本文關(guān)鍵詞： 復(fù)式反循環(huán)鉆頭 引射器 封隔器 EFD仿真技術(shù) 正交試驗設(shè)計　出處：《吉林大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：人類社會的發(fā)展離不開資源的供給，賴以生存的生活資料都來源于礦產(chǎn)資源，而隨著社會的不斷發(fā)展，對資源的需求和依賴也越來越大。資源的緊缺迫使勘探工作向深部礦、難勘探礦發(fā)展。隨著礦產(chǎn)資源勘探任務(wù)難度的加大，，更加需要探礦工作者對鉆探技術(shù)和鉆探機(jī)具進(jìn)行研究。 氣體反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)，是指在鉆孔底部采用特殊的裝置，如反循環(huán)鉆頭、交叉接頭或封隔器等，利用驅(qū)動活塞后的廢氣將破碎后的巖心、巖屑從雙壁鉆桿的中心通道上返至地表的一種鉆進(jìn)技術(shù)�，F(xiàn)有反循環(huán)形成機(jī)理主要有兩種，一種是國外及國內(nèi)部分單位研究的封隔器封堵形成反循環(huán)，一種是以吉林大學(xué)為代表研究的基于引射器形成的反循環(huán)。但是目前國內(nèi)外對這兩種反循環(huán)機(jī)理以及實際反循環(huán)效果的的對比研究較少。 形成反循環(huán)的關(guān)鍵因素是反循環(huán)鉆頭。本文運(yùn)用SolidWorks Flow Simulation軟件對國內(nèi)的引射器式反循環(huán)鉆頭和封隔器式反循環(huán)鉆頭兩種鉆頭孔底進(jìn)行流場分析，研究兩種反循環(huán)鉆頭形成反循環(huán)的機(jī)理，通過野外試驗，進(jìn)一步對比研究兩種反循環(huán)鉆頭的反循環(huán)機(jī)理和反循環(huán)效果。針對仿真模擬和野外試驗中出現(xiàn)的問題，為進(jìn)一步提高反循環(huán)效果，將兩種反循環(huán)鉆頭進(jìn)行結(jié)合，設(shè)計出新型的復(fù)式反循環(huán)鉆頭，并對復(fù)式反循環(huán)鉆頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本文具體的研究內(nèi)容與結(jié)論如下所示： （一）運(yùn)用計算流體軟件SolidWorks Flow Simulation對兩種反循環(huán)鉆頭孔底流場進(jìn)行模擬分析，獲得孔底流場的速度和壓力變化情況。通過對孔底流場的分析，研究出兩種反循環(huán)鉆頭形成反循環(huán)的機(jī)理不同：引射器式反循環(huán)鉆頭形成反循環(huán)是依靠內(nèi)噴孔和底噴孔高速氣流的抽吸作用對孔底和外環(huán)流體進(jìn)行抽吸；封隔器式反循環(huán)鉆頭形成反循環(huán)是依靠封隔套在外環(huán)空的封堵作用迫使流體由中心通道流出孔底。仿真模擬過程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計圖表明，引射器式反循環(huán)鉆頭外環(huán)質(zhì)量流量為正數(shù)，約為入口質(zhì)量流量的20%，對環(huán)空氣流有一定的抽吸作用；封隔器式反循環(huán)鉆頭外環(huán)質(zhì)量流量為負(fù)數(shù)，約為入口質(zhì)量流量的20%，反循環(huán)形成不完全，會有部分正循環(huán)的形成。 （二）在洛陽欒川鉬礦進(jìn)行野外對比試驗，進(jìn)一步研究兩種鉆頭的反循環(huán)機(jī)理。試驗表明，兩種形式的反循環(huán)鉆具都能形成很好的反循環(huán)，在鵝頸彎管處都有大量的巖屑和巖粉高速排出。表明引射器和封隔器對反循環(huán)的形成都有積極的作用。但是在孔口的位置，引射器式反循環(huán)鉆具和封隔器式反循環(huán)鉆具在鉆進(jìn)過程中都會出現(xiàn)返塵的現(xiàn)象。對出現(xiàn)的問題進(jìn)行理論分析：引射器式反循環(huán)鉆進(jìn)出現(xiàn)返風(fēng)是由于鉆頭底噴孔與孔底巖石未能形成良好的引射結(jié)構(gòu)，對外環(huán)流體的抽吸作用下降；封隔器式反循環(huán)鉆進(jìn)出現(xiàn)返塵現(xiàn)象是由于復(fù)雜地層使實際鉆孔直徑增大，外環(huán)空通道過流面積增大導(dǎo)致流動阻力減小，未能將全部的氣體封堵在孔底。 （三）針對仿真模擬中出現(xiàn)的外環(huán)空有正循環(huán)的形成和野外試驗中孔口返風(fēng)的現(xiàn)象，結(jié)合兩種鉆頭的特點，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，設(shè)計出復(fù)式反循環(huán)鉆頭，將引射器的原理和封隔器的原理同時作用在鉆頭上。仿真結(jié)果表明，復(fù)式反循環(huán)鉆頭能夠提高反循環(huán)效果。 （四）對復(fù)式反循環(huán)鉆頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用正交試驗設(shè)計的方法�？茖W(xué)的確定試驗次數(shù)，對試驗結(jié)果進(jìn)行極差和方差分析，分析影響Q環(huán)空的各個參數(shù)的主次順序以及各參數(shù)的最優(yōu)組合水平。復(fù)式反循環(huán)鉆頭的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對反循環(huán)效果影響的主次順序為封隔套的長度L、內(nèi)噴射孔的個數(shù)N、內(nèi)噴孔直徑Dn、內(nèi)噴孔傾斜角度n、內(nèi)噴孔高度H1；而且內(nèi)噴孔的傾斜角度與內(nèi)噴孔的高度的交互作用對復(fù)式反循環(huán)鉆頭的反循環(huán)效果也有重要的影響。對各因素對Q環(huán)空的影響做進(jìn)一步的分析，結(jié)合實際鉆頭設(shè)計，選取最終的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P634.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1490907