天然气水合物保温保压绳索取心钻具设计

论文摘要

天然气水合物是一种在低温和高压条件(一般为0℃,10MPa)下形成的具有能量密度大、储量大和分布广等特点的新型洁净替代能源。天然气水合物研究以成为当代能源工业发展的又一大热点。天然气水合物的取样技术是实施其勘探与开发的关键性技术。本文通过研究天然气水合物的性质,建立天然气水合物保温保压绳索取心取样方法的理论基础,进而设计出天然气水合物保温保压绳索取心钻具样机。本文研究的主要内容: 1、对天然气水合物的研究,介绍天然气水合物的赋存的特性、分布区域、物理力学性质、温压特性等。2、通过对天然气水合物的特性分析得出其对勘探的特殊要求,既在一定温度及压力下取心。保证岩心的完整,防止天然气水合物的分解。3、调研国内外有关天然气水合物保真取样器的理论基础、应用范围、技术优势、工艺方法、关键技术、发展现状及不足等。4、通过以上的分析研究制定总体方案,包括保温与保压的方法选择、取心钻进方法的选择、对现有绳索取心钻具的改进、需达到的设计参数、功能部件的组成、钻具适用条件等。5、整个取心钻具的机构设计,包括每个机构的零件及其尺寸确定。6、保温保压绳索钻具关键部位的计算校核,包括冲击机构的计算校核、悬挂环的计算校核、控制弹簧的计算校核、排气阀弹簧的计算校核、取样筒耐压校核。7、半导体制冷过程的数值模拟,通过ANSYS有限元模拟软件模拟在半导体制冷过程中温度随制冷时间的变化在岩心中的温度分布图。以此来指导半导体制冷元件的设计及进一步优化。8、总结构图,零件图的绘制。本文研究所取得的保温保压绳索取心钻具对提高天然气水合物取心质量有一定借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 论文研究的目的及意义
• 1.3 保温保压取样器研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文研究主要内容
• 第2章 天然气水合物保温保压绳索取心钻具总体设计
• 2.1 取心钻进方法的选择
• 2.1.1 钻进方法的选择
• 2.1.2 取心方法的选择
• 2.2 天然气水合物保温保压绳索钻具结构功能与参数
• 2.2.1 保温保压绳索取心钻具功能要求
• 2.2.2 绳索取心保温保压取样器基本参数
• 2.3 绳索取心保温保压取样器总体结构设计与工作原理
• 2.3.1 总体设计
• 2.3.2 绳索保温保压取样器工作原理
• 第3章 保温保压绳索取样器关键部位设计
• 3.1 捞矛机构、安全脱卡、弹卡定位设计
• 3.2 冲击机构设计
• 3.3 悬挂机构设计
• 3.4 投球控制机构设计
• 3.5 到位报信机构设计
• 3.6 岩心堵塞报警机构设计
• 3.7 单动机构与内管保护机构设计
• 3.7.1 单动机构
• 3.7.2 内管保护机构设计
• 3.8 密封保压机构设计
• 3.8.1 球阀机构
• 3.8.2 密封机构
• 3.8.3 蓄能器
• 3.8.4 压力补偿阀
• 3.8.5 取样筒设计
• 3.9 保温机构设计
• 3.9.1 保温隔热材料
• 3.9.2 半导体制冷机构
• 3.9.3 单向排气阀
• 3.9.4 保温对钻井工艺的要求
• 3.10 导正机构设计
• 第4章 钻具关键部位的计算校核
• 4.1 重锤水阻力计算
• 4.1.1 水冲击阻力计算
• 4.1.2 冲击参数选择
• 4.2 悬挂环抗冲击计算
• 4.2.1 抗压强度计算
• 4.2.2 抗冲击强度计算
• 4.3 投球控制机构弹簧与内管保护机构缓冲弹簧的计算校核
• 4.3.1 控制弹簧
• 4.3.2 缓冲弹簧
• 4.4 半导体制冷机构的计算校核
• 4.5 取样筒压力容器的计算校核
• 第5章 半导体制冷过程的数值模拟
• 5.1 数值模拟的理论基础
• 5.2 数学建模及分析
• 第6章 总结和建议
• 6.1 总结
• 6.2 本设计的改进点
• 6.3 以后设计的改进建议
• 致谢
• 参考文献