农业机械钻土打洞触土部件仿生防粘减阻技术

本申请项目拟采用学习土壤洞穴动物体表几何结构特征和疏水性质的几何结构与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料相集成的仿生几何结构技术，研究钻土打洞部件鼠道犁和液体沃土器，在保证所要求土壤洞道或液体沃土质量前提下，具防粘和减阻功能，达到提高农机钻土打洞部件节能增效之目的，具有重要理论价值和实际意义。钻土打洞部件由犁铲和扩孔器或注液器组成，本申请项目旨在建立减阻犁铲设计的仿生原理和构建技术，并构建几何结构表面与UHMWPE材料集成的扩孔器和注液器仿生防粘减阻技术，是对农机触土部件高效节能仿生理论与技术的重要拓展，研究思路创新；仿生技术在农机化工程领域具自身特色；其成果具有明确应用前景。

本申请项目拟采用学习土壤洞穴动物体表几何结构特征和疏水性质的几何结构与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料相集成的仿生几何结构技术，研究钻土打洞部件鼠道犁和液体沃土器，在保证所要求土壤洞道或液体沃土质量前提下，具防粘和减阻功能，达到提高农机钻土打洞部件节能增效之目的，具有重要理论价值和实际意义。钻土打洞部件由犁铲和扩孔器或注液器组成，本申请项目旨在建立减阻犁铲设计的仿生原理和构建技术，并构建几何结构表面与UHMWPE材料集成的扩孔器和注液器仿生防粘减阻技术，是对农机触土部件高效节能仿生理论与技术的重要拓展，研究思路创新；仿生技术在农机化工程领域具自身特色；其成果具明确应用前景。提出几何结构与UHMWPE材料仿生集成的防粘、减阻技术应用于钻土打洞部件，在内容上具创新性；在技术上具集成创新性；将防粘减阻这一国际前沿问题，发展为仿生几何结构与材料集成应用在钻土打洞部件，在发展上具前沿性。

水钻粘土叫AB泥，由于他得粘性很强，所以他也被当做塑钢泥。AB水钻泥属国内最新开发的新产品，其主要原料均由国外进口，硬度高，附着力不错。耐酸耐碱耐腐蚀、耐水泡。粘接对象广泛，性能超群。本品无毒、无味、无腐蚀，无刺激性，使用方便安全。适用于粘接水钻、珠宝、工艺品、头饰、制鞋、金属、玻璃器皿、光学仪器、特种灯泡、瓷器、大理石、玉器、钻石、晶体、宝石、竹木家具、乐器、电器零部件、有机玻璃、镭射玻璃、商标、铭牌、表面罩光及多种塑料制品（非极性塑料除外）。

粘土具有吸水特性，甚至会与水发生水合作用，产生膨胀。地层中常含有一定数量的粘土。主要有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石。这些粘土在注水、酸化、永力压裂、砾石充填过程中碰到水或水基物质就会产生膨胀，然后进一步分散(如蒙脱石、绿泥石) 或直接分数(如高岭石伊利石) 形成直径小于10 m的细小微粒粘土膨胀和微粒的移动会降低地层的渗透率或堵塞井服的通路，这都会减少油井的产量，严重损害油管线和油泵。

粘土彭胀的原因是粘土中可交换的阳离子如钠离子在水中解离形成扩散双电层，使片状结构表面带负电，由于静电斥力，带负电的片状结构自行分开而引起粘土膨胀。

粘土膨胀会引起井壁垮塌，在最小水平主应力的作用下会发生井壁崩落，造成井壁质量下降，不利于后续的起下钻和下套管以及其他井筒作业。再就是，粘土膨胀后，就会产生井眼（不是井筒）缩径，严重的话有可能会使泥质成分紧紧箍住钻具或套管等工具，极大提高摩阻，发生卡钻或下不去工具的情况。还有，若在近钻头附近发生，那么有可能会引起钻头泥包，就是钻头被一大堆泥巴紧紧包住，堵塞水眼，无法传递水功率和给钻头降温，造成钻速下降和钻头过热，这是PDC 和TSP 钻头最怕的，因为金刚石是不耐热的；此外，钻头泥包如果发生在牙轮钻头上，会造成钻头自洁能力下降，重复切削岩石，严重磨损钻头，降低钻速，提高钻头成本，频繁起下钻换钻头，这样的话会过多地抽汲、激动井筒，易引发井涌（或喷）井漏的事故。

缩径的主要原因是钻遇粘土层中含有大量的蒙脱石等易膨胀粘土矿物, 土工实验结果表明, 部分粘土层中含量高达40%。该类粘土膨胀性强, 主要原因是这类粘土晶层上下 面皆为氧原子, 各晶层之间以分子间力连接, 连接力弱, 水分子易进入晶层之间, 引起晶格膨 胀。

采用钻井法施工通过膨胀性粘土层时, 由于这些地层遇水后体积膨胀, 易使井筒直径缩小, 造成钻头在钻进过程中提升困难和卡钻现象。在膨胀性粘土层中钻进易出现泥包钻头现象:钻进过程中刀具刮下来的土屑不能被钻头的吸收口及时排除, 粘糊在钻头的刀具上, 堵塞吸收口及钻头的内腔, 甚至包裹刀盘, 使钻头无法继续正常钻进。采取有效防范措施, 解决好井筒缩径和泥包钻头现象,不仅缩短了工程建设工期,还为企业带来效益。

为取到高质量的不扰动土，要采用一套正确的取土技术：钻进方法，软土最好采用泥浆循环回转法；可塑-坚硬的粘性土，如采用冲击法，取土前的钻进进尺不得超过0.3m，黄土取土前必须清孔；取土方法：压人法优于击入法，击入法应用重锤少击法取样，黄土用快速压入法或重锤—击法；包装和保存，使用镀锌铁皮衬筒装样时，两端加盖不允许压迫土柱，蜡封要全面保证质量，避免日晒，注意防冻，包装用专用土样箱要卡紧、防震。对一些软土、饱和粉性土，如会产生水土分离现象时，宜进行工地试验，土样应在一周内运抵实验室，三周内开土试验。