一、李大佛等研制成功“打滑”地层电镀钻头（论文文献综述）
张丽[1]（2004）在《坚硬致密弱研磨性岩层电镀金刚石钻头研究》文中提出金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性岩层钻进时,经常出现钻头抛光和打滑现象,钻头时效、使用寿命都非常低。这类岩层虽然在一般矿区所占比例不大,但由于钻头打滑现象的发生,即使只有几米或十几米这种岩层也要耗费大量时间和钻头,导致整个钻孔施工周期延长,勘探成本增高,经济效益明显下降。解决在这类岩层中钻进效率低的问题,是钻探行业长期存在的一大技术难题。针对这一问题,并结合前人的研究成果,本文分析了导致金刚石钻头钻进打滑的原因,设计了三种用于钻进打滑岩层的金刚石钻头。选用电镀法制造成型。本文主要内容分四部分:第一部分概述了金刚石钻头钻进坚硬致密弱研磨性岩层的研究现状,介绍了电镀法制造金刚石钻头的优点和 Ni 基复合镀层的研究情况,提出了该类岩层电镀金刚石钻头的三种设计方法。第二部分通过金刚石钻头钻进打滑的原因分析,针对坚硬致密弱研磨性岩层的钻头设计方案。为实现金刚石的正常出刃,独创性地设计了三种用于防打滑的电镀金刚石钻头。1.电镀弱包镶金刚石钻头。通过对比分析,选用了硬质磨料微粉绿碳化硅和白刚玉作为弱包镶覆膜微粉;通过实验筛选,选择了环氧树脂类胶粘剂 504 胶作为覆膜胶粘剂,并用非活性稀释剂丙酮来稀释,并通过实验确定最佳丙酮/胶粘剂配比为:5～6.5ml/g;选用滚动式造球机进行覆膜;分析了单个金刚石颗粒在转筒内受力情况,确定了覆膜的最佳工艺参数,包括最佳转速范围、最佳胶粘剂喷洒位置、最佳原料供给位置等;给出了金刚石覆膜的基本工艺过程;用事后计算法确定裹覆后小球中实际金刚石的含量;最后采用正交设计法安排实验。 2. 混合磨料电镀金刚石钻头。即将金刚石-硬质磨料以一定比例混合加入钻头胎体中与合金一起沉积包裹。按照适宜电镀的要求,选择机械性能良好的硬质磨料绿碳化硅（SiC）和白刚玉（α-Al2O3）,对使用的两种磨料进行表面预处理;设计了两种混合电镀方案,第一种以正交设计法安排试验,将金刚石和混合磨料均匀加入胎体中进行沉积包裹,第二种方式为将磨料分为主磨料金刚石和辅助磨料金刚石+硬质磨料混合物,分别间隔均匀地分布于不同的扇形胎体块中。后一种方法只以白刚玉在混合磨料中所占质量百分含量为20%、30%、40%作了初步试验。 3. 二合一型电镀金刚石钻头。通过减少钻头胎体唇面面积,来提高唇面单颗粒金刚石上的压力,增强对岩石的体积破碎效果。设计了两种钻头唇面结构,用常规电镀方法成型,预留的孔待电镀完成后,选择 SiC 、Al2O3 以及金刚石等磨料通过有机物胶结方式注入孔内,待胶固化达到完全强度后,即可以使用;另一个方法是孔内不填充任何磨料。<WP=7>第三部分为电镀金刚石钻头的成型工艺及室内钻进试验。即按照第二部分设计的几种钻头,选择合适的胎体硬度,确定满足条件的镀液成分与工艺参数,制造了Ф36 的普通单管钻头;然后选取了有代表性的三种岩样以及人造锆刚玉,对岩石进行成分分析、摆球硬度、压入硬度及单轴抗压强度测试,对测试结果进行岩石可钻性分级,最后分别对这四种岩样进行室内钻进试验。结果表明:采用弱包镶方法成型的钻头,对提高钻头时效的效果最明显,由正交设计指标计算和极差分析知,对时效影响的显着性从主到次的顺序依次为:弱包镶磨料含量,磨料种类,磨料粒度,选择覆膜微粉为 Al2O3,含有弱包镶成分 30%以上的弱包镶金刚石对时效影响越大。其次为混合电镀法,由极差结果可知,对时效影响大小顺序为:混合磨料粒度,混合磨料浓度,混合磨料种类。其最优方案为:磨料浓度为 20%的 50/60 目的 Al2O3。二合一型钻头设计时要保证钻头胎体知金刚石浓度不能太低,太低仍然会出现打滑。比较钻头磨耗发现,三种钻头的磨耗都比普通金刚石钻头稍高,其中二合一型最高,而混合电镀法在三种钻头中磨耗最低。 第四部分分析了几种钻头防打滑机理。认为:弱包镶金刚石钻头防滑作用有,孔穴效应对提高钻头比压作用、辅助碎岩作用、增大了钻头同岩石的摩擦系数、孔穴对胎体和金刚石的冷却作用、孔穴储存岩粉和脱落的金刚石等摩擦微粒,对胎体的磨损作用,因而对金刚石钻头的出刃有利等作用。混合磨料电镀金刚石钻头的防滑作用有,磨料碎裂和脱落形成辅助碎岩作用、磨料锋利的形状加强了对岩石的切削作用。对非均质磨料胎体钻头,胎体不同部分耐磨性的差别,使得耐磨性较强的胎体扇形块上的金刚石的实际压力增大,从而加速岩石的破碎和金刚石出刃。二合一型钻头防打滑作用也也是通过减少钻头底唇面面积、提高钻头比压来实现金刚石正常出刃。本文最后总结了主要研究内容和研究成果,并提出了今后需要进一步研究的有关问题。
章文姣[2]（2012）在《钎焊—热压多层有序排列金刚石钻头的研究》文中研究指明自十一五期间,国务院总理温家宝对《国务院关于加强地质工作的决定》作出重要批示后,地质勘探经过一个时期的低谷后又出现了明显的回升势头,岩心钻探作为主要的探矿方式之一,又出现了一个迅速发展时期。目前,我国地质勘探逐步向深部发展,深部钻探所面临的岩层更为复杂,对金刚石钻头性能要求也更高。传统制造金刚石钻头的方法有热压法和电镀法,热压法制造的金刚石钻头性能较难控制,难以适应深部复杂多变地层的钻进；电镀法制造的金刚石钻头往往内外保径效果较差,钻头的使用寿命较低,也难以适应深部复杂地层,特别是非完整地层和强研磨性地层。此外,传统金刚石钻头工作层内部结构较为单一,也即胎体内部的金刚石与胎体成分都是性能一致的均匀分布在工作层中,导致钻头对岩层的适应性不理想,大大降低了钻头的使用性能。运用钎焊法制造金刚石工具是近些年国内外学者研究较多的一种新方法,钎焊技术可以使得钎料中的某些活性元素与金刚石表层碳原子发生化学冶金反应,在金刚石表面形成一层金属碳化物层,通过这层碳化物层,金刚石、钎料与基体三者形成牢固的化学冶金结合。金刚石与钎料形成化学冶金结合,有利于提高单颗金刚石的出刃高度和工作时间,进而提高工具的切削效率和使用寿命。但是,用钎焊法制作金刚石工具难以制成孕镶金刚石工具,目前研制成功的钎焊金刚石工具一般为单层钎焊金刚石工具。对金刚石工具里的金刚石进行有序化也是近些年热门的研究话题,有序排布金刚石工具可以使得工具内每颗金刚石得到充分利用,进而降低工具的金刚石用量,降低成本。但是,由于难以制作具有高密度孔洞的有序排布模板,有序排布技术较适合应用于低浓度的金刚石工具制作中。因此,有序排布技术往往应用于金刚石锯片、金刚石磨轮等低浓度金刚石工具中。本文的目的是借鉴钎焊技术在单层金刚石工具中的成功应用,以及有序排布技术在低浓度金刚石工具中的成功应用,将钎焊技术和有序排布技术引入到地质金刚石钻头的制作中,利用钎焊技术所特有的对金刚石把持力高的优点,降低金刚石浓度,同时利用有序排布技术使得钻头内每颗金刚石充分发挥其功效,最终研制出高时效、长寿命、低成本的新型金刚石钻头,以满足我国深部硬岩绳索取芯钻探的要求,为我国新一轮探矿工作做出积极的贡献。论文在分析钎焊有序排列孕镶金刚石钻头对钎料、金刚石、以及胎体性能要求的基础上,结合生产经验,运用材料显微分析测试技术、材料机械性能测试技术、仿真模拟技术等手段,研究了钎料对金刚石的包镶机理、钎料成分对胎体性能的影响、钎焊切削单元层与层之间的胎体材料成分、二次烧结工艺、金刚石有序排列模板的设计、以及金刚石宏观排列模式对钻头碎岩的效率影响等研究,初选出制作钎焊多层有序排列金刚石钻头配方和工艺,制作了三种不同排列模式的金刚石钻头进行室内钻进试验,最后优选出合理的钻头配方、工艺以及金刚石排列模式制作钻头,进行野外生产性试验。由于钎焊法制作金刚石钻头是一种新方法,根据该方法对钎焊金刚石钻头用金刚石、钎料以及烧结工艺的要求,本文首先对钎焊金刚石钻头做了众多基础性研究。钻头中的金刚石是直接参与破碎岩石的刃具,金刚石性能是否优良对钻头的使用性能有着较大的影响。对钎焊后的金刚石进行冲击强度测试,高温钎焊后金刚石的抗热冲击强度TTI值（61.75%）比原料金刚石的TI值（91.6%）下降了近33%。因此,用于制造钎焊金刚石钻头的金刚石要求具备良好的抗冲击性能和抗热冲击性能,提出选用制作钎焊金刚石钻头的金刚石原料TI值应不低于80%,TTI值不低于75%。为探明钎料与金刚石是否发生了化学冶金反应,对钎焊后的金刚石表面进行了表面形貌测试,用能谱测试技术对生成的物质进行了元素测试,测试结果表明,金刚石表面生成了一种银白色的柱状物质,该物质富含Cr元素和C元素。分析认为,钎料中的活性元素Cr元素与金刚石表层C原子发生了化学冶金反应,金刚石表面形成的金属碳化物是钎焊法提高包镶金刚石能力的根本原因。粉末的流动性直接影响着制作钎焊金刚石切削单元的质量和速度,对试验用钎焊粉末进行流动性测试,结果表明,粉末的流动性在14-26s之间,能满足机器自动铺粉的要求,但是添加了30%WC的粉末较流动性差,影响手工法制作钎焊金刚石切削单元的速度,同时钎焊层性能也不均一。钎料的成分对胎体的物理力学性能有着较大的影响,本文对添加了WC粉和Fe粉的钎焊胎体进行了硬度、抗弯强度和耐磨性测试,结果表明,添加适量的WC粉可以提高胎体的硬度和耐磨性,但会降低胎体的塑性,添加量在20%时胎体综合性能最佳；添加合适的Fe粉可以提高胎体的塑性,但会降低胎体的硬度和耐磨性,添加量在30%时胎体性能最佳。为探明添加金属对钎焊胎体产生物理力学变化的内在机理,论文对钎焊胎体进行了金相显微分析和能谱测试,金相分析结果表明,添加WC粉的胎体中第二相球状组织和针状组织对胎体起到了强化作用,使得胎体硬度和耐磨性提高,但是WC与基体的弹性模量相差较大,WC在胎体中起到割裂作用,导致胎体抗弯强度下降；添加Fe粉的胎体中没有了球状组织和针状组织,第二相脆性组织的消失,使得胎体抗弯强度提高,而屈服强度降低,胎体的硬度和耐磨性下降。显微能谱测试表明,灰黑色区域为金相组织中的第二相球状组织和针状组织,该区富集了Cr、O、B元素,可能形成的化合物为CrB和Cr,（O）y。鉴于钎焊多层有序排列金刚石钻头的工作条件和钻头工作层的功能,钻头用钎料与基体的润湿性、钎焊烧结工艺、钻头内金刚石的宏观排列模式、切削单元中金刚石颗粒间的间距、连接切削单元层与层之间的胎体材料和二次烧结工艺对钻头的使用性能都有重要影响。本文通过在钎料中添加Cu、Mn等低熔点金属大大改善了钎料与钻头基体的润湿性,用添加了Cu、Mn元素的NiCrBSi钎料制作单层薄壁钎焊金刚石钻头,以10～15℃/min的速率升温至钎焊温度1010℃,保温10min,以10℃/min的速率降温至室温的烧结工艺。室内钻进试验表明,钻进花岗岩的时效比电镀金刚石钻头和热压金刚石钻头分别提高了46.7%和85.7%,钻头寿命分别提高了33.3%和11.1%。为提高钻头寿命,本文用常规混料法制作了钎焊孕镶金刚石钻头,该钻头难以对金刚石实现有序排列,同时胎体耐磨性较高,在钻进过程中金刚石出刃难,换层现象明显,钻进速度低。最后选用分层——复合法制作钎焊多层有序排列金刚石钻头,选用厚度为0.2mm厚的不锈钢板作为钎焊基体,按照单层钎焊薄壁金刚石钻头的配方和工艺制作钎焊金刚石切削单元,并对每一单层钎焊金刚石切削单元内的金刚石进行有序排列,将复数层钎焊金刚石切削单元按规律叠加起来,通过二次烧结的工艺形成钎焊多层有序排列金刚石钻头。对钻头内金刚石进行有序排列,有利于降低钻头中金刚石浓度,同时可根据钻头不同工作环境而设计不同浓度与粒度的金刚石。金刚石颗粒之间的横向距离决定破碎岩石的范围,纵向距离决定金刚石层与层之间的及时出刃,结合孕镶金刚石钻头的碎岩机理对有序排列模板进行参数设计,横向间距为（2.8-3.1）d,纵向间距为（1.67～1.9）d,搭接高度为（1/7～1/3）d,其中d为金刚石粒径。分层法制作多层钎焊金刚石钻头有三种方案：同心圆竖直叠加弧形排列、放射状径向竖直叠加排列和扇形块平面叠加排列。有限元显式动力分析模拟和室内钻进试验表明,同心圆竖直叠加弧形排列金刚石钻头钻进时效高于放射状径向竖直叠加排列和扇形块平面叠加排列金刚石钻头。分析认为,钻头中金刚石宏观排列成弧形状,有利于充分利用钻头回转所形成的环状破碎,进而利用钻头振动形成大体积破碎,提高钻头碎岩效率。根据有限元显式动力分析模拟结果和钻头室内钻进试验结果得出,野外生产性试验钻头内金刚石宏观排列成弧形状。针对中等～强研磨性的硬～坚硬地层的钻头用钎料配方为NiCrBSi+w （WC）20%粘结层与层之间的胎体材料配方为Ni-21%,Fe-29%,Mn-4%,663-Cu-36%,WC-10%：二次烧结工艺为烧结温度955℃,压力为15MPa,保温时间7min。对用该配方和工艺生产出的28个不同规格（20个φ75.5/55mm和8个φ56.5/38mm）的普通双管钻头在四川电站大坝工程工地、福建某矿区和湖南平江金矿区等三个钻探工地进行了野外试验。试验结果表明,钻头钻进时效较工地上使用他其他厂家的钻头提高了20%以上,钻头寿命提高了20以上%。针对弱研磨性的硬～坚硬致密地层的钻头用钎料配方为：NiCrBSi+w （Fe）30%；粘结层与层之间的胎体材料配方为：Ni-21%,Fe-39%,Mn-4%,663-Cu-36%；二次烧结工艺为：烧结温度为950℃,压力设为15MPa,保温时间为7min。对用该配方和工艺生产出的5个φ56.5/38mm的普通双管钻头在大连某工地进行了野外试验。试验结果表明,钻头钻进时效较该工地使用的传统钻头提高了25%,寿命降低了11.6%。分析认为,钻头胎体较软和金刚石浓度较低导致钻头寿命降低。试验表明,开发的钎焊——热压多层有序排列金刚石钻头具有钻头时效高、寿命长和适应性能好等优点。总的来说,本文通过大量试验和理论分析,确定了以NiCrBSi为钎料,分层——复合法制作钎焊多层有序排列孕镶金刚石钻头的钎焊和热压配方、工艺以及金刚石的宏观排列模式,成功地将钎焊技术和有序排列技术引入到地质金刚石钻头制造中,实现了采用钎焊法制作高时效、长寿命、低成本的多层有序排列地质金刚石钻头,达到了预期目标。钻头的二次成型虽使得制作成本有所增加,但有序排列技术和钎焊技术的引用,使得钻头金刚石用量大大减少,镍基钎料的价格也低于WC粉、Co粉的价格,钻头原材料成本大大降低,使得钻头总体成本下降。
方方,孟欣[3]（2009）在《“钻头”中萌发的事业——中国地质大学（武汉）李大佛教授的产学研之路》文中研究指明从外行到内行,他是我国电镀金刚石钻头领域的主要开拓者与带头人;从校园到商场,他又以"拼命三郎"的精神和敏锐独到的目光踏上了一条产学研协调发展的道路。他就是李大佛——中国地质大学（武汉）钻探工程专业教授、长江钻头公司总经理。起步篇:从讲台到商海"我的科研成果,直接由自己转化,如果不是改革开放,就做不到这点。"——李大佛
王景,周宏梅[4]（2009）在《钻头下的律动——记长江钻头公司总经理李大佛教授》文中研究指明李大佛,20世纪八十年代初下海,创办地大长江钻头,是武汉东湖开发区第一批高新技术企业之一,被称"钻头大王"。目前,公司由他控股,任总经理。
科研科[5]（1983）在《李大佛等研制成功“打滑”地层电镀钻头》文中认为我院探工系讲师李大佛等最近研制成功攻克坚硬致密弱研磨性“打滑”地层的电镀人造金刚石孕镶钻头。地质部科技司于9月24日至28日在武汉主持召开了鉴定会,会议代表经过认真讨论,鉴定委员会一致通过了该项科研成果的技术鉴定。
刘广志[6]（2009）在《《金刚石、PDC钻头与工艺学》》文中研究说明
张献振[7]（2012）在《土壤动物爪趾仿生PDC钻头研制与试验研究》文中提出我国从上世纪80年代初就开始引进PDC钻头，到90年代后国内各大油田开始使用PDC钻头，并取得良好效果。近些年以来，PDC钻头也在地质钻探行业中得到了较广泛的应用，但主要用于钻进软到中硬的均质地层，还不太适宜钻进坚硬地层。近年来国内外钻井工作者开始逐步研究PDC在不同地层中的切削齿的最佳结构和最佳布齿设计，使PDC钻头更好的为地质钻探行业服务。PDC切削齿是PDC钻头的基本切削单元，其结构性能的优劣对PDC钻头的钻进效果有着决定性的影响。国内外一直非常重视新型切削齿的研究，利用切削齿形态的不同，已经开发出多种新产品，比较有代表性的有双刃切削齿、预倒角边缘加强齿、覆盖保护层切削齿、复合结构齿等。在某些特定条件的应用下，这些特种形态结构的切削齿工作性能有明显的提高。本文主要从仿生学的角度对地质钻探用PDC切削齿及钻头进行了研究。通过对土壤动物东方蝼蛄的爪趾进行较系统地总结分析，将土壤动物蝼蛄爪趾的生物学原理应用在金刚石复合片钻头切削齿的设计上。通过Solidworks软件中的Simulation模块静力分析得出PDC仿生切削齿的刃角一般在50°-70°之间比较适宜。刃角过大，则切削齿吃入地层的深度不够，从而影响钻进效率；刃角过小，切削齿自身的抗弯强度不足，易发生提前损坏。因此选择一个适当的刃角有利于提高钻头的钻进效率和使用寿命。根据前人的经验，对PDC切削齿的切割和与钻头基体的焊接进行了详细的研究，以适宜的刃角设计了三齿型和四齿型PDC切削齿。钻头的布齿结构采用了奇偶齿交错分布的设计，奇齿切削出岩石的峰和谷正好被偶齿的谷和峰所切削，从而增加岩石的体积破碎。在松原油页岩矿区对研制的PDC仿生爪趾钻头进行了钻进试验。结果表明，在夹有白云岩的致密性泥页岩地层，PDC仿生爪趾钻头钻进效率很高，平均机械钻速为2.82m/h，是硬质合金钻头的2倍多；寿命高达227米，大大降低换钻头次数。采用仿生爪趾金刚石复合片钻头，在一个钻孔就可以节省大约36小时的时间，提高了施工效率，相当于提高15336元的产值，极大的增加了施工单位的整体效益。
李大佛[8]（1985）在《尽快将科研成果转变成社会生产力——推广电镀金刚石钻头体会》文中提出七十年代初,美国提出了低温制造金刚石钻头的新技术.这一技术虽然先进,但由于工艺比较复杂,一直还处于试验阶段.武汉地质学院探矿工程系电镀金刚石钻头研究组自一九七五年始,至今已研制成功并经有关部门鉴定了三种不同性能的低温电镀人
王照智[9]（2017）在《仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨增效机理研究》文中认为孕镶金刚石钻头是资源开采和地质勘查的主要工具。随着国家能源探采工程向深部、硬岩和复杂地层方向不断发展,传统孕镶金刚石钻头存在寿命短、效率低和能耗大等技术难题。创新孕镶金刚石钻头的设计理念,提升钻头的服役寿命和工作效率,是推动孕镶金刚石钻头升级的重要研究方向。自然界中的生物经过亿万年的进化,形成了与生俱来的耐磨、自再生、自修复和自润滑功能,这为新型钻头的设计与制备提供了天然蓝本。本文基于多因素耦合仿生理论,以蜣螂、蚯蚓等典型生物为仿生模本,设计并制备了具有动态非光滑、原位自再生和弥散自润滑特性的仿生孕镶金刚石钻头试样,开展了被动、主动磨损试验和近工况条件下的钻进试验研究,以及力学和传热状态的数值仿真模拟研究,较全面地阐释了仿生孕镶金刚石钻头的耐磨、增效和自再生机理,为开发新一代仿生钻头提供更详尽的理论与技术支撑,具有重要的研究价值和科学意义。基于磨耗比评价方法的被动磨削试验发现,仿生耦合孕镶金刚石钻头样件经非光滑形态、自再生结构和自润滑材料三种耦元的耦合、协同作用,其耐磨性能和磨削能力显着优于普通孕镶金刚石试样。其中,动态自再生非光滑效应是影响仿生耦合孕镶金刚石钻头样件耐磨增效性能的关键因素。自润滑功能耦元能够产生良好的润滑效果,减少界面摩擦。摩擦界面间过小的空间和磨屑的累积是导致“微烧蚀”,胎体剥落和金刚石碎裂等影响钻头过度磨损的主要原因。凹坑形仿生非光滑表面可通过增加摩擦界面的空间,捕获磨粒和磨屑、缩短划痕、改善表面应力状态、提供润滑介质等多种功能特性进行耐磨增效,以减少甚至避免这些有害机制的发生。基于仿生钻头模拟孕镶金刚石钻头主动克取岩石的主动磨削试验,本文进一步研究了单元体尺度、数量和分布等仿生要素对仿生孕镶金刚石钻头磨损行为产生的影响。揭示了上述要素与仿生耦合孕镶金刚石试样磨损行为和钻进性能之间的对应关系。试验结果表明,仿生非光滑表面的非光滑度和仿生单元体尺度可以通过影响仿生耦合孕镶金刚石试样与砂轮摩擦界面的应力分布以及自润滑效果来影响其耐磨性能和磨削能力。通过近工况条件下仿生孕镶金刚石微钻头的台架试验,本文研究了仿生单元体排布、胎体材料力学性能和仿生单元体的自再生特性对仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨性能和钻进效率的影响规律,进一步验证了其良好的耐磨性能和钻进效率。通过对仿生耦合孕镶金刚石微钻头自再生功能的研究发现,仿生耦合孕镶金刚石微钻头表面的仿生单元体具有自适应能力,能够根据其所钻岩石的实际特征调整合适的单元体自再生速率以及单元体深度,以提供相应的岩屑捕获能力和自润滑能力,从而避免仿生非光滑材料的过度消耗。仿生耦合孕镶金刚石微钻头的自再生结构可以通过不断自修复、自生成表面非光滑形态从而持续保持较高的耐磨性能和钻进能力,进而延长仿生钻头的服役寿命,提高工作周期内的钻进效率。基于三维有限元建模和有限元分析软件ansys,本文模拟分析了普通钻头模型和仿生耦合孕镶金刚石钻头模型与岩石相互作用时各组表面的等效应力分布,并利用ansys-fluent流场分析软件分别评价了普通钻头模型和仿生耦合孕镶金刚石钻头模型外流场和温度场。结果表明,具有自再生功能的仿生非光滑表面能够增加仿生耦合孕镶金刚石钻头底唇面应力,提高仿生钻头的自锐能力,并使其底唇面应力均匀分布,保证其钻齿整体锐化的同步性。仿生钻头还能够增加作用在岩石上的等效应力,使岩石更易达到屈服极限,从而降低钻进能耗。仿生钻头可以在岩石上产生卸荷效应,使岩石表面的应力区域形成周期性交替,产生疲劳裂隙。仿生钻头扭矩的降低,使得钻头有用功大幅度提高,从而增加了能量的利用效率。与此同时,钻头底唇面的仿生单元体可以为冷却液提供更多的流动空间,增大换热的表面积,提高冷却液的整体流速,引导冷却液在仿生单元体周围形成涡流,使冷却液与钻头唇面换热更充分,强化冷却液与钻头底唇面的对流换热效率,进而增加仿生耦合孕镶金刚石钻头的服役寿命。本文结合传统孕镶金刚石钻头的碎岩机理和磨损特征,基于上述原理试验和数值仿真模拟,从仿生耦合孕镶金刚石钻头的非光滑耐磨、增效和自再生机理等多个角度出发,较全面地分析了仿生耦合孕镶金刚石钻头各仿生功能耦元产生的磨屑捕集、自润滑、减粘脱附、应力均布、自再生、自适应等诸多增益效应及其相互之间的协同规律,阐释了仿生耦合孕镶金刚石的耐磨增效机理与耦合机制,并初步建立了仿生耦合孕镶金刚石钻头的多元耦合效能评价指标体系,为仿生耦合孕镶金刚石钻头的优化和完善提供理论依据。
杨道合[10]（2012）在《科学超深钻井过程中碎岩方法与孕镶金刚石取心钻头的预研究》文中研究说明科学钻探是为地学研究目的而实施的钻探,是人类获取地球内部信息最有效、最直观的方法,它是通过科学探测地壳岩石圈、生物圈、水圈的组织结构、物质成分、形成机理等进行各类研究。大陆科学钻探通过提高对深部地质的研究程度,进而可以解决人类面临的资源（如油气、固体矿产、地热）、灾害（如地震、火山）以及环境（如陨石撞击、核废料处理）等问题。此外,大陆科学钻探入地与卫星上天一样,需要高新技术支撑与巨额资金投入,能够取得享誉世界的重大科技成果,体现国家综合实力,提高国际形象。科学超深钻是一个系统工程,涉及的研究领域很广,针对实施过程中可能会碰到的一些问题,国内外可供借鉴的实例有限。目前,对超深井中深部高温高压条件下岩石的物理力学性质及该条件下破岩机理的研究国内开展很少,国外己做过一定的工作,但可查资料较少。因此深入研究该条件下金刚石钻进结晶岩的碎岩机理、钻头胎体与岩石摩擦磨损特性显得非常必要；科学超深井钻探的核心技术是钻探取心技术,要求机械钻速高、回次进尺长、取心效果好、钻柱轴向震动小、功耗低以及对井壁扰动小等,而要达到这个要求,必须根据深部岩石的物理力学性质提出一整套钻头选型方案及钻进规程,设计适用于深部岩层的钻采工具。因此2008年中国地质大学（武汉）工程学院相关课题组承担了《深部探测技术与实验研究专项》第五项目《大陆科学钻探选址与钻探实验》（编号SinoProbe-05）的第六课题《科学超深井钻探技术方案预研究》（SinoProbe-05-06）中的《科学超深钻碎岩方法与工具的预研究》课题研究。本文选题以该课题为依托,主要研究内容有：调研岩石力学性质随围压和温度的变化规律,确定岩石在不同条件下的可钻性级别；提出适用于13000m以深超深井,不同井段钻进所采用的钻头技术方案。总结高温条件下孕镶金刚石钻头与岩石的摩擦特性；研究孕镶金刚石取心钻头不同端部形状的破岩机理,为设计适用于超深钻的孕镶金刚石取心钻头结构设计提供理论支持。通过本文的研究与结果分析,在一定程度上将有助于我国深部钻探计划的开展,并在理论上提供一定的支持与参考。我国即将实施的科学超深钻井底温度为400℃左右,孔底压力达160-280MPa,围压为124.8MPa左右。通过调研国内外有关深钻、超深钻、地热井方面的钻井技术资料,尤其是前苏联科拉超深井（SG-3）、德国KTB和我国大陆科钻一井的钻井资料,深入了解高温高压下岩石的物理力学特性及钻进特性,井底高温高压环境对钻头的要求与影响。通过了解与分析所用钻具的工作特性,提出科学超深钻不同井段可以采用的碎岩方法和工具。其中孕镶金刚石取心钻头适合钻进可钻性级别较高的结晶岩地层,是深部取心钻探的首选。所以,孕镶金刚石取心钻头的设计与制作是超深钻探项目研究的一个重要内容。在超深井的深部井段,井底处于高温高压环境,在这种条件下如何提高孕镶金刚石取心钻头的质量与钻进效果、什么样的钻头端部形状更容易破岩、高温条件下钻头胎体与岩石具有怎样的摩擦磨损特点等问题都成了设计钻头时必须考虑的因素。论文从摩擦磨损的基本理论入手,根据深井钻进用孕镶金刚石钻头常用胎体配方用热压法制作规格为8.5mm×8.5mm×15mm的空白胎体试样和金刚石胎体试样,在MG-2000摩擦磨损试验机上,按20℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃的环境温度、载荷p=400N,转速n=400r/min的钻进条件做磨擦磨损试验,运用扫描电子显微镜（SEM）观察胎块和摩擦轨迹的形貌,用电子称测量磨损量,研究了胎体在不同温度条件下的摩擦磨损规律。测试结果表明：摩擦系数与岩石的类型有着密切的联系,在胎体成分相同的情况下,试验用砂岩的摩擦系数小于试验用花岗岩。环境温度对岩石的影响明显,当环境温度达400℃时,无论使用哪一种胎体,试验用砂岩均会在两分钟以内成块状破裂。环境温度对摩擦系数与摩擦功的影响也较大,即在不同的胎体与岩石的磨损组合条件下,随着温度的升高,摩擦系数和摩擦功总体上呈减小趋势。磨损量与磨损行程成正比关系,无论是空白胎体还是添加金刚石的胎体试样,与试验用花岗岩和试验用砂岩的干摩擦,均存在相同的规律,即随着温度的升高,磨损量总体呈上升趋势。当环境温度超过400℃时,含金刚石胎体磨损花岗岩试样磨损量急剧上升,但空白胎体磨损量反而减小,表明在高温下胎体的成分差异对磨损量影响较大。温度越高试验用砂岩对胎体的研磨性较强。空白胎体与岩石的磨损机理主要以粘着磨损与表面疲劳磨损为主。当磨损行程与环境温度升高后空白胎体会在表面摩擦热的作用下出现粘着现象。粘着有利用于胎体中的固体自润滑相（石墨）向岩石表面转移,在一定范围内减少磨损量。所以空白胎体与岩石的磨损机制以粘着磨损与表面疲劳磨损的混合形式。金刚石胎体与岩石的磨损机理为磨粒磨损、粘着磨损和表面疲劳磨损的混合模式。磨损的磨粒为金刚石切削的岩屑与脱落的金刚石,它会在磨损界面中切削胎体的金属表面使磨损量增大。随着磨损行程与环境温度的增加,金刚石胎体出现剥落即疲劳磨损。所以说金刚石胎体的磨损机制为硬质项切削与磨粒磨损,并且在时间与温度的作用下表面出现粘着磨损、疲劳磨损失效的趋势。孕镶金刚石取心钻头的设计包括很多方面,端部形状设计是钻头设计中的一个重要组成部分。论文在分析孕镶金刚石钻头和PDC钻头的破岩机理基础上,总结出优化钻头端部形状的三种方法：改变形状增加唇面切削岩石的自由面、减小唇面面积增加单颗金刚石上的钻进比压和使用超硬材料增强破岩效果。选取具有代表性的三种唇面形状的孕镶金刚石取心钻头,分别为平底形、含AKTM的平底形和轮齿形,利用数值模拟技术模拟了同等钻进规程条件下钻进岩石的情况。分析结果表明：同样钻进规程条件下,钻头的钻进速度从小到大分别为：平底钻头、AKTM钻头、轮齿钻头。钻进过程中岩体总体升温不明显,温度值基本没多少变化,仅在井底与井壁的极小范围内出现少量的温度集中。平底钻头、AKTM钻头金刚石端部温度比胎体温度相对较高,轮齿钻头金刚石根部温度比金刚石端部高一些,每个扇形块上与旋转切向方向同向的前边缘的胎体与金刚石温度高于后边缘的金刚石和胎体,轮齿钻头唇面温度高于其它两种钻头唇面温度。破岩过程中,岩石破碎区周围的等效应力值比较大,距离岩石破碎区越远应力值相应减小。平底钻头、AKTM钻头在破碎第一层岩石时,与钻头旋转切向力同向一侧的扇形块前边缘金刚石应力值较大,随着钻进的进行,应力值趋于一致,轮齿钻头唇面上的应力一直比较平均。台架试验和野外钻进试验一直被用做检测钻头钻进效果的最有效手段。本文用热压法制做了规格均为Φ75/49mm的平底孕镶金刚石取心钻头、含AKTM切削齿的孕镶金刚石取心钻头和轮齿钻头,三者采用相同的胎体配方,对三种钻头分别进行了室内台架试验和两次野外钻进试验。首先对所钻岩样和地层做了薄片分析和力学性能测试,确定了它们的矿物成分、结构构造和可钻性等级。台架与野外钻进试验结果表明：平底钻头与AKTM钻头台钻对比试验表明,在钻进规程P=2.5KN,n=222r/min时,AKTM钻头的钻速是平底钻头的2倍,表明AKTM聚晶体起到了像复合片那样的剪切碎岩作用。两次野外试验结果表明,按平均机械钻速由高到低排序：轮齿钻头>AKTM钻头>平底钻头,试验结果与数值模拟试验结果一致。总体来说,本文通过调研资料、理论分析、数值模拟和大量的试验,基本实现了研究的目的。但由于个人经验和试验条件所限,论文中许多地方未能尽如人意,不足之处主要表现在：超深钻井深部地层岩石可钻性具有不可预知性,实际钻进过程中将会遇到各种各样的岩层与突发因素,最终的钻进工艺和钻具组合需根据现场实际情况而定。做高温高压条件下钻头胎体与岩石的摩擦磨损试验时,由于摩擦磨损试验机的使用条件限制,无钻井液循环和压力加载装置,属于高温条件下胎体与岩石的干摩擦,这与超深井井底的实钻情况相差很远,得出的摩擦磨损规律具有一定的参考作用,但还需在超深钻井过程中进一步检验。需要对试验机继续加以改进,使其能够真实的模拟井底高温高压环境。另外,本文仅做了孕镶金刚石钻头胎体与岩石的摩擦磨损试验,钻井过程中还要用到PDC钻头、牙轮钻头等其它类型钻头,建议后续工作中做一些针对这些钻头的摩擦磨损试验,揭示不同温度压力条件下它们的磨损规律。孕镶金刚石取心钻头的设计包括很多内容,端部形状设计为其中一个方面,应综合考虑胎体与所钻岩层的适应性。模拟钻头钻进岩石时,只考虑到钻压、温度与钻速对钻进,过程的影响,后续研究工作中应加入井底围压、钻井液循环等边界条件的影响。
二、李大佛等研制成功“打滑”地层电镀钻头（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、李大佛等研制成功“打滑”地层电镀钻头（论文提纲范文）
（1）坚硬致密弱研磨性岩层电镀金刚石钻头研究（论文提纲范文）
| 第一章 绪论 |
| 1.1 概述 |
| 1.2 坚硬致密弱研磨性岩层用金刚石钻头的研究现状 |
| 1.2.1 金刚石钻头人工出刃 |
| 1.2.2 软胎体钻头 |
| 1.2.3 异型唇面钻头 |
| 1.2.4 优选金刚石参数 |
| 1.2.5 钻进坚硬致密岩层的金刚石钻头新进展 |
| 1.3 金刚石钻头的制造方法 |
| 1.4 Ni基复合镀层的研究现状 |
| 1.5 本论文研究内容、方法及目的 |
| 第二章 用于坚硬致密弱研磨性岩层电镀金刚石钻头的设计与研制 |
| 2.1 金刚石钻头钻进打滑的原因分析 |
| 2.2 电镀弱包镶金刚石钻头 |
| 2.2.1 弱包镶膜层材料的选择 |
| 2.2.2 弱包镶胶粘剂的选择与最佳胶粘剂/溶剂配比的确定 |
| 2.2.3 弱包镶金刚石造球设备 |
| 2.2.4 覆膜参数的确定 |
| 2.2.5 覆膜工艺过程 |
| 2.2.6 筛选分级 |
| 2.2.7 弱包镶金刚石镀前处理 |
| 2.2.8 电镀弱包镶金刚石钻头制造方案设计 |
| 2.3 Ni-Co/金刚石-硬质磨料复合电镀 |
| 2.3.1 混合磨料电镀钻头设计思想的提出 |
| 2.3.2 硬质磨料的选择 |
| 2.3.3 碳化硅和刚玉磨料的性质与镀前处理工艺 |
| 2.3.4 金刚石与硬质磨料混合电镀实验方案 |
| 2.4 二合一型金刚石钻头 |
| 2.4.1 钻头设计思想的提出 |
| 2.4.2 电镀二合一型钻头制造方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 电镀金刚石钻头的成型工艺及其室内钻进试验 |
| 3.1 电镀金刚石钻头成型工艺 |
| 3.2 电镀金刚石钻头室内试验 |
| 3.2.1 试验设备及条件 |
| 3.2.2 试验用岩样 |
| 3.3 试验结果及分析 |
| 3.3.1 常规电镀金刚石钻头试验结果及分析 |
| 3.3.2 电镀弱包镶金刚石钻头试验结果及分析 |
| 3.3.3 混合磨料电镀金刚石钻头试验结果及分析 |
| 3.3.4 二合一型电镀金刚石钻头试验结果及分析 |
| 3.3.5 几种钻头时效和磨耗的比较 |
| 3.3.6 钻头胎体局部唇面情况和金刚石出刃情况 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 几种设计钻头的防滑机理分析 |
| 4.1 弱包镶钻头钻进防滑机理分析 |
| 4.2 金刚石与硬质磨料混合电镀中磨料的作用机理 |
| 4.3 二合一型金刚石钻头防打滑机理分析 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 需要进一步研究的问题 |
| 致 谢 |
| 参考文献 |
（2）钎焊—热压多层有序排列金刚石钻头的研究（论文提纲范文）
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 金刚石钻头的研究进展 |
| 1.1.1 电镀金刚石钻头的研究现状 |
| 1.1.2 热压金刚石钻头的研究现状 |
| §1.2 单层钎焊金刚石工具的研究进展 |
| 1.2.1 镍基钎料金刚石工具 |
| 1.2.2 铜基钎料金刚石工具 |
| 1.2.3 银基钎料金刚石工具 |
| §1.3 有序排列技术在金刚石工具中的研究现状 |
| §1.4 多层钎焊金刚石工具研究现状 |
| §1.5 课题的提出、目的及意义 |
| §1.6 论文的研究思路、研究内容及研究方法 |
| 1.6.1 论文的研究思路 |
| 1.6.2 论文的研究内容与研究方法 |
| 第二章 钎焊金刚石钻头基础研究 |
| §2.1 实验材料、方法和设备 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.1.2 试验方法 |
| 2.1.3 试验设备 |
| §2.2 金刚石的物理化学性能及其特点 |
| §2.3 钎焊金刚石表面生成碳化物的物理化学机制 |
| 2.3.1 钎焊金刚石表面碳化物的生成 |
| 2.3.2 碳化物生成的物理化学机制 |
| §2.4 金属粉末物理性能对流动性的影响 |
| §2.5 钎焊工艺对工作层性能的影响 |
| 2.5.1 钎焊温度 |
| 2.5.2 保温时间 |
| 2.5.3 烧结环境 |
| §2.6 钎焊材料成分对钎焊层性能的影响 |
| 2.6.1 各元素在钎料中的作用 |
| 2.6.2 钎焊材料对胎体物理力学性质的影响 |
| 2.6.3 钎焊材料对胎体组织结构的影响 |
| §2.7 本章小结 |
| 第三章 钎焊金刚石钻头设计 |
| §3.1 单层薄壁钎焊金刚石钻头设计与试验 |
| 3.1.1 钻头的制作工艺流程 |
| 3.1.2 钻头工作层气泡问题的分析与解决 |
| 3.1.3 单层薄壁钎焊金刚石钻头室内钻进试验 |
| §3.2 多层钎焊金刚石钻头设计 |
| 3.2.1 常规方法钎焊孕镶金刚石钻头 |
| 3.2.2 钎焊——热压多层有序排列金刚石钻头研制方案 |
| 3.2.3 钎焊金刚石单元层基体的选择 |
| 3.2.4 模板的制作 |
| 3.2.5 钎焊层参数的设计 |
| §3.3 钎焊——热压金刚石钻头层与层之间的联结 |
| 3.3.1 层间粘结材料 |
| 3.3.2 热压工艺参数 |
| §3.4 切削单元中金刚石有序排列参数的设计 |
| 3.4.1 孕镶金刚石钻头碎岩机理 |
| 3.4.2 有序排列模板参数的设计 |
| §3.5 本章小结 |
| 第四章 金刚石排列模式对岩石破碎的影响模拟及钻头试制 |
| §4.1 平底钻头碎岩模拟 |
| 4.1.1 ANSYS建模过程 |
| 4.1.2 结果分析 |
| §4.2 岩样测试与室内钻进试验 |
| 4.2.1 室内钻进试验岩样分析与测试 |
| 4.2.2 钻头研制 |
| 4.2.3 钻进条件 |
| 4.2.4 室内钻进结果与分析 |
| 4.2.5 钻头室内试验结果 |
| §4.3 本章小结 |
| 第五章 钎焊-热压多层有序排列金刚石钻头研制及野外生产性试验 |
| §5.1 中等～强研磨性的硬～坚硬地层的钻头研制 |
| 5.1.1 金刚石的浓度 |
| 5.1.2 金刚石的粒度 |
| 5.1.3 胎体配方 |
| 5.1.4 热压工艺 |
| §5.2 野外钻进试验结果与分析 |
| 5.2.1 野外钻头试验报告 |
| 5.2.2 钻头试验结果与分析 |
| §5.3 弱研磨性的硬～坚硬致密地层的钻头研制与试验 |
| §5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| §6.1 结论 |
| §6.2 创新点 |
| §6.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（7）土壤动物爪趾仿生PDC钻头研制与试验研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的选题背景及意义 |
| 1.1.1 论文选题背景 |
| 1.1.2 论文选题意义 |
| 1.2 论文研究的主要内容 |
| 1.3 国内外复合片及复合片钻头的研究现状及发展趋势 |
| 1.3.1 复合片的国内外发展现状 |
| 1.3.2 PDC 的性能检测 |
| 1.3.3 国内外复合片钻头的研究现状及发展趋势 |
| 第二章 仿生学的理论发展现状及工程应用 |
| 第三章 仿生复合片钻头的特征分析及理论研究 |
| 3.1 土壤动物爪趾的研究现状 |
| 3.2 金刚石复合片切削齿与土壤动物爪趾的仿生理念 |
| 3.3 不同切削齿形状压入岩层时的应力分析 |
| 3.3.1 圆形齿压入接触压力分析 |
| 3.3.2 仿生爪趾齿压入接触应力分析 |
| 3.4 仿生爪趾复合片数值模拟分析 |
| 3.5 仿生复合片的理论设计 |
| 第四章 Φ92 仿生 PDC 钻头的设计与制造 |
| 4.1 仿生 PDC 钻头切削齿的性能测试 |
| 4.2 PDC 钻头切削齿的切割与焊接 |
| 4.2.1 切削齿的切割 |
| 4.2.2 切削齿焊接工艺研究 |
| 4.3 仿生 PDC 钻头的设计与制造 |
| 第五章 钻进试验及结果分析 |
| 5.1 试验现场所用钻头对比 |
| 5.2 现场地层条件 |
| 5.3 钻探设备及钻具结构 |
| 5.4 试验情况及效果对比 |
| 5.5 钻探技术效果与经济性分析 |
| 5.6 钻头不足与改进 |
| 第六章 结论及展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨增效机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 孕镶金刚石钻头国内外研究现状 |
| 1.2.1 孕镶金刚石钻头国外研究现状 |
| 1.2.2 孕镶金刚石钻头国内研究现状 |
| 1.2.3 孕镶金刚石钻头研究现状总结 |
| 1.3 生物耦合功能原理及耦合仿生理论研究 |
| 1.3.1 自然界中典型生物耦合耐磨、减阻及自再生功能原理 |
| 1.3.2 耦合仿生学概述及其意义 |
| 1.3.3 耦合仿生理论在钻探工程中的应用 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 仿生耦合孕镶金刚石试样被动磨削耐磨增效性能的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 孕镶金刚石试样的耦合仿生设计 |
| 2.2.1 仿生耦合孕镶金刚石试样的非光滑形态功能耦元设计 |
| 2.2.2 仿生耦合孕镶金刚石试样的自再生结构功能耦元设计 |
| 2.2.3 仿生耦合孕镶金刚试样的自润滑材料功能耦元设计 |
| 2.3 仿生耦合孕镶金刚石试样的制备 |
| 2.3.1 模具设计 |
| 2.3.2 试样材料的选取和预制 |
| 2.3.3 试样的制备 |
| 2.4 试验原理和方法 |
| 2.4.1 磨耗比测试试验原理 |
| 2.4.2 测试方法 |
| 2.4.3 试验结果 |
| 2.5 仿生耦合孕镶金刚石试样磨损行为分析 |
| 2.5.1 宏观磨损形貌分析 |
| 2.5.2 磨损性能分析 |
| 2.5.3 微观磨损形貌分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 仿生单元体对仿生耦合试样主动磨削磨损行为的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 仿生耦合孕镶金刚石试样的设计 |
| 3.2.1 仿生试样表面不同非光滑度的设计 |
| 3.2.2 仿生单元体不同尺度的设计 |
| 3.3 仿生耦合孕镶金刚石试样的制备 |
| 3.3.1 模具设计 |
| 3.3.2 试样材料的选取 |
| 3.3.3 试样的制备 |
| 3.4 仿生耦合孕镶金刚石试样的主动磨削摩擦磨损试验 |
| 3.4.1 试验仪器 |
| 3.4.2 试样夹具的设计 |
| 3.4.3 试验原理及方法 |
| 3.4.4 试验结果 |
| 3.5 摩擦磨损试验结果分析 |
| 3.5.1 磨损形貌分析 |
| 3.5.2 非光滑度对仿生试样磨损行为的影响分析 |
| 3.5.3 仿生单元体尺度对仿生试样磨损行为的影响分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 仿生耦合孕镶金刚石钻头微钻台架试验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 仿生耦合孕镶金刚石微钻头的耦合仿生设计 |
| 4.2.1 仿生耦合孕镶金刚石微钻头整体结构设计 |
| 4.2.2 仿生耦合孕镶金刚石微钻头非光滑排布的设计 |
| 4.2.3 仿生耦合孕镶金刚石微钻头钻齿自再生结构的设计 |
| 4.3 微钻头胎体材料的选取及力学性能的测试 |
| 4.3.1 胎体材料的选取 |
| 4.3.2 试样的设计与制备 |
| 4.3.3 压入硬度测试 |
| 4.3.4 抗弯强度测试 |
| 4.4 仿生耦合孕镶金刚石微钻头的制备 |
| 4.4.1 模具设计 |
| 4.4.2 孕镶金刚石微钻头材料及用量计算 |
| 4.4.3 仿生耦合孕镶金刚石微钻头的烧结与加工 |
| 4.5 仿生耦合孕镶金刚石微钻头台架试验 |
| 4.5.1 试验设备 |
| 4.5.2 试验方法及原理 |
| 4.5.3 试验数据 |
| 4.6 仿生单元体排布对仿生微钻头钻进性能的影响分析 |
| 4.6.1 仿生单元体排布对仿生微钻头钻进能力的影响 |
| 4.6.2 仿生单元体排布对仿生微钻头耐磨性能的影响 |
| 4.7 胎体力学性能对仿生微钻头钻进性能的影响 |
| 4.7.1 胎体力学性能对仿生微钻头机械钻速的影响 |
| 4.7.2 胎体力学性能对仿生微钻头耐磨性能的影响 |
| 4.8 仿生自再生功能对仿生微钻头钻进性能的影响 |
| 4.9 本章小结 |
| 第5章 仿生耦合孕镶金刚石钻头服役过程数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 钻头简化模型接触压力分析 |
| 5.3 钻头接触仿真分析 |
| 5.3.1 有限元模型建立 |
| 5.3.2 材料参数及边界条件设置 |
| 5.3.3 计算结果分析 |
| 5.3.3.1 钻头模型底唇面等效应力对比分析 |
| 5.3.3.2 岩石表面等效应力对比分析 |
| 5.3.3.3 钻头模型扭矩对比分析 |
| 5.3.3.4 岩石侵入能对比分析 |
| 5.4 流体力学控制方程及湍流模型 |
| 5.4.1 控制方程 |
| 5.4.2 湍流模型 |
| 5.5 钻头流场传热仿真分析 |
| 5.5.1 钻头模型建立 |
| 5.5.2 边界条件设置 |
| 5.5.3 计算结果分析 |
| 5.5.3.1 模型温度场对比分析 |
| 5.5.3.2 模型流场对比分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨增效机理与耦合机制 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 传统孕镶金刚石钻头的碎岩机理和磨损特征 |
| 6.2.1 传统孕镶金刚石钻头的碎岩机理 |
| 6.2.2 传统孕镶金刚石钻头的自锐过程 |
| 6.2.3 传统孕镶金刚石钻头的磨损特征 |
| 6.3 仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨机理分析 |
| 6.3.1 磨屑捕集效应 |
| 6.3.2 自润滑效应 |
| 6.3.3 减粘脱附效应 |
| 6.3.4 应力均布效应 |
| 6.3.5 快速散热效应 |
| 6.4 仿生孕镶金刚石钻头增效机理分析 |
| 6.4.1 周期卸荷效应 |
| 6.4.2 单位钻压的提升效应 |
| 6.4.3 增加岩石润湿度效应 |
| 6.5 仿生孕镶金刚石钻头自再生机理分析 |
| 6.5.1 自再生、自修复能力 |
| 6.5.2 自适应能力 |
| 6.6 仿生耦合孕镶金刚石钻头的耦合机制及效能评价 |
| 6.6.1 仿生功能耦元的耦合作用机制 |
| 6.6.2 多元耦合仿生效能评价 |
| 6.6.3 仿生耦合孕镶金刚石微钻头多元耦合仿生效能 |
| 6.7 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间科研成果 |
| 致谢 |
（10）科学超深钻井过程中碎岩方法与孕镶金刚石取心钻头的预研究（论文提纲范文）
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 选题的背景与意义 |
| §1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 高温高压下岩石的力学特性研究现状 |
| 1.2.2 常温常压条件下金刚石钻进岩石破碎机理的研究现状 |
| 1.2.3 高温高压条件下金刚石钻进岩石破碎机理的研究现状 |
| 1.2.4 高温条件下钻头胎体与岩石的摩擦特性 |
| 1.2.5 孕镶金刚石钻头唇面形状对破岩效果的影响 |
| §1.3 本文的主要内容与研究思路 |
| 1.3.1 主要内容 |
| 1.3.2 研究思路 |
| 第二章 超深孔钻进井底环境对钻头的要求和影响 |
| §2.1 超深井钻井的井底工作环境 |
| 2.1.1 温度 |
| 2.1.2 压力 |
| §2.2 高温高压条件下岩石的物理力学性质 |
| 2.2.1 温度对岩石物理力学性能的影响 |
| 2.2.2 围压对岩石物理力学性能的影响 |
| 2.2.3 高温高压条件下岩石特性 |
| 2.2.4 高温高压条件下岩石破碎特点 |
| §2.3 深孔钻进对钻头的影响与要求 |
| §2.4 本章小结 |
| 第三章 目前科学超深钻钻井工艺及钻头的分析 |
| §3.1 科学深井钻探技术 |
| 3.1.1 钻深部结晶岩时的取心特点 |
| 3.1.2 取心方式 |
| 3.1.3 动力驱动方式 |
| 3.1.4 井底动力冲击回转钻进系统 |
| 3.1.5 井底动力扭力冲击回转钻进系统 |
| §3.2 科学深钻用钻头 |
| 3.2.1 科学深钻用钻头的特殊性 |
| 3.2.2 常用钻头及表现 |
| 3.2.3 各类钻头与钻具的耐温情况 |
| §3.3 不同井段钻进所采用的钻头方案 |
| 3.3.1 岩石的可钻性及其分级 |
| 3.3.2 钻头选型考虑的因素 |
| 3.3.3 钻头选择方案 |
| §3.4 本章小结 |
| 第四章 高温条件下钻头胎体与岩石的摩擦磨损特性 |
| §4.1 胎体与岩石摩擦磨损特征与机理 |
| 4.1.1 胎体磨粒磨损特点 |
| 4.1.2 胎体磨粒磨损机理 |
| §4.2 试验目的与意义 |
| §4.3 试验设计及试验方法选择 |
| 4.3.1 试验方案 |
| 4.3.2 胎体试样制备 |
| 4.3.3 试验用岩样 |
| 4.3.4 试验设备介绍 |
| 4.3.5 试验过程 |
| §4.4 试验分析及结论 |
| 4.4.1 环境温度对摩擦系数与摩擦功的影响 |
| 4.4.2 环境温度对磨损量的影响 |
| 4.4.3 空白胎体磨损机理分析 |
| 4.4.4 含金刚石胎体磨损机理分析 |
| §4.5 本章小结 |
| 第五章 孕镶金刚石取心钻头端部形状分析 |
| §5.1 金刚石钻头的破岩机理 |
| 5.1.1 孕镶金刚石钻头破岩机理 |
| 5.1.2 复合片切削刃的破岩机理 |
| 5.1.3 金刚石钻头端部形状优化理论 |
| §5.2 孕镶金刚石钻头数值分析 |
| 5.2.1 有限元方法与求解分析 |
| 5.2.2 DYNA建模过程与求解 |
| 5.2.3 结果分析 |
| §5.3 本章小结 |
| 第六章 室内与野外钻进试验 |
| §6.1 室内与野外钻进用岩样分析与测试 |
| 6.1.1 钻进用岩石的矿物鉴定 |
| 6.1.2 钻进用岩石类别的测试 |
| §6.2 室内台架试验结果分析 |
| §6.3 第一次野外钻进试验及结果分析 |
| §6.4 第二次野外钻进试验及结果分析 |
| §6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| §7.1 论文的主要创新点 |
| §7.2 论文的主要研究成果 |
| §7.3 展望与建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
四、李大佛等研制成功“打滑”地层电镀钻头（论文参考文献）
- [1]坚硬致密弱研磨性岩层电镀金刚石钻头研究[D]. 张丽. 中国地质大学, 2004(03)
- [2]钎焊—热压多层有序排列金刚石钻头的研究[D]. 章文姣. 中国地质大学, 2012(12)
- [3]“钻头”中萌发的事业——中国地质大学（武汉）李大佛教授的产学研之路[J]. 方方,孟欣. 中国高校科技与产业化, 2009(08)
- [4]钻头下的律动——记长江钻头公司总经理李大佛教授[J]. 王景,周宏梅. 科学中国人, 2009(08)
- [5]李大佛等研制成功“打滑”地层电镀钻头[J]. 科研科. 地质科技情报, 1983(04)
- [6]《金刚石、PDC钻头与工艺学》[J]. 刘广志. 地球科学(中国地质大学学报), 2009(03)
- [7]土壤动物爪趾仿生PDC钻头研制与试验研究[D]. 张献振. 吉林大学, 2012(10)
- [8]尽快将科研成果转变成社会生产力——推广电镀金刚石钻头体会[J]. 李大佛. 中国地质, 1985(06)
- [9]仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨增效机理研究[D]. 王照智. 吉林大学, 2017(09)
- [10]科学超深钻井过程中碎岩方法与孕镶金刚石取心钻头的预研究[D]. 杨道合. 中国地质大学, 2012(03)