基于有限元的鑲齒牙輪鉆頭壓齒力計(jì)算

運(yùn)用自制的包含金屬化的金剛石和硬質(zhì)合金復(fù)合堆焊焊條,以o2-c2h2焰為焊接熱源進(jìn)行堆焊,制備了含有金剛石的復(fù)合堆焊層。采用x射線衍射儀(xrd)、光學(xué)顯微鏡、材料性能實(shí)驗(yàn)機(jī)、動(dòng)載磨料磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)等實(shí)驗(yàn)手段和方法進(jìn)行了金剛石表面和復(fù)合堆焊層形貌分析,堆焊層與基體的結(jié)合強(qiáng)度及堆焊層在動(dòng)載荷條件下耐磨損性能的測(cè)試。研究表明:金剛石經(jīng)過金屬化處理后表面具有一定的金屬性和浸潤(rùn)性,通過一定堆焊工藝在鋼齒牙輪鉆頭齒面形成了組織致密均勻、硬質(zhì)點(diǎn)與基體熔合良好的強(qiáng)化層,其抗剪強(qiáng)度達(dá)到了625mpa,磨損量減少了10%～70%,延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命。

以ansys為平臺(tái),利用有限元方法對(duì)礦用牙輪鉆頭牙輪齒孔過盈配合進(jìn)行了有限元計(jì)算,并分析了牙齒和齒孔應(yīng)力分布規(guī)律及過盈量對(duì)其的影響。所得到的結(jié)論與武漢冶金設(shè)備制造公司鉆頭廠實(shí)驗(yàn)所用的參數(shù)數(shù)據(jù)基本一致,因而是科學(xué)、可行的。

根據(jù)牙輪鉆頭浮動(dòng)環(huán)軸承結(jié)構(gòu),建立其有限元模型和邊界條件,按軸承結(jié)構(gòu)的尺寸及間隙比(分別為1/3,1,2,3,4,5)進(jìn)行了浮動(dòng)環(huán)應(yīng)力及工作狀態(tài)的動(dòng)力仿真計(jì)算,結(jié)果與文獻(xiàn)[1]中的試驗(yàn)結(jié)果基本一致,這為浮動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)提供了一種行之有效的方法。

應(yīng)用彈性力學(xué)理論對(duì)新型牙輪鉆頭的軸承套過盈配合進(jìn)行受力分析,指出該方法具有局限性。采用ansys有限元分析軟件和接觸問題的有限元法,對(duì)新型牙輪鉆頭軸承套的裝配進(jìn)行仿真研究,確定了裝配過盈量的最佳值。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性和結(jié)構(gòu)改進(jìn)的可行性。

采用ti-ni復(fù)合鍍覆處理工藝對(duì)金剛石進(jìn)行表面金屬化處理來改善金剛石表面的鍍層結(jié)構(gòu),使金剛石表面形成一層組織均勻、致密的ti-ni復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu),鍍層的物相為tic、ti和非晶態(tài)ni,同時(shí)大大提高了鍍層的質(zhì)量。采用經(jīng)ti-ni復(fù)合鍍覆處理的gb/t6405-94標(biāo)準(zhǔn)mbd4型70/80目人造金剛石和優(yōu)選的yq4型球形硬質(zhì)合金,并加入焊接性能良好的ni+b+si合金粉末制備出新型管裝復(fù)合焊條,其焊皮材料為cu基新型焊片。用此焊條對(duì)鋼齒牙輪鉆頭的齒面進(jìn)行堆焊強(qiáng)化處理。經(jīng)對(duì)堆焊層試樣性能分析,其剪切強(qiáng)度達(dá)到了625mpa,并且硬質(zhì)相、胎體合金以及基體之間結(jié)合良好,達(dá)到了實(shí)際工藝的強(qiáng)度要求。在堆焊過程中熱絕緣劑的使用,很好地避免了硬質(zhì)相受到熱損傷,使金剛石和硬質(zhì)合金的優(yōu)異性能都得到了良好的發(fā)揮。造粒工藝、拉管成型工藝的采用,進(jìn)一步提高了堆焊層耐磨性能。通過鍍層的連接強(qiáng)度和耐磨試驗(yàn)分析,采用新型焊條堆焊的試樣耐磨性是普通堆焊的2~5倍。

本文從牙輪鉆頭在硬塑性地層的破巖機(jī)理出發(fā),闡述了寬齒牙輪鉆頭對(duì)海相硬塑性地層的適應(yīng)特點(diǎn),通過增大牙輪鉆頭偏移值,采用寬頂楔形齒和加強(qiáng)鉆頭保徑實(shí)現(xiàn)了提高牙輪鉆頭在海相硬塑性地層機(jī)械鉆速的目的。

牙輪鉆頭齒頂線往往和牙輪錐面母線方向一致。國(guó)內(nèi)外有些公司的做法是把齒頂線偏轉(zhuǎn),使之與刮切方向垂直以增大刮切巖石的面積和體積,但觸底齒在井底的刮切方向變化多端,確定牙齒的刮切方向并非易事。鑒于此,探討牙輪鉆頭齒頂線方向問題,得出3點(diǎn)結(jié)論(1)牙輪鉆頭牙齒齒頂線與它在井底的橫向刮切方向的夾角對(duì)牙齒受力和破巖體積有直接影響,齒頂總是沿牙輪錐面母線方向是不妥的;(2)準(zhǔn)確計(jì)算牙輪瞬時(shí)角速度,從而算得牙齒瞬時(shí)刮切距離,累計(jì)得到其總的刮切距離的方向,據(jù)此確定齒頂線方向,此思路正確;(3)用牙輪的平均角速度求得觸底齒的平均刮切速度方向,從而確定齒頂線方向,在尚不能準(zhǔn)確計(jì)算瞬時(shí)角速度的現(xiàn)狀下,此做法比較穩(wěn)妥。

實(shí)踐表明:三牙輪鉆頭中只要一只牙輪的軸承先期損壞,就使整個(gè)鉆頭很快失效。鉆頭的使用壽命幾乎直接取決于鉆頭軸承的壽命,而軸承的壽命在很大程度上又依賴于密封的壽命。針對(duì)目前在高轉(zhuǎn)速條件下,三牙輪鉆頭軸承的雙金屬密封系統(tǒng)早期失效嚴(yán)重,導(dǎo)致軸承壽命短,鉆頭失效更換頻繁,大大降低了鉆井效率,增加了鉆井成本的嚴(yán)重問題,本文開展高速牙輪鉆頭軸承的雙金屬密封的有限元研究。闡述了仿真研究的模型建立、網(wǎng)格劃分、材料定義、接觸定義及邊界條件等相關(guān)問題。分析了雙金屬密封中橡膠圈的應(yīng)變、壓縮率的變化規(guī)律及兩金屬環(huán)密封面的接觸壓力分布規(guī)律。找到了雙金屬密封結(jié)構(gòu)中兩金屬環(huán)密封面的接觸壓力分布趨勢(shì)不合理及橡膠圈壓縮率過大的問題,并提出新型雙金屬密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)思路,為新型雙金屬密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了較可靠的理論依據(jù)。該研究對(duì)于提高牙輪鉆頭的使用壽命,降低鉆井成本和提升我國(guó)石油鉆具的技術(shù)水平具有重大實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

采用ansys分析軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言apdl,利用接觸問題的有限元法,對(duì)三牙輪鉆頭牙輪和牙爪間的間隙進(jìn)行了分析和研究。首先建立了三牙輪鉆頭滑動(dòng)軸承三維模型,然后利用網(wǎng)格劃分技術(shù)對(duì)牙輪和牙爪進(jìn)行網(wǎng)格劃分和單元屬性定義,最后施加邊界條件進(jìn)行接觸有限元分析求解。通過調(diào)整間隙,得出不同間隙的軸承接觸mises應(yīng)力峰值。經(jīng)過分析比較,推薦軸承mises應(yīng)力峰值較小的尺寸間隙,用以指導(dǎo)生產(chǎn)。

牙輪鉆頭

牙輪鉆頭簡(jiǎn)介

牙輪鉆頭詳解

牙輪鉆頭分類

牙輪鉆頭的選型與應(yīng)用++

牙輪鉆頭的選型分析 作者：楊全，張智，李海洋，yangquan，zhangzhi，lihaiyang 作者單位：楊全,yangquan(威銳國(guó)際公司中國(guó)區(qū)(北京),北京,100025)，張智,李海洋,zhangzhi,lihaiyang(西南 石油大學(xué),成都,610500) 刊名： 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 英文刊名：journalofchongqinguniversityofscienceandtechnology(naturalsciencesedition) 年，卷(期)：2012,14(5) 參考文獻(xiàn)(8條) 1.劉斌,樓一珊,吳惠梅,翟曉鵬吐哈盆地柯柯亞區(qū)塊侏羅系鉆探中的鉆頭選型[期刊論文]-新疆石油地質(zhì)2012(1) 2.劉天恩,付友義,竇同偉,于成水,孫景濤,王育新鉆頭選型新思路[期刊論文]-油氣

牙輪鉆頭的合理使用 （1）根據(jù)地層可鉆性值并參考鄰井地層，選擇進(jìn)尺多、速 度快、成本低、磨損正常的鉆頭。在上部松軟地層（可鉆性 級(jí)值小于5級(jí)），可選用機(jī)械鉆速高的銑齒鉆頭，在深井段 地層（可鉆性級(jí)值大于5），可選用尺多的鑲齒鉆頭。 （2）在易井斜地層，多選用牙輪偏移量小、無保徑齒及齒 多而短的牙輪鉆頭。 （3）井底應(yīng)清潔，無落物。 （4）下鉆速度要慢，防止頓鉆。在鉆頭矩井底1單根時(shí)， 要開泵和旋轉(zhuǎn)鉆頭，充分洗井，清除井底巖屑，避免下入過 快巖屑堵塞噴嘴或開泵過猛憋漏地層。 （5）鉆頭接觸井底后，在低鉆壓、低轉(zhuǎn)速下（鉆壓10～30 ｋn，轉(zhuǎn)速60ｒ/ｍｉｎ）跑合0.5ｈ以上，造好井底形狀后， 方可逐步提高鉆壓和轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)值。 （6）做好鉆還試驗(yàn)，即固定鉆壓，改變轉(zhuǎn)速，或固定轉(zhuǎn)速， 改變鉆壓，使鉆壓和轉(zhuǎn)速合理匹配，達(dá)到高鉆速鉆進(jìn)。 （7）鉆進(jìn)中應(yīng)盡量提高泵壓，增大鉆頭水功

尺寸型號(hào)(iadc) 英寸mm鑲齒牙輪鉆頭鋼齒牙輪鉆頭 6152.4517,537,617,637126.127.216.217.316.346.347 61/2165.1517,537126.127.216.217.316.346.347 77/8200.0517,527,547,617,627,637126.127.216.217.316.346.347 81/2215.9437,447,517,537,617,627,637126.127.216.217.316.346.347 91/2241.3437,517,537,547,617126.127.216.217.316.346.347 9

再生資源網(wǎng)http://www.***.***/ 本文摘自再生資源回收-變寶網(wǎng)（www.***.***） 牙輪鉆頭的特點(diǎn) 牙輪鉆頭在鉆井開井工程中是非常重要的一種工具，牙輪鉆頭是一種在不斷實(shí)踐中產(chǎn)生 的工具，所以實(shí)用性非常的高。今天小編就重點(diǎn)介紹一下它的幾個(gè)方面，希望對(duì)大家有 所幫助。 一、牙輪鉆頭 牙輪鉆頭是使用最廣泛的一種鉆井鉆頭。牙輪鉆頭工作時(shí)切削齒交替接觸井底，破 巖扭矩小，切削齒與井底接觸面積小，比壓高，易于吃入地層；工作刃總長(zhǎng)度大，因而 相對(duì)減少磨損。牙輪鉆頭能夠適應(yīng)從軟到堅(jiān)硬的多種地層。 二、牙輪鉆頭的種類及用途 牙輪鉆頭按牙輪數(shù)量可分為單牙輪鉆頭、三牙輪鉆頭和組裝多牙輪鉆頭。按切削材 質(zhì)可分為鋼齒（銑齒）和鑲齒牙輪鉆頭。國(guó)內(nèi)外使用最多、最普遍的是三牙輪鉆頭。在 石油、地以及各種鉆探行業(yè)中牙輪鉆頭是不可缺少的重要部分，但是牙輪鉆頭對(duì)一些鉆

鉆頭柱齒和齒孔的過盈配合,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,通過在ansys10.0中建立q13115-h64型潛孔鉆頭的有限元模型,對(duì)不同過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。

牙輪鉆頭在井底破碎巖石過程中受頂部鉆壓、自身動(dòng)載荷以及井底接觸巖石的隨機(jī)沖擊碰撞作用,存在牙齒與巖石交替壓入、刮切和滾動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),受力情況相當(dāng)復(fù)雜。基于巖石彈塑性本構(gòu)關(guān)系和等效塑性應(yīng)變的巖石破壞準(zhǔn)則,考慮井底圍壓以及鉆頭與巖石互作用隨機(jī)接觸碰撞,采用有限單元法建立了牙輪鉆頭與井底巖石互作用下系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型。探討了牙輪鉆頭在破碎井底巖石過程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及力學(xué)性能,對(duì)巖石破碎坑的形成過程進(jìn)行了仿真,為有效預(yù)測(cè)和控制井眼軌跡的形成,實(shí)態(tài)工況下整體鉆柱系統(tǒng)耦合非線性動(dòng)力學(xué)研究提供了理論依據(jù)。

利用深井破巖試驗(yàn)裝置模擬了不同井深壓力條件對(duì)泥巖進(jìn)行了牙輪鉆頭單齒破巖試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果得出：隨著深的增加，破碎巖石的力增加，巖石破碎體積減小，巖石碎功增加，這是機(jī)械鉆速低的根本原因，因此必須解決深井條件下的牙輪鉆頭齒形和布齒方式，以適應(yīng)深井地層的鉆進(jìn)，達(dá)到提高機(jī)械鉆速的目的。

三牙輪鉆頭是應(yīng)用最廣泛的鉆井鉆頭（www.***.***）之一，具有適應(yīng) 地層廣，機(jī)械鉆速高的特點(diǎn)。三牙輪鉆頭由切削結(jié)構(gòu)、軸承結(jié)構(gòu)、鎖緊元 件、儲(chǔ)油密封裝置、噴嘴裝置等二十多種零部件組成。 三牙輪鉆頭的分類 1、軸承類型：滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承 2、密封類型：橡膠密封和金屬密封 3、按牙齒的固定方式分為：鑲齒（硬質(zhì)合金齒）三牙輪鉆頭和銑齒（鋼 齒）三牙輪鉆頭 三牙輪鉆頭的工作原理 牙輪鉆頭在鉆壓和鉆柱旋轉(zhuǎn)的作用下，牙齒壓碎并吃入巖石，同時(shí)產(chǎn) 生一定的滑動(dòng)而剪切巖石。當(dāng)牙輪在井底滾動(dòng)時(shí)，牙輪上的牙齒依次沖擊、 壓入地層，這個(gè)作用可以將井底巖石壓碎一部分，同時(shí)靠牙輪滑動(dòng)帶來的 剪切作用削掉牙齒間殘留的另一部分巖石，使井底巖石全面破碎，井眼得 以延伸。 [1] 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì) 石油鉆井和地質(zhì)鉆探中應(yīng)用最多的還是牙輪鉆頭。牙輪鉆頭在旋轉(zhuǎn)時(shí) 具有沖