孕鑲金剛石鉆頭是深層礦產資源和油氣資源勘探項目中最為重要的破巖工具之一,但在鉆進特殊的硬巖地層時具有一定的局限性。如在鉆進強研磨性地層時鉆頭會出現(xiàn)過度磨損現(xiàn)象,在鉆進弱研磨性地層時會因胎體磨損較慢金剛石不能及時露出而鉆頭打滑現(xiàn)象。為了預防這些現(xiàn)象的產生,除了提高鉆頭自身材料性能和優(yōu)化結構外,還可通過利用物理或化學手段弱化巖石從而達到快速鉆進的效果,目前研究熱點主要集中在利用熱能如火焰噴射、激光等手段直接鉆進或間接輔助機械能鉆進,但這種方式能源消耗大,成本極高,尚處于實驗室研究階段。本文通過在孕鑲金剛石鉆頭胎體嵌入摩擦元件,使鉆頭破碎巖石時在孔底產生更高的摩擦熱作為熱源弱化巖石性能,不僅可以降低能源消耗、充分提高孔底能量利用率,還能實現(xiàn)在堅硬巖層中更為高效的鉆進。本文首先對孕鑲金剛石鉆頭在孔底破巖的過程及生熱過程進行了介紹與分析,研究鉆頭唇面與巖石作用時摩擦熱能的產生機理,即來自于鉆頭唇面與接觸巖石表面的彈性和塑性形變。分析相關數(shù)據(jù)表明,巖石受熱表面在受到溫度波動變化時,溫度波動僅出現(xiàn)在極為接近巖石受熱表面的深度范圍內,定義處于這段深度的巖石層為巖石溫度敏感層。在溫度敏感層中會發(fā)生劇烈的...

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【學位級別】：碩士

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中文摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 硬巖鉆進用孕鑲金剛石鉆頭國內外現(xiàn)狀
        1.2.2 利用熱能方式碎巖的國內外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內容
第二章 熱-機碎巖鉆頭結構設計
    2.1 孕鑲金剛石鉆頭的孔底工作過程
        2.1.1 孕鑲金剛石鉆頭孔底碎巖過程
        2.1.2 孕鑲金剛石鉆頭孔底生熱過程
        2.1.3 孕鑲金剛石鉆頭與巖石的接觸面溫度研究
    2.2 熱-機碎巖鉆頭結構設計
        2.2.1 水口結構參數(shù)設計
        2.2.2 鉆頭唇面結構設計
    本章小結
第三章 熱-機碎巖孕鑲金剛石鉆頭材料選擇與鉆頭制備
    3.1 熱-機碎巖鉆頭材料選擇
        3.1.1 摩擦元件材料選擇
        3.1.2 胎體材料選擇
    3.2 含摩擦元件的胎體試樣制備及性能測試
        3.2.1 石墨模具的設計
        3.2.2 胎體材料裝料計算
        3.2.3 胎體試樣制備
        3.2.4 胎體力學性能測試
    3.3 熱-機碎巖孕鑲金剛石鉆頭的制備
        3.3.1 鉆頭結構設計
        3.3.2 鉆頭制備
    本章小結
第四章 室內鉆進實驗
    4.1 試驗用巖石加熱冷卻后力學性能測試
        4.1.1巖石試樣加熱冷卻實驗
        4.1.2 巖石試樣力學性能測試
        4.1.3 巖石薄片分析
    4.2 室內鉆進實驗
        4.2.1 實驗設備與材料準備
        4.2.2 試驗方法
        4.2.3 實驗結果與分析
    本章小結
第五章 結論與建議
    5.1 結論
    5.2 建議
參考文獻
作者簡介及科研成果
致謝



本文編號：3867623