轮接触模型,运用ADAMS软件进行运动学仿真,得出齿轮啮合力的时域和频域曲线.通过设计与分析,所建立的虚拟样机符合设计要求,节约钻井时间,并为中国深部探测技术的研究提供了技术参考.