基于磁流变液的井下钻具主动减振技术 被引量：3

1

作者 高明帅 王瑜 +1 位作者 王志乔 刘宝林 《石油机械》 北大核心 2013年第9期7-11,共5页

基于磁流变液的主动减振技术可以控制钻具振动,提高机械钻速,降低钻井成本。在介绍井下减振技术发展现状的基础上,阐述了磁流变液阻尼器和基于磁流变液的主动减振短节(AVD)的工作原理,对AVD的减振性能进行了室内试验和现场对比试验。试... 基于磁流变液的主动减振技术可以控制钻具振动,提高机械钻速,降低钻井成本。在介绍井下减振技术发展现状的基础上,阐述了磁流变液阻尼器和基于磁流变液的主动减振短节(AVD)的工作原理,对AVD的减振性能进行了室内试验和现场对比试验。试验结果表明,AVD在将振动降至最弱程度的同时提高了机械钻速,还可避免钻柱振动破坏钻头及其他钻柱组件,增大钻头进尺和减少额外的起下钻次数。基于磁流变液的主动减振技术可以很好地解决钻具振动引起的钻压不稳、机械钻速低等问题。最后指出我国应该开展这方面的研究。 展开更多

关键词 井下钻具 磁流变液 减振 阻尼器 阻尼系数 AVD

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水文钻孔新型洗井技术简介 被引量：4

2

作者 王偲 吕健 杨甘生 《人民长江》 北大核心 2015年第S1期103-105,共3页

洗井是水文孔施工中成井工艺的重要环节,安全、高效和稳定是未来洗井的发展趋势,概述了常规洗井技术方法及其存在的问题。通过深入调研国外最新技术,从技术原理、关键技术、设备、特点及应用实例等方面介绍了新兴超声波洗井技术、干冰... 洗井是水文孔施工中成井工艺的重要环节,安全、高效和稳定是未来洗井的发展趋势,概述了常规洗井技术方法及其存在的问题。通过深入调研国外最新技术,从技术原理、关键技术、设备、特点及应用实例等方面介绍了新兴超声波洗井技术、干冰洗井技术和封隔分层洗井技术。认为在引进国外技术的同时应加快新型洗井技术的自主研发和试验,这样才能加快我国洗井技术的发展。 展开更多

关键词 水文孔 超声波洗井 干冰洗井 封隔分层洗井

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方位角对页岩气钻探的影响 被引量：1

3

作者 王偲 杨甘生 吕健 《断块油气田》 CAS 北大核心 2015年第6期820-824,共5页

为了达到增产目的,水平井技术在页岩气开发中被广泛应用,因其影响因素众多,文中结合国内外相关资料,分析了方位角对页岩气开发的影响。结果表明:沿最小水平应力方向钻井,不仅能有效降低页岩气钻井风险,而且可使储层破裂体积达到最大,从... 为了达到增产目的,水平井技术在页岩气开发中被广泛应用,因其影响因素众多,文中结合国内外相关资料,分析了方位角对页岩气开发的影响。结果表明:沿最小水平应力方向钻井,不仅能有效降低页岩气钻井风险,而且可使储层破裂体积达到最大,从而增加产量;在完井过程中,通过增加沿水平井方向压裂间隙的长度,达到降低成本的目的。然而,在某些情况下,钻井的方位角并非沿最小应力方向,此时,安全钻井液密度窗口会下降,甚至消失。复杂裂缝提高了破裂压力,严重威胁井壁稳定性。 展开更多

关键词 水平井 方位角 井壁稳定性 安全钻井液密度窗口 完井

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基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型 被引量：20

4

作者 赵怡晴 刘红岩 +1 位作者 吕淑然 张力民 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1489-1496,共8页

提出考虑宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型。首先介绍仅考虑微裂纹等细观缺陷影响的岩石损伤本构模型及仅考虑节理等宏观缺陷影响的岩体损伤本构模型,其次基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏观和细观缺陷耦合的复合损伤变量... 提出考虑宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型。首先介绍仅考虑微裂纹等细观缺陷影响的岩石损伤本构模型及仅考虑节理等宏观缺陷影响的岩体损伤本构模型,其次基于Lemaitre应变等效假设,推导考虑宏观和细观缺陷耦合的复合损伤变量,从而建立基于宏观和细观缺陷耦合的节理岩体损伤本构模型,最后通过引用岩石单轴压缩试验资料对模型合理性进行验证。研究结果表明:该模型能够较好地同时反映宏观和细观缺陷对岩体应力应变曲线的影响。同时采用该模型对含不同倾角的单节理岩体和含多条平行节理的岩体在单轴压缩荷载下的应力应变曲线进行分析,所得结果与相关文献中的试验及理论结果具有很好的一致性,说明了该模型的合理性。 展开更多

关键词 节理岩体 损伤本构模型 宏观缺陷 细观缺陷 损伤耦合

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基于组合模型法的贯通节理岩体动态损伤本构模型 被引量：19

5

作者 刘红岩 吕淑然 张力民 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1814-1821,共8页

针对贯通节理岩体动态变形特点并结合已有岩石动态本构模型的相关研究成果,将贯通节理岩体变形过程中的动态应力视为贯通节理岩体静态应力分量与相应动态应力分量的叠加。其中贯通节理岩体静态应力分量采用考虑岩石细观损伤的非线性元... 针对贯通节理岩体动态变形特点并结合已有岩石动态本构模型的相关研究成果,将贯通节理岩体变形过程中的动态应力视为贯通节理岩体静态应力分量与相应动态应力分量的叠加。其中贯通节理岩体静态应力分量采用考虑岩石细观损伤的非线性元件、节理面闭合及剪切变形元件等3个基本元件的串联来模拟,动态应力分量采用黏性元件来模拟,从而建立了贯通节理岩体动态单轴压缩损伤本构模型。其次,根据贯通节理岩体在单轴压缩荷载下往往会沿节理面发生剪切破坏的特点,在前述已建立的损伤本构模型中引人节理剪切破坏准则对该模型进行修正,从而更好地考虑了节理剪切强度对该模型的影响,最终建立了考虑节理剪切强度的贯通节理岩体单轴压缩损伤本构模型。最后利用该模型对贯通节理岩体在压缩荷载作用下的力学特性进行了分析计算,重点讨论了节理倾角对岩体单轴动态压缩峰值强度的影响规律。研究结果表明随着节理倾角的变化,节理岩体将发生岩块张拉或剪切破坏、沿节理面的剪切破坏及上述两种破坏模式的复合破坏,相应地节理岩体的单轴压缩动态峰值强度也随之有较大变化。 展开更多

关键词 贯通节理岩体 动态损伤本构模型 节理剪切强度 组合模型法 黏性元件

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综合考虑宏细观缺陷的岩体动态损伤本构模型 被引量：16

6

作者 张力民 吕淑然 刘红岩 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期428-436,共9页

针对节理岩体同时含有节理、裂隙等宏观缺陷及微裂隙、微孔洞等细观缺陷的客观事实,提出了在节理岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏细观缺陷的观点。为此,首先对基于细观动态断裂机理的经典岩石动态损伤本构模型—TCK(Taylor-Chen-Kus... 针对节理岩体同时含有节理、裂隙等宏观缺陷及微裂隙、微孔洞等细观缺陷的客观事实,提出了在节理岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏细观缺陷的观点。为此,首先对基于细观动态断裂机理的经典岩石动态损伤本构模型—TCK(Taylor-Chen-Kuszmaul)模型进行了阐述,其次基于Lemaitre等效应变假设推导了综合考虑宏细观缺陷的复合损伤变量(张量),进而在此基础上建立了相应的节理岩体动态损伤本构模型,并利用该模型讨论了载荷应变率及节理条数对岩体动态力学特性的影响规律。结果表明,在不同载荷应变率下试件在变形初始阶段是重合的,而后随着应变的增加,试件峰值强度、峰值应变及总应变均随载荷应变率的增加而增加;随着节理条数的增加,试件峰值强度逐渐降低,但降低趋势逐渐变缓并趋于某一定值。上述研究结论与目前的理论及实验研究结果的基本规律是一致的,说明了本模型的合理性。 展开更多

关键词 爆炸力学 动态损伤本构模型 宏观缺陷 细观缺陷 动态断裂机理 复合损伤变量 节理岩体

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油页岩原位加热井下温度场及热应力研究 被引量：10

7

作者 高孝巧 杨浩 +1 位作者 熊繁升 吕健国 《断块油气田》 CAS 2014年第3期373-377,共5页

油页岩原位加热开采工艺技术已被广泛应用。在加热期间,井下高温造成套管、水泥环、地层组合体发生热膨胀,使套管产生较大的热应力和热位移,从而可能使其发生变形损坏。文中使用Comsol Multi-Physics软件对油页岩原位加热井井筒至地层... 油页岩原位加热开采工艺技术已被广泛应用。在加热期间,井下高温造成套管、水泥环、地层组合体发生热膨胀,使套管产生较大的热应力和热位移,从而可能使其发生变形损坏。文中使用Comsol Multi-Physics软件对油页岩原位加热井井筒至地层的温度分布进行模拟,并分析规律;同时,基于弹性力学和热力学理论,推导耦合系统的热应力、热位移的理论计算公式,分析热应力、热位移径向分布规律,以及开展应力影响参数探讨。研究认为,油页岩原位加热井下温度分布服从指数衰减规律;组合体最大VonMises应力出现在套管内壁,随着井径向距离的增加,应力值大幅度降低;径向热位移随井径向距离增加先增大后减小,最大值出现在地层中;径向热应力先增大后减小,最大值出现在套管外壁上;理想的固井水泥环应为"高强度、低弹性";实际热采工程中,应保证套管抗屈服强度下,使用低弹性模量的套管材料,以降低热应力。 展开更多

关键词 油页岩 耦合系统 热应力 温度分布 Comsol数值模拟

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机械式静态双层推靠自动垂直钻具设计 被引量：4

8

作者 李立鑫 薛启龙 +2 位作者 刘宝林 赵柳东 李昕愉 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期91-98,共8页

为满足小尺寸垂直钻探的作业要求,设计一种外径127 mm、具有双层推靠活塞的机械式静态自动垂直钻井工具。该垂直钻具不含独立的电子和液压系统,仅依靠偏重块在重力作用下自动偏向井眼低边的物理特性,带动环阀转动进而改变钻井液流道的开... 为满足小尺寸垂直钻探的作业要求,设计一种外径127 mm、具有双层推靠活塞的机械式静态自动垂直钻井工具。该垂直钻具不含独立的电子和液压系统,仅依靠偏重块在重力作用下自动偏向井眼低边的物理特性,带动环阀转动进而改变钻井液流道的开闭,使钻井液在钻具内部和环空中形成压差,驱动双层分布的8个活塞以相应的组合方式推向井眼高边,实现自动纠斜,维持井眼垂直。该钻具采用全新的环阀设计,避免常规盘阀较大的摩擦阻力,提高纠偏的灵敏度和精度,其推靠活塞为独特的双层分布,纠斜时有3个不同层的推靠活塞同时推出,可在较小的钻头压降下获得较大的推靠力和纠斜力矩,纠斜能力显著提升,而且不同层推出的3个推靠活塞形成稳定的三角结构,有效提升钻具的稳定性和可靠性。在钻具结构设计的基础上,对钻具偏心机构、推出机构的力学性能进行分析,并研究角接触球轴承的摩擦阻力对钻具纠斜行为的影响。结果表明:该自动垂直钻具的推靠合力是单个推靠活塞的1+2^(1/2)倍,理论上其纠斜精度仅在井斜角降至0.154°后才会受到影响,纠斜极限井斜角可达0.059°,具有很好的纠斜能力、纠斜精度和灵敏度,而且该钻具结构设计简单,造价及维护成本较低,其机械式的控制方式不受井下温度影响,具有很好的现场应用前景。 展开更多

关键词 垂直钻井 机械式垂直钻具 偏重块 推靠力 纠斜行为

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静力触探在渤海某海上平台场址工程中土层划分的应用研究 被引量：2

9

作者 吴波鸿 王贵和 +2 位作者 刘宝林 王瑜 刘智键 《施工技术》 CAS 北大核心 2016年第S1期915-919,共5页

采用静力触探技术在渤海某海上平台场址工程进行了原位测试。结合静力触探获取的海底土锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力等方面的连续原位测试数据及以往学者提出的土类判别法对该场址工程中土层进行了划分。结果表明锥尖阻力和孔隙水压... 采用静力触探技术在渤海某海上平台场址工程进行了原位测试。结合静力触探获取的海底土锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力等方面的连续原位测试数据及以往学者提出的土类判别法对该场址工程中土层进行了划分。结果表明锥尖阻力和孔隙水压力受锥尖周围土性的影响明显,当地层发生变化时锥尖阻力和孔隙水压力会发生较大变化。对比分析,Eslami和Fellenius(1997)土类判别法能较准确判别该场址工程中土质类型。 展开更多

关键词 深海平台 静力触探 土层划分

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冻融循环下隧道围岩冻胀力理论计算 被引量：21

10

作者 刘红岩 赵雨霞 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1049-1058,共10页

围岩冻胀导致寒区隧道衬砌破坏,但是目前围岩冻胀力计算几乎都没有同时考虑冻融循环所导致的岩石弹性模量降低及孔隙率增加的共同影响。为此,首先,介绍前人提出的圆形隧道围岩冻胀力弹性力学计算模型;其次,基于Griffith断裂理论及细观... 围岩冻胀导致寒区隧道衬砌破坏,但是目前围岩冻胀力计算几乎都没有同时考虑冻融循环所导致的岩石弹性模量降低及孔隙率增加的共同影响。为此,首先,介绍前人提出的圆形隧道围岩冻胀力弹性力学计算模型;其次,基于Griffith断裂理论及细观损伤理论建立岩石弹性模量与冻融循环次数之间的关系式;最后,提出能同时考虑冻融循环下岩石弹性模量及孔隙率变化的围岩冻胀力损伤力学计算方法。研究结果表明:随着冻融循环次数增加,围岩冻胀力逐渐增加,并趋于定值。岩石冻胀力主要是由岩石孔隙水的冻结膨胀所致,因此,要减轻围岩冻胀破坏应采用截排水措施以控制水的渗入。 展开更多

关键词 冻融循环 圆形隧道 冻胀力 损伤弹性模量 冻胀率

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钻头切削齿破碎岩石的温度变化试验及机理分析 被引量：9

11

作者 周琴 张在兴 +2 位作者 张凯 郑国敬 何录忠 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期102-110,共9页

钻头切削齿是破碎岩石的核心部分,在破岩过程中做的绝大部分功会转换成切削热,导致切削齿温度升高,目前对切削齿温度的影响研究成果主要集中在切削深度、切削速度及切削齿结构方面,但对于岩石特性对切削温度影响程度和机理的认识尚不明... 钻头切削齿是破碎岩石的核心部分,在破岩过程中做的绝大部分功会转换成切削热,导致切削齿温度升高,目前对切削齿温度的影响研究成果主要集中在切削深度、切削速度及切削齿结构方面,但对于岩石特性对切削温度影响程度和机理的认识尚不明晰。为此,在自制的MDES 2000微钻平台上,开展了砂岩、大理岩、花岗岩以及玄武岩等4种典型岩石的钻进试验,基于岩石破碎力学模型和数值分析结果,探讨了岩石特性对切削温度的影响程度并进行机理分析。研究结果表明:①在相同的钻进参数下,岩石强度直接影响不同岩石钻进深度,导致岩石破碎模式(塑性、脆性)的转变,从而造成不同岩石切削温度的波动差异,砂岩、大理岩发生塑性破碎,温度波动范围约为±0.5℃,而花岗岩、玄武岩则发生脆性破碎,切削齿温度波动范围约为±1.5℃;②岩石强度是影响切削温度温升速率变化的重要因素,强度越大所需切削力越大,产生切削热增加,导致4种不同岩石钻进时温升速率随岩石强度的增加而逐次递增;③岩石破碎力学模型和前、后刀面温度分析结果表明,切削齿前刀面起主要的切削作用,是造成不同岩石的切削温度波动程度的主要因素。结论认为,钻进试验与数值模拟所得到的温度变化趋势基本吻合,该成果可以为钻头切削齿工作寿命研究提供借鉴和参考。 展开更多

关键词 岩石特性 钻进试验 破岩机理 温升速率 温度波动 力学模型 破碎模式 数值分析

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超音速火焰喷涂制备铁基非晶合金涂层的研究现状 被引量：11

12

作者 黄飞 康嘉杰 +3 位作者 岳文 付志强 朱丽娜 王成彪 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第21期3789-3795,共7页

非晶合金的短程有序,长程无序和不存在晶界、位错等晶体缺陷等特点,使其具有较高的强度以及优异的防腐耐磨性能,从而成为一种具有广阔应用前景的新型金属材料。然而,由于非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制,目前难以得到具... 非晶合金的短程有序,长程无序和不存在晶界、位错等晶体缺陷等特点,使其具有较高的强度以及优异的防腐耐磨性能,从而成为一种具有广阔应用前景的新型金属材料。然而,由于非晶合金体系本身非晶形成能力和制备技术的限制,目前难以得到具有工程意义的大尺寸块体结构材料。为了充分利用其优异的性能和扩大其应用领域,众多学者对制备非晶合金涂层展开了广泛研究。以超音速火焰喷涂为代表的热喷涂技术由于具有加工工艺简单、热输入低、喷涂材料范围大、制备的涂层耐磨耐蚀性能好等优势成为了制备非晶合金的重要方式。目前,利用超音速火焰喷涂技术制备的非晶合金涂层主要有Fe基、Ni基和Mo基等。而在众多的非晶体系中,Fe基非晶合金涂层由于其优异的性能和低廉的成本受到了广泛关注。研究者们发现,制备性能优异的Fe基非晶合金涂层不仅需要合适的制备方法,同时合金系成分的合理选择以及制备过程中工艺参数的优化能够完善非晶合金本身的优良特性,保证非晶合金具有更好的非晶形成能力并提高涂层的质量及使用性能。目前,通过超音速火焰喷涂的涂层孔隙度通常低于2%,在使用改进型空气超音速火焰喷涂系统后可以将涂层的孔隙度降低到0.3%以内,使得涂层更致密,减少涂层浸泡在腐蚀介质中由于孔隙造成的涂层破坏,延长涂层的使用寿命。另外,在深共晶规律、电子密度规律、热力学规律等经验规律的指导下,研究者们开发了很多成分多元的Fe基合金体系,使得制备的非晶合金涂层在耐磨耐蚀等性能上都有很大提升,例如七元合金体系中的Fe_(40)Cu_8Cr_(15)Mo_(14)C_(15)B_6Y_2在干摩擦磨损实验中,磨损量仅为相同条件下45号钢的四分之一,说明其具有优异的耐磨性能;八元合金体系中的Fe_(6.3)Cr_sMo_(3.5)Ni_5P_(10)B_4C_4Si_(2.5)在进行3.5%(质量分数)NaCl溶液的电化学腐蚀实验后,比相同条件下304不锈钢涂层表面的腐蚀坑更少、更小,拥有更好的抗腐蚀性能。本文对超音速火焰喷涂Fe基非晶合金的研究现状进行了综述,归纳总结了合金化学成分和喷涂参数对Fe基非晶合金涂层摩擦学性能和耐蚀性能的影响。并对超音速火焰喷涂制备性能优异的Fe基非晶合金涂层的研究前景进行了展望。 展开更多

关键词 超音速火焰喷涂(HVOF) 铁基非晶合金涂层 抗腐蚀 磨损

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PTFE复合涂层的摩擦学性能及疏水性能研究现状 被引量：13

13

作者 吴昊 朱丽娜 +2 位作者 岳文 付志强 康嘉杰 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第A01期284-288,共5页

聚四氟乙烯(PTFE)具有优良的自润滑性能、耐化学腐蚀性能和介电性能,以及优异的高低温稳定性和化学稳定性。此外,PTFE还具有优异的超疏水性能,人工制备的超疏水表面在诸多领域有着广阔的应用前景,但单一的PTFE硬度较低、耐磨性差。本文... 聚四氟乙烯(PTFE)具有优良的自润滑性能、耐化学腐蚀性能和介电性能,以及优异的高低温稳定性和化学稳定性。此外,PTFE还具有优异的超疏水性能,人工制备的超疏水表面在诸多领域有着广阔的应用前景,但单一的PTFE硬度较低、耐磨性差。本文综述了国内外近些年使用碳材料或聚合物对PTFE进行填充改性,并利用表面工程技术制备复合涂层以改善摩擦学性能及疏水性能方面的研究进展,并对未来PTFE复合涂层的研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 聚四氟乙烯 复合涂层 摩擦磨损 疏水性

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基于ABAQUS的PDC高速切削岩石机理研究 被引量：13

14

作者 高明洋 张凯 +2 位作者 周琴 周辉峰 刘宝林 《石油机械》 北大核心 2019年第2期1-7,共7页

随着理论探究与材料性能的提升,高速切削技术在硬材料加工领域取得了良好的应用,部分研究者开始尝试将其应用到钻进中来。为探究高速条件下PDC刀具切削机理,利用ABAQUS软件模拟了高速条件下PDC刀具切削岩石的过程,从温升、应力、能量变... 随着理论探究与材料性能的提升,高速切削技术在硬材料加工领域取得了良好的应用,部分研究者开始尝试将其应用到钻进中来。为探究高速条件下PDC刀具切削机理,利用ABAQUS软件模拟了高速条件下PDC刀具切削岩石的过程,从温升、应力、能量变化及切屑形成机制4个方面对高速切削模型进行了研究。通过对比研究发现:随着切削速度增加,以压碎作用为主的塑性破岩方式开始转化为以切削作用为主的脆性破坏形式;刀具表面的温度也来越低,刀具表面应力开始趋于稳定;表征切削效率的机械比能持续下降,切削效率大幅度提高。研究结果可以为高速切削技术的进一步研究和现场应用提供理论基础。 展开更多

关键词 高速切削 PDC 脆性破坏 切削机理 ABAQUS

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HVOF金属陶瓷涂层的冲蚀失效行为研究现状 被引量：4

15

作者 刘晓斌 康嘉杰 +3 位作者 岳文 付志强 朱丽娜 王成彪 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第A01期312-316,共5页

超音速火焰喷涂具有粒子飞行速度高、涂层质量好、沉积速度快、材料选择性好以及与基体的结合强度高等优点。冲蚀是水轮机过流部件、轮船螺旋浆、泥浆泵及钻杆等的主要失效形式之一。HVOF技术制备的金属陶瓷涂层因其能显著提高金属零部... 超音速火焰喷涂具有粒子飞行速度高、涂层质量好、沉积速度快、材料选择性好以及与基体的结合强度高等优点。冲蚀是水轮机过流部件、轮船螺旋浆、泥浆泵及钻杆等的主要失效形式之一。HVOF技术制备的金属陶瓷涂层因其能显著提高金属零部件的耐冲蚀性能而受到广泛应用。本文对国内外HVOF喷涂金属陶瓷涂层的冲蚀失效行为进行综述,系统归纳了冲蚀颗粒粒径、冲蚀速度、攻角等外部因素及涂层的结合强度、孔隙率、涂层颗粒尺寸、碳化物颗粒的大小等内部因素对HVOF喷涂金属陶瓷涂层冲蚀失效行为的影响机制。并指出综合评价外部服役条件和自身性能参数对涂层冲蚀失效行为的作用机理是本领域今后研究的重点方向之一。 展开更多

关键词 超音速火焰喷涂 涂层 冲蚀 失效行为

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机械式自动垂直钻具的纠斜行为及研究进展 被引量：11

16

作者 李立鑫 薛启龙 +2 位作者 刘宝林 李昕愉 王晋 《西安石油大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第1期90-97,共8页

综合近年来国内外机械式自动垂直钻具的研究成果,介绍了机械式自动垂直钻具的工作原理和使用优势,对比分析了动态和静态垂直钻具的纠斜行为及特点,并针对国内外机械式自动垂直钻具的研究进展和应用现状,对我国机械式自动垂直钻具的研究... 综合近年来国内外机械式自动垂直钻具的研究成果,介绍了机械式自动垂直钻具的工作原理和使用优势,对比分析了动态和静态垂直钻具的纠斜行为及特点,并针对国内外机械式自动垂直钻具的研究进展和应用现状,对我国机械式自动垂直钻具的研究重点和发展方向提出了建议。 展开更多

关键词 自动垂直钻井技术 机械式自动垂直钻具 工作原理 纠斜行为 研究进展

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岩石切削深度对切削齿温度分布的影响分析 被引量：10

17

作者 张在兴 周琴 +2 位作者 张凯 郑国敬 张涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期492-501,共10页

切削温度是影响切削齿寿命、磨损及切削效率的重要因素;切削温度过高会加快切削齿热磨损,降低钻头寿命以及切削效率。切削深度是重要的岩石切削参数,直接影响岩石的破坏形式,切削深度通过改变岩石的破坏形式改变切削齿的受力状态,而切... 切削温度是影响切削齿寿命、磨损及切削效率的重要因素;切削温度过高会加快切削齿热磨损,降低钻头寿命以及切削效率。切削深度是重要的岩石切削参数,直接影响岩石的破坏形式,切削深度通过改变岩石的破坏形式改变切削齿的受力状态,而切削力是切削热、切削温度升高的直接原因,因此切削深度会对切削过程中切削齿温度场的变化产生影响。为了进一步研究切削深度对切削齿温度变化的影响规律,基于岩石切削热模型,以Drucker-Prager为岩石强度准则,建立切削齿动态破岩模型,研究不同切削深度下切削齿的受力状态、前后刀面温度分布以及温升变化规律。研究结果表明:①存在一个临界深度d*,使岩石破坏模式从塑性切削转变为脆性切削,岩石塑性切削时切削力与切削深度成正比,脆性切削时切削力与切削深度成非线性关系;②切削深度的改变会影响切削齿前、后刀面温度变化:后刀面温度随切削深度的增加而线性升高,前刀面温度随切削深度增加呈现先升高后下降的趋势;③切削深度的增加使切削力波动增大,因此导致前、后刀面温度波动随切削深度的增加而加剧。通过对岩石破碎过程中不同切削深度下的切削齿受力状态以及温度变化模拟分析,发现切削深度对切削齿温度变化具有明显的影响,理论分析和仿真结果变化趋势基本吻合,研究结果可为优化切削参数和延长切削齿使用寿命提供依据和参考。 展开更多

关键词 切削深度 破坏模式 温度场 数值模拟

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单齿回转切削力学模型的研究进展 被引量：5

18

作者 郑国敬 周琴 +1 位作者 张凯 汪伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S2期573-580,共8页

碎岩机理研究是提升碎岩效率和提高钻头寿命的前提和依据,而回转切削力学模型是碎岩机理的重要研究基础。通过对国内外典型单齿回转切削力学模型调研分析,归纳出力学模型研究动态主要表现在基于岩石不同破碎形式及岩石与切削齿不同接触... 碎岩机理研究是提升碎岩效率和提高钻头寿命的前提和依据,而回转切削力学模型是碎岩机理的重要研究基础。通过对国内外典型单齿回转切削力学模型调研分析,归纳出力学模型研究动态主要表现在基于岩石不同破碎形式及岩石与切削齿不同接触形式方面。岩石切削力的分解由初期的切向力和轴向力,发展为主切削力、摩擦力以及切削齿磨钝后力的分解,认为切削力的分解及传递过程直接影响切削齿对岩石作用的应力分布状态,从而导致岩石破碎形式的差异。这些差异主要体现在岩石宏观和微观2种不同破碎形式:岩石的宏观破碎形式主要是由拉伸作用或者剪切作用导致破碎;岩石的微观破碎形式表现为拉剪联合作用导致破碎。微观破碎以内部裂隙产生到裂纹扩展,最终导致岩石宏观破碎现象。最后对单齿回转切削力学模型研究的发展方向提出一定建议。 展开更多

关键词 回转切削 力学模型 切削力分解 切削力传递 碎岩机理

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PDC切削齿刀刃半径对温度分布影响的数值分析 被引量：4

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作者 郑国敬 周琴 +1 位作者 张凯 张在兴 《石油机械》 北大核心 2020年第6期18-24,共7页

切削过程中产生的切削温度是影响切削齿切削效率和使用寿命的重要因素。鉴于此,通过建立圆弧切削齿与岩石相互作用温度分布模型,主要从切削齿上温度分布特点、峰值温度的变化等方面探讨了切削过程中圆弧齿刀刃半径对切削温度的影响。分... 切削过程中产生的切削温度是影响切削齿切削效率和使用寿命的重要因素。鉴于此,通过建立圆弧切削齿与岩石相互作用温度分布模型,主要从切削齿上温度分布特点、峰值温度的变化等方面探讨了切削过程中圆弧齿刀刃半径对切削温度的影响。分析结果表明:较小的PDC刀刃半径可以减小齿上温度的积聚现象,降低齿上温度,而较大的圆弧半径反而会提升齿上的切削温度;圆弧齿切削过程中存在临界圆弧半径,在临界范围内,圆弧齿峰值温度点位置与锋利齿类似,集中在切削齿前刀面距刀刃一定距离处;圆弧半径较大时,则下移至圆弧底部;力的变化趋势以及作用与温度分布规律相对应,优化的圆弧半径切削齿传热效果更优,可以减少切削齿上热磨损现象,从而延长切削齿的使用寿命。研究结果对于切削齿破岩机理的研究和延长切削齿使用寿命具有重要意义。 展开更多

关键词 圆弧切削齿 温度分布 峰值温度 切削力分布 临界圆弧半径

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切削角度对切削齿温度分布的影响分析 被引量：3

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作者 张在兴 周琴 +2 位作者 张凯 李龙 李耀 《石油机械》 北大核心 2021年第12期17-26,共10页

切削齿失效与切削温度有密切联系,岩屑的形成对切削齿的性能和寿命都存在影响。为此,建立了岩石破碎力学模型,对切削齿进行了破岩模型数值模拟分析,通过岩石切削仿真研究了不同切削深度下,切削角度对岩石破碎模式和温度波动程度的影响... 切削齿失效与切削温度有密切联系,岩屑的形成对切削齿的性能和寿命都存在影响。为此,建立了岩石破碎力学模型,对切削齿进行了破岩模型数值模拟分析,通过岩石切削仿真研究了不同切削深度下,切削角度对岩石破碎模式和温度波动程度的影响规律。研究结果表明:岩屑粒度随切削角度的增大而减小,切削角度的增加会加剧岩屑在前刀面的累积;当切削角大于临界值,温度以及温升速率随切削角的继续增大而减小,后刀面与岩石的摩擦作用随切削角度的增大而减弱,切削齿后刀面温度降低;当切削深度小于临界值时,切削角度宜为5°~10°,既能使切削齿温度较低,又能提高切削齿破岩效率;当切削深度大于临界值时,切削角度宜为20°~25°,既能增强切削齿的强度,又能延长切削齿的使用寿命。研究结论可为破碎岩石施工降本增效提供理论依据。 展开更多

关键词 切削角度 切削齿 破岩模型 切削深度 温度场 岩屑粒度

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