【摘要】：隨著鉆探技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視,對(duì)于鉆探設(shè)備、工具的要求也越來越高,聲波鉆進(jìn)技術(shù)因具有鉆進(jìn)速度快、適應(yīng)地層廣和環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn),近年來得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)振動(dòng)器質(zhì)量(不包括通過隔振器連接的回轉(zhuǎn)器部分)對(duì)慣性邊界聲波鉆柱動(dòng)力學(xué)特性和振動(dòng)響應(yīng)的影響,以及聲波鉆鉆柱疲勞損傷的問題,開展了理論研究工作,具體研究?jī)?nèi)容如下:一、建立了慣性邊界聲波鉆柱動(dòng)力學(xué)微分方程,采用數(shù)學(xué)分析方法求解慣性邊界聲波鉆柱的固有頻率方程得到其近似解通式,并分析討論了振動(dòng)器質(zhì)量、鉆柱長(zhǎng)度、鉆柱密度和截面積等系統(tǒng)參數(shù)對(duì)鉆柱的固有頻率的影響。二、采用分離變量法求解慣性邊界聲波鉆柱動(dòng)力學(xué)微分方程,得到慣性邊界聲波鉆柱的穩(wěn)態(tài)位移、應(yīng)力響應(yīng);分析了振動(dòng)器質(zhì)量對(duì)慣性邊界聲波鉆柱位移、應(yīng)力響應(yīng),以及鉆頭位移幅值、鉆柱頂端振動(dòng)器與鉆柱耦合處應(yīng)力幅值的影響。三、聲波鉆利用鉆柱高頻共振實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)時(shí),鉆柱內(nèi)的高頻交變應(yīng)力容易引起鉆柱疲勞損傷,通過對(duì)聲波鉆行波與駐波振動(dòng)階段鉆柱內(nèi)應(yīng)力分析,基于疲勞累積損傷法則,建立了鉆柱疲勞損傷計(jì)算公式;聲波鉆柱內(nèi)的疲勞損傷區(qū)段在靠近鉆頭處不超過駐波起振長(zhǎng)度的范圍內(nèi)。通過以上研究,有利于精確控制聲波鉆機(jī)淺孔鉆進(jìn)時(shí)鉆柱的振動(dòng)頻率,提高鉆進(jìn)效率與聲波鉆進(jìn)機(jī)具及鉆桿的使用壽命,指導(dǎo)聲波鉆機(jī)設(shè)計(jì)和聲波鉆進(jìn)生產(chǎn)實(shí)踐;同時(shí)聲波鉆鉆柱疲勞損傷計(jì)算方法也為受對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用的鉆柱疲勞壽命估算提供了理論參考。
[Abstract]:With the development of drilling technology and the increasing attention to environmental protection, the requirements for drilling equipment and tools are becoming higher and higher. Acoustic drilling technology has the advantages of fast drilling speed, wide adaptability to formation and less environmental pollution. In recent years, it has been rapidly developed and widely used. In this paper, the influence of vibrator mass (not including the rotary part connected by the isolator) on the dynamic characteristics and vibration response of the inertial boundary acoustic drill string and the fatigue damage of the acoustic drill string are studied theoretically. The specific research contents are as follows: first, the dynamic differential equation of inertial boundary acoustic drill string is established, and the approximate general solution of the natural frequency equation of inertial boundary acoustic drill string is obtained by using mathematical analysis method, and the vibrator mass is analyzed and discussed. The influence of system parameters such as drill string length, drill string density and cross section area on the natural frequency of drill string. Secondly, the dynamic differential equation of inertial boundary acoustic drill string is solved by the method of separating variables, the steady displacement and stress response of inertial boundary acoustic drill string are obtained, and the response of vibrator mass to displacement and stress of inertial boundary acoustic drill string is analyzed. The effects of drill displacement amplitude and stress amplitude at the coupling of drill string top vibrator and drill string are also discussed. Third, when the high frequency resonance of drill string is used to realize the rapid drilling, the high frequency alternating stress in the drill string can easily cause fatigue damage of the drill string. By analyzing the internal stress of the drill string in the vibration stage of the acoustic drilling wave and standing wave, the fatigue cumulative damage rule is based on. The formula for calculating fatigue damage of drill string is established, and the fatigue damage section of sonic drill string is within the range of standing wave vibration initiation length near the drill bit. Through the above research, it is advantageous to accurately control the vibration frequency of drill string during shallow hole drilling of sonic drilling rig, to improve drilling efficiency and the service life of acoustic drilling machine and drill pipe, and to guide the design of sonic drilling rig and the production practice of sonic drilling. At the same time, the fatigue damage calculation method of sonic drill string also provides a theoretical reference for the fatigue life estimation of drill string subjected to symmetrical cyclic stress.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P634

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉巨保,丁皓江,張學(xué)鴻;間隙元在鉆柱瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中的應(yīng)用[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2002年04期

2 范慕輝;焦永樹;蔡宗熙;;斜井中鉆柱的穩(wěn)定性研究[J];工程力學(xué);2007年01期

3 談梅蘭;甘立飛;王鑫偉;;斜直井內(nèi)鉆柱的非線性螺旋屈曲[J];工程力學(xué);2007年S2期

4 姜麗紅;談梅蘭;;端部約束對(duì)鉆柱正弦屈曲的影響[J];工程力學(xué);2010年12期

5 胡以寶;狄勤豐;王文昌;趙域棟;陳鋒;王明杰;;石油鉆柱的動(dòng)態(tài)安全評(píng)價(jià)分析方法[J];工程力學(xué);2012年11期

6 任福深;姚志剛;;受壓旋轉(zhuǎn)鉆柱非線性動(dòng)力學(xué)與分叉研究[J];工程力學(xué);2013年10期

7 劉延強(qiáng);旋轉(zhuǎn)鉆柱環(huán)空動(dòng)力學(xué)問題的研究[J];計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)及其應(yīng)用;1993年03期

8 高寶奎，，高德利;耦合振動(dòng)對(duì)鉆柱疲勞的影響[J];石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1996年05期

9 談梅蘭;王鑫偉;吳光;;三維曲井內(nèi)鉆柱的接觸非線性有限元分析[J];工程力學(xué);2006年06期

10 孟慶華;劉清友;;氣體鉆井鉆柱氣固耦合橫向振動(dòng)的數(shù)學(xué)建模與求解[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 焦永樹;蔡宗熙;嚴(yán)宗達(dá);;鉛垂井段鉆柱在浮重作用下的靜力分岔分析[A];第七屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅰ卷）[C];1998年

2 狄勤豐;王文昌;胡以寶;張小柯;;鉆柱動(dòng)力學(xué)研究及應(yīng)用進(jìn)展[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

3 李麗娟;張娜;張青峰;焦永樹;;鉛垂井段兩端固支鉆柱屈曲的理論與數(shù)值分析[A];第19屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅰ冊(cè)）[C];2010年

4 朱潤(rùn);隋允康;;斜井中鉆柱復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[A];北京力學(xué)會(huì)第15屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2009年

5 焦永樹;蔡宗熙;嚴(yán)宗達(dá);;鉛垂井段鉆柱(鉸—固模型)的靜力屈曲[A];第八屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

6 談梅蘭;甘立飛;王鑫偉;;斜直井內(nèi)鉆柱的非線性螺旋屈曲[A];第16屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅰ冊(cè)）[C];2007年

7 吳澤兵;羅宇義;鄭興華;;鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真[A];'2003系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2003年

8 祝效華;賈彥杰;;鉆柱動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展及其應(yīng)用[A];機(jī)械動(dòng)力學(xué)理論及其應(yīng)用[C];2011年

9 胡以寶;狄勤豐;姚建林;姚永漢;陳鋒;;超深井鉆柱的動(dòng)力學(xué)特性分析[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

10 王曉陽;張青峰;焦永樹;;波動(dòng)鉆壓激勵(lì)下斜井段鉆柱運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[A];第19屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅰ冊(cè)）[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王明杰;超深井鉆柱動(dòng)力學(xué)特性分析及動(dòng)態(tài)安全性評(píng)價(jià)[D];上海大學(xué);2016年

2 韓春杰;深水平臺(tái)鉆井鉆柱耦合振動(dòng)及模擬分析[D];大慶石油學(xué)院;2010年

3 劉峰;定向井中鉆柱非線性穩(wěn)定性分析[D];南京航空航天大學(xué);2005年

4 談梅蘭;三維曲井內(nèi)鉆柱的雙重非線性靜力有限元法[D];南京航空航天大學(xué);2005年

5 李茂生;小環(huán)空條件下鉆柱動(dòng)力學(xué)及可靠性研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2007年

6 胡以寶;基于實(shí)際井眼軌跡的鉆柱動(dòng)力學(xué)特性有限元分析[D];上海大學(xué);2011年

7 劉延鑫;考慮流固耦合的鉆柱動(dòng)力學(xué)研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2014年

8 廖輝;超深水超深鉆井作業(yè)鉆柱三維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

9 邵冬冬;水平井眼中鉆柱動(dòng)力學(xué)特性分析[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2013年

10 李文飛;直井鉆柱安全可靠性分析方法研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 肖京;聲波鉆鉆柱疲勞損傷及其慣性邊界的耦合特征研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京);2017年

2 代曉東;最優(yōu)化理論求解鉆柱接觸非線性問題[D];大慶石油學(xué)院;2005年

3 王雪剛;鉆柱非線性耦合振動(dòng)模型研究[D];東北石油大學(xué);2012年

4 賈宏亮;短距離鉆柱聲波通訊技術(shù)研究[D];西安石油大學(xué);2015年

5 朱智翔;鉆柱渦動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)研究[D];燕山大學(xué);2015年

6 王志剛;鉆柱自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)和徑向運(yùn)動(dòng)誘發(fā)牛頓流體流動(dòng)的流場(chǎng)分析[D];燕山大學(xué);2015年

7 諶容;智能鉆柱中傳輸線通信系統(tǒng)模型仿真研究[D];西南石油大學(xué);2014年

8 張海莉;深井鉆柱振動(dòng)縱向動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律研究[D];東北石油大學(xué);2015年

9 程世平;深水鉆井平臺(tái)鉆柱自動(dòng)化處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D];青島科技大學(xué);2015年

10 趙荔;石油鉆井鉆柱在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2164781