本文選題：繩索取芯 + 鉆具　； 參考：《湖南科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：繩索取芯鉆具是鉆機(jī)研制的關(guān)鍵部件之一,相較于普通雙管鉆具,它有著作業(yè)效率高、勞動成本低等一系列優(yōu)勢。但到目前為止,我國所研制的海底巖芯鉆機(jī)都采用的是普通雙管取心鉆具,隨著海底巖芯鉆機(jī)鉆深能力的不斷提升,海底繩索取芯鉆具研究與開發(fā)具有重要意義且十分迫切。本文根據(jù)國內(nèi)外繩索取芯鉆具的標(biāo)準(zhǔn)系列和結(jié)構(gòu)形式以及鉆具需要鉆進(jìn)的地層,研究設(shè)計(jì)了一套海底繩索取芯鉆具,并進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)。全文主要研究工作如下:(1)分析了現(xiàn)有繩索取芯鉆具的功能特點(diǎn)、整體結(jié)構(gòu),根據(jù)所研發(fā)鉆機(jī)的勘探目標(biāo),明確了鉆進(jìn)方法,確定了繩索取芯鉆具整體結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求與鉆桿長度、根數(shù)等參數(shù),形成了海底繩索取芯鉆具整體設(shè)計(jì)方案。(2)根據(jù)國內(nèi)外較成熟的繩索取芯鉆具結(jié)構(gòu)和所確定的整體方案,開展了彈卡定位機(jī)構(gòu)、到位報(bào)信機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、巖芯卡取機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并確定了相應(yīng)零部件尺寸。同時(shí)對鉆頭的水路、唇面形狀等進(jìn)行了分析,使所研制鉆頭更加適用于海底復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境。(3)基于Ansys軟件,對鉆具鉆進(jìn)過程中常常發(fā)生破壞的零部件如懸掛機(jī)構(gòu)、鉆桿螺紋接頭等進(jìn)行了靜力學(xué)分析,研究了不同參數(shù)對它們強(qiáng)度的影響,依據(jù)分析結(jié)果合理的選取了相關(guān)尺寸。開展了鉆柱模態(tài)分析,結(jié)果表明在鉆孔深度較淺的情況下,相比于扭轉(zhuǎn)和縱向振動,橫向振動更容易引起鉆柱共振。同時(shí)得到了幾個(gè)在鉆進(jìn)過程中應(yīng)當(dāng)避免的轉(zhuǎn)速,為鉆進(jìn)參數(shù)的選取提供了理論指導(dǎo)。對新型底噴式鉆頭和普通底噴式鉆頭流場進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證了新型底噴式鉆頭沖洗性能的優(yōu)越性。(4)針對鉆頭水眼易破壞這一現(xiàn)象,運(yùn)用響應(yīng)曲面法建立了水口處尺寸與水眼最大應(yīng)力之間的數(shù)學(xué)模型,采用遺傳算法對水眼處最大應(yīng)力進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后水眼處最大應(yīng)力降低16%。(5)依托海底60m多用途鉆機(jī),在湖南科技大學(xué)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了室內(nèi)鉆進(jìn)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,鉆具各機(jī)構(gòu)配合良好,運(yùn)行穩(wěn)定,取芯完整度高,達(dá)到了本套海底繩索取芯鉆具設(shè)計(jì)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)與功能。
[Abstract]:Rope cored drilling tool is one of the key parts of drilling rig. Compared with common double-pipe drilling tool, it has a series of advantages, such as high working efficiency and low labor cost. But up to now, the submarine core-drilling rig developed in our country adopts the common double-pipe coring drilling tool. With the continuous improvement of the drilling depth of the submarine core-drilling rig, the research and development of the submarine rope core-drilling tool is of great significance and is very urgent. According to the standard series and structure of rope core-drilling tools at home and abroad as well as the formation which drilling tools need to be drilled, a set of submarine rope core-drilling tools is designed and tested in laboratory in this paper. The main research work of this paper is as follows: (1) the functional characteristics and the overall structure of the existing rope core-drilling tools are analyzed. According to the exploration targets of the drilling rig developed, the drilling method is defined and the integral structure of the rope core-taking drilling tool is determined. Technical requirements and parameters such as drill pipe length, root number, etc., forming the overall design scheme of submarine rope core-drilling tool. (2) according to the mature structure of rope core-drilling tool at home and abroad and the determined overall scheme, the pintle positioning mechanism is developed. The structure design of message delivery mechanism, suspension mechanism, regulating mechanism, core card mechanism and so on, and the dimensions of the corresponding parts are determined. At the same time, the water path and lip shape of the drill are analyzed, which makes the developed bit more suitable for the complicated geological environment on the bottom of the sea. Based on Ansys software, it can destroy the parts of drilling tool such as suspension mechanism. The influence of different parameters on the strength of drill pipe threaded joints was studied by statics analysis. According to the analysis results, the relevant dimensions were reasonably selected. The modal analysis of drill string shows that the lateral vibration is more likely to cause drilling string resonance than that of torsion and longitudinal vibration in the case of shallow drilling depth. At the same time, several rotational speeds which should be avoided in the drilling process are obtained, which provides theoretical guidance for the selection of drilling parameters. The flow field of new type bottom jet bit and common bottom jet type bit is compared and analyzed, which verifies the superiority of the new type bottom jet bit in washing performance. (4) aiming at the phenomenon that water hole of drill bit is easy to destroy, the flow field of new type bottom jet bit is compared with that of common bottom jet bit. The mathematical model between the size of the nozzle and the maximum stress of the water hole is established by using the response surface method. The maximum stress of the water hole is optimized by genetic algorithm. After the optimization, the maximum stress of the water hole is reduced by 16.6%) and the maximum stress of the water hole is reduced by 16.5%, which relies on the 60m multi-purpose drilling rig under the sea floor. An indoor drilling test was carried out in the laboratory of Hunan University of Science and Technology. The test results show that the drilling tools have good coordination, stable operation and high coring integrity, and reach the technical targets and functions stipulated in the design of this set of submarine rope coring drilling tools.
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P634.4

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本文編號：2039301