破岩

摘要： 为解决轴扭冲击器破岩效率问题,提出了轴扭冲击钻井破岩新技术,并对该技术的破岩机理进行研究。根据江钻公司生产的Q1624齿,用PRO/E建立齿和岩石的三维模型,对模型进行前处理。采用LS-DYNA非线性有限元软件建立齿和岩石的三维模型,模拟球齿冲击破岩的过程,描述岩石的冲击破坏特性以及破坏程度,找到球齿的应力应变时程(应力波)关系、球齿压入岩石深度、破碎体积等。模拟结果表明,双向冲击方式相对于单一冲击方式破岩效率提高,且与齿倾角密切相关,当倾角在25°至35°时,破岩效率最高,为轴扭冲击器破岩提供参考。

摘要： 通过调研国内外文献,介绍了当前扭力冲击器技术发展应用现状,阐述了扭力冲击器+PDC钻头在破碎硬度大、研磨性高的岩层时存在的问题,给出了该技术的发展建议。通过分析和研究国内外扭力冲击技术优缺点,为提高我国在超深井复杂地质构造领域油气勘探开发速度提出合理化建议。针对不同原理的扭力冲击器在现场应用过程中发现的问题和存在的缺陷,通过分析工具的内部结构、运动机理,结合泥浆体系、岩石特性等井下环境,确定影响工具性能优劣的主要原因。涡轮型扭力冲击器存在效率低、易损坏的特点;旋转冲击式装置实用性较差;以Tork Buster为代表的流道交替型扭力冲击器工作性能最为突出,但对钻遇地层、泥浆体系、钻头匹配性有一定要求。纯径向扭击及内部复杂结构限制了流道交替型扭冲性能提高,后续研究可沿增添工具轴向振荡方向和简化工具内部结构,增强适用性。

摘要： 设计了一种新型伸缩式复合钻头的伸缩机构形式,通过改变钻井液压力的大小,控制伸缩机构上下运动,从而实现伸缩柱下端牙轮钻头的伸出和收缩;针对不同的地层该复合钻头上的牙轮钻头和PDC刀翼可以实现单独或混合破岩,该设计为当下高效破岩工具的研究提出了新的方向。

摘要： 设计出了一种主动伸缩式复合钻头:以钻井液压力差为动力,通过伸缩机构中旋转伸缩块的伸缩及定位实现中央牙轮钻头的伸缩,从而实现PDC刀翼与牙轮钻头在不同地层下的单独或混合破岩。该种钻头不仅能够解决现有钻头在复杂地层破岩时存在的问题,而且还能在避免频繁起下钻的基础上,针对不同地层采用不同形式的钻头破岩。

摘要： 油气资源和深层地热能开发钻井过程中会遇到岩石硬度大、可钻性差等问题,采用传统钻井技术难以提高钻井效率。针对这一问题,分析了等离子炬的破岩原理,认为等离子炬破岩主要有岩石破碎、熔化和蒸发等方式;利用不同厚度的玄武岩和花岗岩岩样,进行了等离子炬破岩效果室内试验,证明等离子炬可以烧穿50 mm厚的玄武岩岩样和30 mm厚的花岗岩岩样,但不能烧穿更厚的岩样。结合试验结果,分析了现场应用等离子炬钻井技术存在的问题,提出了研发建议。研究结果为深层硬地层等离子炬钻井技术的研究与应用提供了技术借鉴。

摘要： 为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示:气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。

摘要： 为研究截齿破岩过程中的截割力,裂纹生成和碎片分离过程,进一步提高巷岩掘进效率,采用SolidWorks软件建立了截齿截割岩石三维模型,并运用动力学仿真软件ANSYS/LS-DYNA建立了不同截割角、不同切削厚度下基于侵彻失效和压缩损伤的截齿破岩三维有限元模型,采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型来模拟岩石材料,并通过添加非反射边界条件以模拟岩块的无限大。对截割速度为3 m/s,切削厚度为10、15、20 mm,截割角分别为35°、40°、45°、50°、55°和60°参数下的截割力大小、截割力波动规律、裂纹扩展、碎片分离进行了研究,分析了岩块大小和截割力之间的关系。结果表明:采用ANSYS/LS-DYNA(3D),利用侵彻失效和压缩损伤相结合的方法,对于模拟截齿破岩过程中的裂纹扩展和碎片分离能够获得良好的效果;截齿以不同截割角及切削厚度截割岩石,获得的最大峰值截割力及截割力均值均不相同,裂纹的生成、扩展及碎片的大小也不相同;随着截割角的增大,破碎产生的块岩数先增大后减小,截齿截割力均值先减小后增大,其中截割角为50°时,块岩数目最多,截割力均值最小,截割过程中截割力波动最小,为提高破岩效率,减小截齿的磨损进而提高截齿寿命,截割角取50°为宜;随着切削厚度的增加,块岩数也增加。研究结果为提高破岩效率和截齿寿命及截割角和切削厚度的选择提供了理论依据。

摘要： 随着深井、超深井逐步成为油气开采的一种趋势,提高破岩效率、钻进速度至关重要。为了提高PDC钻头在层理岩层的破岩效率,分别设计伺服液压夹持系统,液压钻进系统,液压高速旋转系统,高频径向冲击系统和高频轴向冲击系统,对钻杆在不同钻压、不同转速、不同冲击频率、不同冲击力下,对破岩效率、钻进速度进行了规律研究。

摘要： 随着油气资源开发的不断深入,井底围压对高压水射流的影响问题越来越突出.为了对比研究井下围压及地面模拟围压条件下高压水射流破岩性能,通过试验研究了高压水射流在井下真实围压条件与3种地面模拟条件下的破岩能力,并研究了锥形喷嘴、直旋混合喷嘴和空化射流喷嘴的破岩效率.研究结果表明:在650 m深的井底,围压约6.45 MPa,喷嘴压降仅17.08MPa条件下,高压水射流仍能有效破岩;与井下情况相比,在地面无围压淹没条件下,破岩深度和破岩体积较大,而直径较小;在定压降模拟围压条件下,仅破岩直径与井底围压条件下相似,而破岩深度和破岩体积较小;在定排量模拟围压条件下,高压水射流很难有效破岩.分析认为,目前地面模拟围压的方法并不适合研究井下高压水射流性能,井底围压对高压水射流没有影响,无围压淹没条件可满足试验要求.通过对比不同类型喷嘴的破岩能力,推荐使用空化射流喷嘴.研究成果可为高压水射流技术在钻井、压裂和)中砂洗井等领域的应用与研究提供有益指导.

摘要： 常规P DC钻头配合旋转导向工具使用时,易出现造斜率不足和稳定性差等问题,严重影响旋转导向钻井系统正常工作.为了揭示旋转导向工具配套P DC钻头关键结构参数对造斜率的影响规律,基于Ls-dyna数值模拟软件,建立了?215.9 mm PDC钻头配合推靠式旋转导向工具全尺寸破岩模型,明确了钻进过程中造斜率与钻头侧向受力的对应关系,进一步分析了不同保径长度、内锥角大小及冠顶旋转半径对钻头造斜能力的影响规律.研究结果表明:在同一造斜率条件下,保径长度增加,钻头侧向受力增大,单位面积受力振幅减小,钻头造斜能力减弱但稳定性变好;内锥角增加,钻头侧向受力减小,单位面积受力振幅增加,钻头造斜能力增强但稳定性变差;冠顶旋转半径增加,钻头侧向受力减小,单位面积受力振幅增加,钻头造斜能力增强但稳定性变差.研究成果可为旋转导向工具配套P DC钻头结构设计提供理论依据.

摘要： 提出了一种新的破岩方法--爆炸动水压力破岩系统,通过理论分析和实验室测试研究了动水压力在炮孔中的传播规律及其破岩效果.

摘要： 分析了水射流流动结构中存在的三个射流阶段和水射流作用于煤层时所具有的撞击、冲击、水楔、气蚀、剪切等破岩机理和岩石的破坏过程.深入探讨了目前有关水射流破岩的前沿问题,提议从岩石动态破碎和水射流与岩石的相互耦合作用的角度来分析水射流的破岩过程.提出了用高压水射流在煤层中钻孔的一种新方案,即采用缠绕在辊筒上的连续钢管,将水射流钻头与高压水泵连接起来,在煤层中实施连续钻孔作业,本方案自动化程度高,可加快钻孔速度.通过试验数据分析了水射流破岩距离与射流压力的非线性关系,对钻孔煤渣做了分样分析,认为水射流钻孔产生的煤渣颗粒大于普通的钻孔煤渣.研究结果表明:水射流破岩时存在一个门限压力,水射流压力和流量与破岩效率成非线性变化的相关规律,与流量相比,射流压力对破岩作用更为重要.

摘要： 本发明提出一种联合破岩方法、破岩试验台及破岩试验方法。该破岩方法包括如下步骤：利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；利用高压喷嘴在凹坑上切割出切割线；利用刀具在相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；重复上述步骤，直至作业完成。该破岩试验台，包括台架，台架上设有激光器、高压喷嘴、刀具和岩石平台。该破岩试验方法，包括如下步骤：在岩石平台上装载岩石，利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；利用高压喷嘴凹坑上切割出切割线；利用刀具在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；重复上述步骤，直至作业完成。本发明的优点：利用激光、射流和刀具联合使用，可以快速破岩贯入掘进。

摘要： 本发明提出一种联合破岩方法、破岩试验台及破岩试验方法。该破岩方法包括如下步骤：利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；利用高压喷嘴在凹坑上切割出切割线；利用刀具在相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；重复上述步骤，直至作业完成。该破岩试验台，包括台架，台架上设有激光器、高压喷嘴、刀具和岩石平台。该破岩试验方法，包括如下步骤：在岩石平台上装载岩石，利用激光器在岩石上灼烧出凹坑；利用高压喷嘴凹坑上切割出切割线；利用刀具在岩石上相邻两个凹坑及切割线之间接触破岩；重复上述步骤，直至作业完成。本发明的优点：利用激光、射流和刀具联合使用，可以快速破岩贯入掘进。

摘要： 本发明提供了一种无炸药破岩方法，以及一种无炸药破岩掘砌方法，以及一种无炸药破岩方法中所使用的无炸药破岩设备。该无炸药破岩方法包括：步骤一、在需要进行破碎的岩体上进行开孔；步骤二、设置分裂机，并将分裂机的楔块组插入至步骤一的开孔内，然后利用楔块组在岩体的开孔上施加作用力将其撑开。该无炸药破岩方法利用无炸药破岩设备实现岩体的无炸药破岩，能够解决火工品爆炸而引起的各类问题。本发明实现了无炸药化破岩操作，这样可以实现各项工序的机械化操作，其各工序衔接时间得到显著缩短，从而达到加快施工速度、优化施工安全环境、缩短建井时间的目的，本发明技术的成功实施将带来非常可观的经济效益。

摘要： 新型破岩臂、破岩机及其破岩方法，包括小臂，顶部设有第一和第二铰接部的破碎器，第一铰接部与小臂下部铰接，第二铰接部通过破碎油缸与小臂上部连接；小臂下端设有第一包容腔，第一、二铰接部分别设于第一包容腔内、外，破碎油缸驱动第二铰接部以第一铰接部的铰接点为中心转动；破碎油缸收缩促使第二铰接部会抵住小臂并形成面接触，破碎器和小臂为一体状态；破碎油缸伸开，第二铰接部与小臂相背离，破碎器和小臂为分离状态。本发明省去摇摆臂和工字架，结构简化，提高装配效率，降低加工成本；破碎器的角度可调，增加整体的灵活性；破碎油缸收缩到一定程度时破碎器抵住小臂，与其成为一体，提高挖掘力，同时对破碎油缸有一定保护作用。

摘要： 一种干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统及干冰粉动态破岩方法，涉及膨胀破岩技术领域。本发明实施例的干冰粉动态破岩装置包括设置于地层围岩的钻孔内的聚能体，以及填充于聚能体和钻孔内壁之间的固化层，聚能体包括防渗隔热壳体和填充于防渗隔热壳体内的致裂剂，致裂剂包括干冰粉与CO2聚能剂组成的混合物，防渗隔热壳体内还埋设有电阻丝激发器；干冰粉动态破岩系统包括上述的干冰粉动态破岩装置和打孔装置，该干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统能够达到较为理想的破岩效果，而且安全性高、易于操作。本发明实施例的干冰粉动态破岩方法是采用上述干冰粉动态破岩系统进行的，能够提高作业安全性，同时达到较为理想的破岩效果。

摘要： 本发明公开了一种热膨胀破岩管、硬岩地层基坑的组合破岩方法，热膨胀破岩管包括外管，外管的内腔中装填热膨胀剂，热膨胀剂内预埋电点火头；膨胀剂封堵结构，设于外管内腔的两端，膨胀剂封堵结构将热膨胀剂封堵在外管内腔中；堵头，设于外管两端，以堵住外管内腔；点火头导线，与电点火头连接，并从外管和堵头之间的缝隙中引出。该组合破岩方法为热膨胀剂预裂破岩‑破碎锤法协同破岩方法。该热膨胀破岩管结构简单、操作方便、成本低廉，可在渗水潮湿的施工环境中使用；该组合破岩方法可提高破岩效率，降低破岩成本，提高破岩安全系数，破岩扰动较小、噪音小，操作流程简单，堵孔装药时间较短，对周边岩体或者邻近建筑几乎没有振动损伤。

摘要： 本发明公开了一种基于随采参数和/或随钻参数的岩石可切割性评价方法、破岩设备及破岩系统，该方法以现场开采过程中破岩设备的随采参数和/或钻进过程中的随钻参数为源数据；再获取对应的多个目标特征量以及可切割性评分标准；然后，构建可切割性等级预测模型，进而将现场随采参数和/或现场随钻参数输入可切割性等级预测模型得到可切割性等级结果；或者，构建多个目标特征量预测模型，进而将现场随采参数和/或现场随钻参数输入多个目标特征量预测模型得到目标特征量，再基于可切割性评分标准得到可切割性等级结果；最后，用于指导破岩设备的机械参数设置。本发明对岩体的可切割性进行预测，找到更适宜的机械参数，有效提高后期破岩效率。

摘要： 本发明提供了一种TBM后混式磨料射流辅助破岩系统及破岩方法，破岩系统包括：后混式磨料射流喷射装置，和与其连接的高压水射流装置、磨料供给装置、磨料射流辅助滚刀破岩装置。高压水射流装置提供高压水，自吸式磨料供给装置设于TBM刀盘内，高压水和磨料通过后混式磨料射流喷射装置充分混合，形成的磨料射流通过磨料射流辅助滚刀破岩装置，辅助TBM滚刀破岩。本发明可实现磨料射流与TBM滚刀联合破岩，能解决超硬岩条件下TBM“掘不动、掘进慢”的问题，是隧道施工领域的一大创新；不同岩石强度下系统采用不同的工作方法，系统能量利用率高，综合效益显著；采用的磨料供给方式避免了磨料的长距离密封传输困难问题，且磨料不需经过管接头，便于工业化应用。

摘要： 本发明公开了一种水力辅助破岩PDC钻头及辅助破岩方法，包括：接头（1）和固定于接头（1）一侧的钻头本体（2），所述接头（1）与钻头本体（2）内开设有中心流道（3），所述接头（1）内还开设有若干喷嘴流道（11），所述喷嘴流道（11）的内侧端与中心流道（3）相连通，所述喷嘴流道（11）的外侧端安装有驱动喷嘴；所述喷嘴流道（11）的整体呈倾斜设置，所述喷嘴流道（11）的延伸端不在同一竖直平面或水平平面内，所述喷嘴流道（11）的延伸端与水平面有一个喷嘴倾斜角度A，所述喷嘴角喷嘴倾斜角度A小于九十度；本发明具有增加破岩扭矩和提高钻头的破岩效率的优点。

摘要： 本实用新型提供了一种破岩装置及破岩施工设备，属于破岩设备领域。上述破岩装置包括大臂、小臂、小臂油缸和支撑组件；大臂的一端与小臂铰接，小臂油缸的一端与大臂铰接，另一端与小臂铰接；小臂油缸伸缩时，小臂能够摆动。支撑组件的一端与小臂油缸连接，另一端与大臂连接；支撑组件为弹性可压缩结构，并能够为小臂油缸提供支撑力。设置支撑组件后，支撑组件能够对小臂油缸的底部进行支撑，有效降低小臂油缸受到的径向力，从而减小对油封的损坏；进而能够有效提高小臂油缸的使用寿命。