地质钻探钻柱功率传递规律模拟实验系统设计与研建

论文摘要

地质找矿勘探深度的增加对绳索取心钻探技术提出了更高的要求,这就迫切需要对深孔条件下钻柱力学及其功率传递特性进行深入研究。本文在综合考虑现有的实钻、微钻、模型实验、全尺寸钻探装置后,以李子丰的斜直井钻柱屈曲模型为基础,对钻柱弹性系统及运动状态、井壁、约束等进行简化,对受力模型进行分析计算后,设计了钻柱模拟实验装置。该实验装置由变频调速回转系统、负载模拟系统、轴向力加载系统、横向力加载系统、钻柱-井壁摩擦系统、数据采集与控制系统组成,装置总体结构为两电机对托、变频器驱动异步电机模拟负载、丝杠加载横向力、油缸加载轴向力、传感器测量参数、ADAM数据采集、无线局域网传输的形式。系统方案确定后,绘制了钻柱模拟装置的机械图和零件图,加工后进行了组装与调试,并建立了无线分布式数据采集系统;实验了转速对钻柱功率消耗规律的影响,调试结果表明钻柱模拟装置设计比较合理、满足实验需求,达到了设计初衷,但同时也暴露出一些设计缺陷和加工问题,提出了具体的改进意见和后续的实验内容与方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和项目依托
• 1.2 钻柱力学及功率消耗国内外发展现状
• 1.2.1 屈曲稳定性
• 1.2.2 扭矩/摩阻力
• 1.2.3 振动的井场实测
• 1.2.4 功率消耗
• 1.2.5 国内外现状分析
• 1.3 技术路线和研究内容
• 第2章 钻柱模拟装置的方案设计
• 2.1 设计要求
• 2.2 系统分析
• 2.3 假设简化
• 2.4 总体方案
• 第3章 钻柱模拟装置的结构设计
• 3.1 变频调速回转系统
• 3.1.1 变频调速设计
• 3.1.2 回转框架设计
• 3.1.3 轴向滑动机构
• 3.1.4 垂向转角机构
• 3.2 负载模拟系统
• 3.2.1 常用负载模拟类型
• 3.2.2 直流测功机原理及控制
• 3.2.3 变频负载模拟系统原理
• 3.2.4 变频负载模拟控制过程
• 3.3 钻柱-井壁摩擦系统
• 3.3.1 钻柱与井壁设计
• 3.3.2 正压力测量机构
• 3.3.3 摩擦扭矩测量机构
• 3.4 轴向力加载系统
• 3.4.1 常用加载类型
• 3.4.2 轴向力理论计算
• 3.4.3 系统组成及安装
• 3.5 横向力加载系统
• 3.5.1 钻柱单动加力机构
• 3.5.2 丝杠座防转动机构
• 3.5.3 横向位移测量机构
• 3.6 数据采集与控制系统
• 3.6.1 测量参数及类型
• 3.6.2 系统组成与安装
• 3.6.3 数据采集结构图
• 3.6.4 控制系统方案设计
• 第4章 组装、调试与初步实验
• 4.1 钻柱模拟装置实物图
• 4.2 设备仪器调试
• 4.2.1 传感器标定曲线
• 4.2.2 无线局域网组建
• 4.3 初步调试实验
• 4.3.1 实验准备
• 4.3.2 调试实验
• 第5章 总结、结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 结论
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献