3D打印栅格状胎体刀刃化唇面对金刚石钻头破碎坚硬岩层的影响机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41872186
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0209.第四纪地质学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

When drilling hard rock formations, the drill speed of bit is slow. This project proposes to design an impregnated diamond bit as a grid-shape matrix with a cutting-edge lip surface, and using 3D printing technology to achieve this new idea to study the influence mechanism of 3D printing grid matrix cutting edge on diamond bit breaking hard rock. In the working process of conventional bit, the contact condition of matrix and rock is surface contact..However, the grid-shape bit makes matrix knife blade, and the blade thickness is 0.1 to 2.0mm, the size between grids is 0.05 to 0.30mm. When working, it contacts with the rock as a line, which changes the mechanism of breaking rock and improves drilling efficiency. The project intends to manufacture the impregnated diamond blade whose thickness is 0.1 to 2.0mm to study the effect on the friction and wear properties of rock by means of simulation tests, data processing and theoretical analysis. Combining the 3D printing technology, and the formulation system was optimized based on the physical and mechanical properties of the matrix and the supporting strength of the diamond. The influence mechanism of 3D printing laser sintering parameters on the thermal damage effect of diamond in the lattice matrix carcass was studied to improve the interfacial bonding properties between the matrix alloy and the diamond. The indoor drilling test under different procedures was carried out by using the developed micro drill with different performance and parameters, and establish the parameterized evaluation system of the drilling performance of the grid-shape matrix cutting lip bit to clarify the rock breaking mechanism.
钻头钻遇坚硬岩层时钻速缓慢。本项目提出将孕镶金刚石钻头设计为栅格状胎体刀刃化唇面,并利用3D打印技术来实现,探究栅格状胎体刀刃化唇面对钻头破碎坚硬岩石的影响机制。常规钻头工作唇面与岩石呈面接触,栅格状钻头将胎体唇面刀刃化,刀刃厚度0.1~2.0mm,栅格间隙0.05~0.30mm,工作时与岩石为线接触,改变了破岩机理,利于提高钻效。项目拟通过模拟试验、数据处理和理论分析等手段,制造0.1~2.0mm厚孕镶金刚石刀刃片研究其对岩石摩擦磨损性能的影响;结合3D打印工艺,以胎体的物理力学性能和对金刚石的支撑强度、包镶强度等出发,优化其配方体系;研究3D打印激光烧结参数对栅格状胎体中金刚石热损伤效应影响机制,改善胎体合金与金刚石间的界面结合性能;利用研制的各种不同性能和参数的微型钻头在不同规程下进行室内钻进试验,建立栅格状胎体刀刃化唇面钻头钻进性能评价体系,阐明栅格状胎体刀刃化唇面钻头的碎岩机理。

结项摘要

鉴于国民经济和社会发展围绕地球深部能源高效勘查与评价的需求和绿色钻探发展的需要,通过钻探技术直接从地下深部获取岩矿心是最直接方法,而普通孕镶金刚石钻头钻遇坚硬岩层时钻速缓慢,栅格状刀刃化唇面孕镶金刚石钻头可大幅度提高钻进效率。.本项目研究了将孕镶金刚石钻头设计为栅格状胎体刀刃化唇面,并利用3D打印技术来实现,探究了其破碎坚硬岩石的影响机制。栅格状钻头将胎体唇面刀刃化,刀刃厚度0.1~2.0mm,栅格间隙0.05~0.30mm,工作时与岩石为线接触,改变了破岩机理,利于提高钻效。项目研究中通过模拟试验、数据处理和理论分析等手段,制造0.1~2.0mm厚孕镶金刚石刀刃片研究其对岩石摩擦磨损性能的影响;结合3D打印工艺,以胎体的物理力学性能和对金刚石的支撑强度、包镶强度等出发,优化了钻头配方体系;研究了3D打印激光烧结参数对栅格状胎体中金刚石热损伤效应影响机制,改善胎体合金与金刚石间的界面结合性能;利用室内试验,建立栅格状胎体刀刃化唇面钻头钻进性能评价体系,阐明栅格状胎体刀刃化唇面钻头的碎岩机理。.项目研究结果表明:(1)栅格状刀刃化唇面孕镶金刚石钻头的栅格结构能有效提高钻压,比压由原来的 68.03 kgf/cm2增加到了113.33 kgf/cm2 ,提高了将近 67 %,使钻头能更有效地压入岩体,产生破碎穴及裂纹;栅格状刀刃化唇面结构有利于冲洗液的储存,改善了金刚石颗粒的冷却效果,以更加有利的拉裂破坏方式破碎岩石。(2)3D打印技术是一种智能制造技术,将其应用于孕镶金刚石钻头的制造是可行的。3D打印制造栅格状胎体刀刃化唇面金刚石钻头过程中,可使用高能束如激光等手段对胎体合金粉末进行烧结,在氩气保护下,激光光斑直径3mm,功率800W,扫描速度8.4mm/s时,可获得金刚石颗粒、胎体、钢体三者具有理想的结合性能,胎体合金粉末对金刚石颗粒浸润良好,并发生冶金化学反应。.本项目的研究结题,有助于推进高效孕镶金刚石钻头设计理论的建立,有利于加快3D打印技术更快更好地应用于金刚石工具制造行业。

项目成果

期刊论文数量(28)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
黔水地1井钻探施工技术难点及对策
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    钻探工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏舟;张绍和;王文彬;曹函;刘磊磊;肖金成;何红生;郭军
  • 通讯作者:
    郭军
Rock breaking characteristics of a 3D printing grid-matrix impregnated diamond bit
3D打印网格矩阵孕镶金刚石钻头的破岩特性
  • DOI:
    10.1016/j.ijrmhm.2020.105212
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wu Jingjing;Zhang Shaohe;Liu Leilei;Qu Feilong;Zhou Hou;Su Zhou
  • 通讯作者:
    Su Zhou
Numerical investigation of the dynamic erosion behavior in fluidic oscillators with a periodic oscillating jet
具有周期性振荡射流的流体振荡器动态侵蚀行为的数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2021.10.011
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    POWDER TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Tang Lubo;Zhang Shaohe;Zhang Xinxin;Peng Jianming;Shabir Usman
  • 通讯作者:
    Shabir Usman
A review of axial vibration tool development and application for friction-reduction in extended reach wells
大位移井减摩轴向振动工具开发及应用综述
  • DOI:
    10.1016/j.petrol.2021.108348
  • 发表时间:
    2021-01-09
  • 期刊:
    JOURNAL OF PETROLEUM SCIENCE AND ENGINEERING
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tang, Lubo;Zhang, Shaohe;Pu, Bing
  • 通讯作者:
    Pu, Bing
Cutting performance evaluation of nickel-plated graphite Fe-based diamond saw blades
镀镍石墨铁基金刚石锯片切削性能评价
  • DOI:
    10.1016/j.diamond.2021.108344
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Diamond and Related Materials
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Zhou Su;Shaohe Zhang;Jingjing Wu;Leilei Liu
  • 通讯作者:
    Leilei Liu

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其他文献

Influence mechanism of hard brittle grits on the drilling performance of diamond bit
硬脆磨粒对金刚石钻头钻井性能的影响机制
  • DOI:
    10.3166/acsm.42.209-220
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    Annales de Chimie - Science des Matériaux
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王佳亮;张绍和;彭奋飞
  • 通讯作者:
    彭奋飞
湘西北页岩气储层钻井液抑制性试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    科技通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田明锦;曹函;孙平贺;张绍和
  • 通讯作者:
    张绍和
Effect of nano-vanadium nitride on microstructure and properties of sintered
纳米氮化钒对烧结体显微组织和性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    International Journal of Refractory Metals & Hard Materials
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    韩毅;张绍和;白锐;周候;苏舟;吴晶晶;王佳亮
  • 通讯作者:
    王佳亮
低固相护壁钻井液在雪鸡坪铜矿钻探中的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    探矿工程(岩土钻掘工程)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张绍和;曹函;郝志斌;赵冲全
  • 通讯作者:
    赵冲全
煤岩脉动水力压裂过程中声发射特征的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张绍和;曹函;孙平贺;陈江湛
  • 通讯作者:
    陈江湛

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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