贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进取心机理研究

论文摘要

贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）钻进技术由吉林大学建设工程学院自主研发,是集潜孔锤碎岩、流体介质反循环、钻进中连续获取岩心（样）三项先进技术于一体的钻进技术。贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）钻进技术是潜孔锤钻进技术的发展方向之一。吉林大学建设工程学院已经顺利完成了地质调查局项目“西部复杂条件下高效钻探技术研究与开发”,其工作内容为“贯通式取心（样）潜孔锤钻探技术在固体矿产勘探中的应用研究”。本论文为“贯通式取心（样）潜孔锤钻探技术在固体矿产勘探中的应用研究”项目的后续研究。借助波动理论,凿岩理论等冲击钻进动力学理论,系统分析了冲击能量以应力波的形式在岩石中的传播机制以及岩石在动静载荷下的凿入特性;结合岩石断裂力学和岩石损伤力学等固体力学理论对冲击载荷下岩石动力学特性进行分析;借助有限元软件ANSYS/LS-DYNA对钻头和岩石作用机理进行数值模拟,运用数值模拟分析的结果,分析了取心机理和影响取心长度的因素;为研究冲击功、冲击频率、钻压、转速、钻头结构和齿形对碎岩效果及获取岩心长度的影响,揭示冲击回转的碎岩过程和机理,以及验证有限元分析的相关结果,设计了模拟冲击回转碎岩的试验装置;对Ф89钻头在不同情况下的碎岩情况进行了试验研究;对钻头结构进行了优化设计,对下一步进行冲击回转试验研究具有一定的指导意义。

论文目录

• 内容提要
• 第1章 绪 论
• 1.1 论文研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 贯通式潜孔锤反循环连续取心（样）钻进技术发展状况
• 1.2.2 取心机理的研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进技术
• 2.1 岩心钻探技术
• 2.1.1 岩心钻探的目的
• 2.1.2 对岩矿心采取的要求
• 2.1.3 影响岩矿心质量的因素
• 2.1.4 岩矿心的采取方法
• 2.2 贯通式潜孔锤反循环取心（样）钻进技术原理
• 2.2.1 贯通式潜孔锤反循环取心（样）钻进系统结构原理
• 2.2.2 贯通式潜孔锤结构及工作原理
• 2.2.3 贯通式潜孔锤的系列规格及工作参数
• 2.3 贯通式潜孔锤反循环钻进技术破岩原理
• 2.3.1 钻进过程中岩石的应力状态
• 2.3.2 冲击回转钻进碎岩原理
• 2.3.3 影响冲击回转碎岩效果的因素
• 2.4 本章小结
• 第3章 贯通式潜孔锤反循环钻进技术破岩理论
• 3.1 概述
• 3.2 静压、冲击破岩特点分析
• 3.2.1 静压破岩特点
• 3.2.2 冲击破岩特点
• 3.2.3 静压、冲击联合作用破岩特点
• 3.3 静压、冲击破岩的力学分析
• 3.4 静压、冲击破岩的损伤断裂分析
• 3.4.1 静压断裂形态及分析
• 3.4.2 冲击断裂形态及分析
• 3.4.3 静压、冲击联合破岩损伤断裂分析
• 3.5 切削破岩分析
• 3.5.1 静压切削
• 3.5.2 冲击—切削破岩分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 潜孔锤反循环连续取心钻头与岩石作用机理的有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 ANSYS/LS-DYNA 简介
• 4.2.1 ANSYS/ LS-DYNA 功能特点
• 4.2.2 ANSYS/LS-DYNA 程序系统的求解步骤
• 4.3 钻头和岩石接触非线性有限元分析
• 4.3.1 定义钻头与岩石的单元类型、实常数和材料性质
• 4.3.2 钻头与岩石模型的建立及网格划分
• 4.3.3 钻头与岩石的加载、求解与结果显示
• 4.4 钻头破碎岩石有限元结果分析
• 4.5 钻头结构优化设计及有限元分析结果对比
• 4.5.1 钻头结构的优化设计
• 4.5.2 优化后钻头的结构示意图
• 4.5.3 钻头结构优化前后破碎岩石的有限元分析结果对比
• 4.5.4 钻进工艺参数对岩心长度的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 冲击回转试验装置研究
• 5.1 研究现状
• 5.2 试验装置研究
• 5.3 试验装置零部件设计
• 5.4 试验装置零部件一览表
• 5.5 试验装置的测试功能及意义
• 5.6 本章小结
• 第6章 冲击回转取心试验
• 6.1 采用Ф89 反循环取心钻头试验
• 6.1.1 花岗岩试验
• 6.1.2 石英砂岩试验
• 6.1.3 Ф89 反循环取心钻头试验小结
• 6.2 改进钻头的试验
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文
• 攻博期间参与的科研与试验项目
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 致谢