潛孔鉆頭材質(zhì)選擇及其強(qiáng)化工藝

淺析潛孔鉆頭設(shè)計(jì) 一、鉆頭的受力分析 （一）潛孔鉆工作原理 潛孔鉆工作時(shí)，推進(jìn)調(diào)壓機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)推進(jìn)，并使轉(zhuǎn)頭始終與孔底巖石 接觸。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)回轉(zhuǎn)。同時(shí)，裝在鉆桿前端的沖擊器在氣壓的作用 下，其活塞不斷沖擊鉆頭，鉆頭獲得沖擊后獲得能量，潛入孔底，產(chǎn)生使巖石 受擠壓的沖擊力。鉆具回轉(zhuǎn)避免了鉆頭重復(fù)打擊在相同的鑿痕上，并產(chǎn)生了對(duì) 孔底巖石起刮削作用的剪切力，在沖擊器活塞沖擊力和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的剪切力作用 下，巖石不斷被壓碎和剪碎。氣壓由氣接頭進(jìn)入，經(jīng)由中空鉆桿直達(dá)孔底，把 剪碎后的巖渣，從轉(zhuǎn)桿與孔壁之間的得環(huán)形空間吹到孔外，從而形成炮孔。 （二）潛孔鉆受力分析 通過(guò)對(duì)潛孔鉆工作原理的分析得出潛孔鉆頭在工作時(shí)主要受力如下： 1.潛孔鉆機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：m=7000n·m 2.潛孔鉆機(jī)的推力：f推=80kn 3.沖擊器產(chǎn)生的沖擊力：f沖=e/s=520j/8㎜=65

潛孔鉆頭品種規(guī)格 潛孔鉆頭/花鍵潛孔鉆頭 釬具簡(jiǎn)圖鉆頭 直徑d （mm）花鍵合金片（柱）水孔型號(hào) 外徑×鍵數(shù)中齒邊齒 四鍵潛孔鉆頭 7040×412×312×41dh770-40×4 7644×412×312×52dh876-44×4 8052×412×314×52dh880-52×4 9052×412×414×62dh1090-52×4 10060×412×514×63dh11100-60×4 11060×414×614×62dh12110-60×4 11056×414×714×62dh13110-56×4 11060×414×714×62dh13110-60×4 11560

淺析潛孔鉆頭設(shè)計(jì) 一、鉆頭的受力分析 （一）潛孔鉆工作原理 潛孔鉆工作時(shí)，推進(jìn)調(diào)壓機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)推進(jìn)，并使轉(zhuǎn)頭始終與孔底巖石 接觸?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使鉆具連續(xù)回轉(zhuǎn)。同時(shí)，裝在鉆桿前端的沖擊器在氣壓的作用 下，其活塞不斷沖擊鉆頭，鉆頭獲得沖擊后獲得能量，潛入孔底，產(chǎn)生使巖石 受擠壓的沖擊力。鉆具回轉(zhuǎn)避免了鉆頭重復(fù)打擊在相同的鑿痕上，并產(chǎn)生了對(duì) 孔底巖石起刮削作用的剪切力，在沖擊器活塞沖擊力和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的剪切力作用 下，巖石不斷被壓碎和剪碎。氣壓由氣接頭進(jìn)入，經(jīng)由中空鉆桿直達(dá)孔底，把 剪碎后的巖渣，從轉(zhuǎn)桿與孔壁之間的得環(huán)形空間吹到孔外，從而形成炮孔。 （二）潛孔鉆受力分析 通過(guò)對(duì)潛孔鉆工作原理的分析得出潛孔鉆頭在工作時(shí)主要受力如下： 1.潛孔鉆機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：m=7000n·m 2.潛孔鉆機(jī)的推力：f推=80kn 3.沖擊器產(chǎn)生的沖擊力：f沖=e/s=520j/8㎜=65

針對(duì)潛孔柱齒鉆頭的特點(diǎn),對(duì)柱齒鉆頭用硬質(zhì)合金齒通過(guò)礦山現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與電鏡分析確定適宜材質(zhì);對(duì)柱齒鉆頭通過(guò)不同的熱處理工藝并進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試確定合理工藝;對(duì)柱齒鉆頭幾何結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì);對(duì)固齒工藝進(jìn)行改進(jìn)并開(kāi)展了一系列的試驗(yàn)研究工作。

本文針對(duì)大口徑潛孔鉆頭的試制過(guò)程的闡述,論證了鉆頭體和合金材料的試制過(guò)程的可行性和可靠性。對(duì)產(chǎn)品加工的關(guān)鍵工藝(熱處理、鉚鑲)的試制過(guò)程也進(jìn)行了分析論證。

臨清市瑞龍鉆具有限公司 版權(quán)所有：http://www.***.***/轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處 高風(fēng)壓潛孔鉆頭 高風(fēng)壓潛孔鉆頭簡(jiǎn)介 潛孔鉆頭，采用優(yōu)質(zhì)的原材料、通過(guò)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，公母連接的鏈接方式。 類(lèi)型：產(chǎn)品分為高風(fēng)壓、低風(fēng)壓兩大系列潛孔釬具。 規(guī)格：65、70、76、90、93、95、100、105、110、113、115、120、130、150 低風(fēng)壓潛孔鉆頭規(guī)格：70、90、100、110、120 高風(fēng)壓潛孔鉆頭規(guī)格：115、130、150 用途：產(chǎn)品廣泛用于土石方工程、礦山開(kāi)采、水井鉆探、建筑工程等。 現(xiàn)在高風(fēng)壓潛孔鉆頭，目前采用的端面設(shè)計(jì)形式主要有四種：即端面凸面型、端面平面型、 端面凹面型和端面深凹中心型。硬質(zhì)合金多選用球齒、彈齒或球齒和彈齒共用的布齒方式。 1、端面凸面型：這種鉆頭分兩種形式，單凸臺(tái)和雙凸臺(tái)端面，后者主要用于直徑較大潛 臨清市瑞龍

在勘探鉆井過(guò)程中,qf-ⅱ型潛孔鉆頭井底流場(chǎng)分布不合理,存在排屑能力差,對(duì)井壁沖蝕破壞嚴(yán)重等缺點(diǎn),制約了該潛孔鉆頭在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。為此,以qf-ⅱ型潛孔鉆頭為原型,充分考慮了鉆頭排屑槽和切削齒對(duì)井底流場(chǎng)的影響,建立了與實(shí)際相接近的潛孔鉆頭井底流場(chǎng)物理模型。在計(jì)算流體力學(xué)軟件fluent中將cad模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的cfd井底流場(chǎng)模型,運(yùn)用k-ε兩方程模型,對(duì)鉆頭噴嘴不同位置、不同直徑、不同傾角時(shí)的井底流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。這些結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響井底流場(chǎng)分布及流體的排屑能力,在研究中把這些參數(shù)作為鉆頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn),找到了鉆頭噴嘴不同結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下對(duì)井底流場(chǎng)的影響機(jī)理,為合理進(jìn)行潛孔鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及水力設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和校驗(yàn)方法。

以qf—ⅱ型潛孔鉆頭為原型,充分考慮排屑槽和切削齒對(duì)井底流場(chǎng)的影響,建立了與實(shí)際相接近的潛孔鉆頭井底流場(chǎng)模型,采用計(jì)算流體力學(xué)軟件fluent對(duì)鉆頭井底流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。分析認(rèn)為,該潛孔鉆頭導(dǎo)致井底流場(chǎng)分布不合理的原因在于噴嘴安放位置太靠近鉆頭邊緣。隨后對(duì)噴嘴位置向鉆頭中心靠攏后的改型鉆頭進(jìn)行了井底流場(chǎng)分析,認(rèn)為噴嘴位置向鉆頭中心靠攏,有助于提高井底流場(chǎng)的清巖能力,減小井底流場(chǎng)對(duì)井壁的沖蝕破壞程度,為合理進(jìn)行潛孔鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的qf-ⅱ型潛孔鉆頭為原型,利用顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件ls-dyna建立潛孔鉆頭與巖石的互作用模型,對(duì)潛孔鉆頭的井底破巖模式進(jìn)行仿真分析。通過(guò)原型鉆頭沖擊旋轉(zhuǎn)破碎巖石的仿真研究認(rèn)為:從結(jié)構(gòu)上看,現(xiàn)場(chǎng)原型鉆頭的中間牙齒分布不合理。因此,在原型鉆頭端面布齒的基礎(chǔ)上添加一顆硬質(zhì)合金齒,可以提高鉆頭單次破巖量,進(jìn)而提高鉆頭的破巖效率和機(jī)械鉆速,并可以減少鉆頭失效的幾率,提高鉆頭使用壽命,為確定鉆頭的最優(yōu)布齒方案提供了理論依據(jù)。

潛孔鉆頭由于工作環(huán)境惡劣,使用過(guò)程中存在很多不可預(yù)見(jiàn)的因素,很容易造成鉆頭的非正常報(bào)廢,長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者從鋼材選材、硬質(zhì)合金齒的牌號(hào)以及鉆頭的結(jié)構(gòu)等不同角度對(duì)鉆頭進(jìn)行研究和改良,并取得了豐碩的成果。本文以花鍵連接類(lèi)潛孔鉆頭為例從鉆頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)闡述對(duì)鉆頭使用壽命的影響。

對(duì)高風(fēng)壓潛孔鉆頭使用時(shí)鉆頭體崩塊、掉齒等早期失效情況進(jìn)行分析,找到其失效原因。通過(guò)改進(jìn)熱處理工藝,采用低濃度滲碳等,取得了較好的效果。

利用ansys/ls-dyna顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件建立潛孔鉆頭與巖石的互作用動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)潛孔鉆頭的破巖過(guò)程進(jìn)行仿真分析,通過(guò)對(duì)破巖總體過(guò)程、鉆頭的應(yīng)力、破碎坑的形狀和分布及鉆頭的位移等四個(gè)方面的分析,完整地描述潛孔鉆頭的破巖機(jī)理,認(rèn)為鉆頭破碎巖石的過(guò)程分為三個(gè)階段:中間齒破碎巖石,形成破碎坑階段;邊齒破碎巖石,形成破碎坑階段;鉆頭的反彈階段。在鉆頭侵入巖石的過(guò)程當(dāng)中,鉆頭既有軸向的位移,也有橫向的位移。破巖過(guò)程中,牙齒3峰值最大,最容易發(fā)生破壞。

潛孔鉆頭是空氣鉆井中一種重要的破巖工具,鉆齒鑲嵌過(guò)程中的過(guò)盈量直接影響鉆齒與鉆頭本體的接觸強(qiáng)度。文章以φ311.1mm潛孔鉆頭用φ19mm鉆齒為研究對(duì)象,建立了鉆頭本體與鉆齒過(guò)盈配合的力學(xué)模型,并進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真。通過(guò)對(duì)過(guò)盈量分別為0.01、0.02、0.04、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1mm時(shí)鉆齒與鉆頭本體的接觸分析可知,過(guò)盈量小于等于0.07mm時(shí),鉆頭本體均為彈性變形;當(dāng)過(guò)盈量為0.08mm時(shí),鉆頭本體接觸區(qū)域局部開(kāi)始發(fā)生塑性變形;當(dāng)過(guò)盈量達(dá)到0.1mm時(shí),鉆頭本體沿齒眼的應(yīng)力值接近材料的強(qiáng)度極限。根據(jù)分析結(jié)果并考慮塑形強(qiáng)化的影響,推薦φ311.1mm潛孔鉆頭φ19mm鉆齒的安裝過(guò)盈量為0.07～0.08mm。論文的研究工作為空氣鉆頭鉆齒的科學(xué)裝配提供了理論依據(jù)。

以川渝地區(qū)油氣田現(xiàn)場(chǎng)空氣鉆井用潛孔鉆頭為模擬對(duì)象,根據(jù)實(shí)體模型、底部包絡(luò)面和實(shí)鉆井眼建立流場(chǎng)模型,采用rngk-ε方程作為氣相湍流模型,用拉格朗日粒子追蹤法描述固相,進(jìn)行潛孔鉆頭的旋流場(chǎng)數(shù)值模擬。研究結(jié)果表明:氣相在噴嘴出口形成的扇形面積小,未完全覆蓋鉆齒,鉆齒處巖屑攜帶效率低;轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)井底流場(chǎng)影響很小;鉆頭中心區(qū)域和切削結(jié)構(gòu)中部(徑向狹長(zhǎng)區(qū)域)存在回流;流量分配不均和回流影響攜巖效率和鉆進(jìn)速度;借鑒pdc鉆頭水力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路,在潛孔鉆頭每個(gè)切削結(jié)構(gòu)中心位置增加1個(gè)噴孔,在潛孔鉆頭中心增1個(gè)中心噴孔,發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后鉆齒上分配的氣量明顯增加,過(guò)流流速增大,鉆頭中心區(qū)域回流現(xiàn)象基本消除,改進(jìn)后結(jié)構(gòu)有利于及時(shí)清除巖屑,減少重復(fù)切削,可以提高機(jī)械鉆速以及延長(zhǎng)鉆頭壽命。

鉆頭柱齒和齒孔的過(guò)盈配合,是一個(gè)包含了幾何非線性、材料非線性、接觸非線性的復(fù)雜多重非線性問(wèn)題,以往的研究工作都是以單齒或多齒為研究對(duì)象,本文以q13115-h64型潛孔鉆頭為原型,將硬度極大,變形極小的柱齒視為不變形的剛性體,把過(guò)盈量全部均勻作用在孔壁上,使得齒孔邊界變形成為已知,通過(guò)在ansys10.0中建立q13115-h64型潛孔鉆頭的有限元模型,對(duì)不同過(guò)盈量下鉆頭本體的應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行了研究,并提出了改進(jìn)意見(jiàn)。

通過(guò)對(duì)普通硬質(zhì)合金潛孔鉆頭的缺點(diǎn)進(jìn)行分析,論證了聚晶金剛石復(fù)合柱齒在潛孔鉆頭上應(yīng)用的可行性,并確定了聚晶金剛石復(fù)合柱齒潛孔鉆頭的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝和工藝要點(diǎn)。

以qf-ⅱ型潛孔鉆頭為原型,應(yīng)用有限元分析軟件ansys闡述了潛孔鉆頭本體結(jié)構(gòu)的有限元模型建立、網(wǎng)格劃分、材料的本構(gòu)關(guān)系、邊界條件的處理等相關(guān)問(wèn)題,對(duì)不同牙齒過(guò)盈量時(shí)鉆頭本體應(yīng)力的分布情況進(jìn)行了模擬研究,并得出了相應(yīng)的vonmises應(yīng)力分布圖,為合理進(jìn)行潛孔鉆頭本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和校驗(yàn)方法。

通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)軟件fluent對(duì)三種底唇面形狀的鉆頭進(jìn)行內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬仿真分析,比較真實(shí)地反映出其在孔底的工作狀態(tài),可以得出任意斷面的流速和壓力,這種方法為鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)選提供基礎(chǔ)。

第1頁(yè)共3頁(yè) “五小”成果申報(bào)表 申報(bào)單位名稱(chēng) 中鐵十三局集團(tuán)第三工程有限公司康臨高速公路kl8合同 段項(xiàng)目經(jīng)理部 申 報(bào) 項(xiàng) 目 名稱(chēng)土質(zhì)圍巖潛孔鉆鉆孔鉆頭改進(jìn)2008年10月10日 基本 情況 說(shuō)明 潛孔鉆主要利用風(fēng)動(dòng)原理，鉆頭為沖擊式。在較硬的泥巖、 砂巖中可正常工作，但施工中遇軟弱黃土無(wú)法排渣，經(jīng)過(guò) 對(duì)鉆頭進(jìn)行改進(jìn)，順利的完成了鉆孔任務(wù)?？勺鳛橐院簏S 土圍巖鉆孔的參考方案。 經(jīng)濟(jì) 效益 社會(huì) 效益 通過(guò)改進(jìn)鉆頭，順利完成鉆孔任務(wù)，提前7天完成了施工 計(jì)劃，節(jié)約人工20工日、鉆孔臺(tái)班14個(gè)。 任務(wù)順利完成，得到駐地監(jiān)理辦、業(yè)主的一致好評(píng) 技術(shù)部門(mén)簽章財(cái)務(wù)部門(mén)簽章 作 者 情 況 姓名性別出生年月工作時(shí)間學(xué)歷職務(wù) 李紹先男1973.9.2513年中專(zhuān)項(xiàng)目工程部長(zhǎng) 史建國(guó)男1985.11.192年專(zhuān)科項(xiàng)目技術(shù)員

在勘探鉆井過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的潛孔鉆頭存在排屑能力差、井壁沖蝕破壞嚴(yán)重的問(wèn)題,這與鉆頭井底流場(chǎng)分布有著密切關(guān)系,而鉆頭排屑槽的布置方式又對(duì)井底流場(chǎng)的分布及流體的排屑能力起著重要作用。本文充分考慮了鉆頭排屑槽的布置方式對(duì)井底流場(chǎng)的影響,建立了與實(shí)際相接近的潛孔鉆頭井底流場(chǎng)物理模型,在計(jì)算流體力學(xué)軟件fluent中將cad模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的cfd井底流場(chǎng)模型,運(yùn)用k-ε兩方程模型,對(duì)鉆頭排屑槽布置方式對(duì)井底流場(chǎng)的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,找到了鉆頭排屑槽布置方式對(duì)井底流場(chǎng)的影響機(jī)理,為設(shè)計(jì)排屑能力強(qiáng)、對(duì)井壁沖蝕破壞小的新型潛孔鉆頭提供了理論依據(jù)。

河南四方達(dá)超硬材料股份有限公司 聚晶金剛石復(fù)合片（pdc）截齒及潛孔鉆頭產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 目錄 1.總論......................................................................................................................-1- 1.1項(xiàng)目名稱(chēng)及承辦單位..................................................................................-1– 1.2項(xiàng)目承辦單位概況......................................................................................-1- 2.

YQ_150A型潛孔鉆鉆頭及沖擊器前接頭的改進(jìn) (2)