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多孔环隙喷射式反循环钻头结构设计及试验研究

关晓琳  
【摘要】:随着科技的发展与社会的进步,矿产资源对人类社会的生存和发展将越来越重要,因此对矿产资源的勘探在此时就起着举足轻重的作用。目前贯通式潜孔锤反循环连续取样技术由于其诸多优点正逐渐被钻探工作者们认可和广泛使用,这种技术不但能克服各种难钻探的复杂地层,而且岩心取出率高、并且岩心质量好、污染小。在此系统中,特定的反循环钻头是影响反循环效果的最根本因素,因此,想要在钻进中取得更快更好的效果,不断完善优化反循环钻头结构尤为重要。 本文综合形成反循环的各种因素,并针对气动潜孔锤中空的结构特点,在原有引射器的基础上,设计出几种新型的反循环钻头结构,旨在提高反循环效果,减少岩屑与孔壁的接触,进而提高岩屑的纯度和钻进的效率,使在复杂地层中钻进的钻进水平得到进一步提高。 首先,分析了研究反循环钻头结构的必要性,并考虑阻碍和促进形成反循环的各种因素,并在原有引射器原理上设计出多孔环隙喷射式反循环钻头结构等几种结构,并对其原理和结构做初步介绍。 其次,为确定各结构参数对反循环效果的影响,研究设计了反循环钻头压缩气体流动模拟实验台,并运用正交试验原理与EFD流场分析软件对设计出的新结构分别进行数学试验和仿真模拟分析,分别考查环空间隙Ls、内喷孔直径DE、内喷孔层数m、内喷孔高度HE、喷嘴直径DN、底喷孔混合段直径DT、喷嘴与底喷孔接收段入口距离LNT、底喷孔接收段收缩角θc、扩压槽深度LD、扩压槽仰角e D、入口空气体积流量Qv、中心通道背压Pcen等因素对代表反循环效果的环空质量流量M环影响的变化规律。初步推断出各因素对反循环效果影响的主次顺序,为后续实体试验的考察提供理论基础。 最后,首先根据正交原理编排方案进行多因素室内实物试验,考查新结构的可行性及各结构参数对环空质量流量的影响规律,并对大量的试验数据进行优选和剔除,最终找出适合反循环钻进的最优结构组合。然后再用优选出的最优解构钻头结构进行单因素试验,考查入口空气体积流量Qv、中心通道背压Pcen等等单因素对循环效果的影响规律,为实际钻进作业提供参考,并为此结构的推广与应用提供理论基础。 另外,本文还在此结构的基础上设计了导流罩式和纯抽吸式反循环结构,并且也对这两种结构作了简要的理论分析与试验研究,为今后反循环钻头的发展提供了正确的方向和指引。


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