地质深孔电动顶驱钻进系统的研究与应用
[Abstract]:The working characteristics of the drilling system determine the efficiency, safety, core quality and economic benefits of drilling operations. In recent years, with the development of solid mineral resources exploration towards deep holes, the conventional vertical axis, power head, rotary table and vertical axis rotary table integrated drilling systems are difficult to meet the requirements of deep geological drilling core operations, drilling in. There are some limitations in capability, construction efficiency, risk control and process adaptability. In this paper, a geological deep hole electric top drive drilling system is designed to meet the requirements of large diameter deep hole wire-line coring technology. According to the theory of string mechanics, tribology and fluid mechanics, the friction torque model between drill string and borehole wall, the friction resistance model between drill string and borehole wall, and the circulation pressure model of flushing fluid are established. The mechanical model of each stage is analyzed, which provides a reference for the driving and controlling of hoisting, feeding and rotating in the following large-bore deep-hole wire-line coring operation. On the basis of the driving characteristics of various core drilling rigs, such as type I, rotary table type and top drive type, it is determined that the new type of geological deep hole drilling rig adopts the overall drilling system scheme of frequency conversion direct-drive winch system, main motor lifting and small motor feeding integrated winch system. Based on mechanism theory, the main shaft, guide rail, back clamp bearing assembly, crane, chuck, automatic drilling and control system of the variable frequency direct drive roof drive system are designed. Based on the finite element analysis of force-transfer and brake-transfer, the basic basis of design and checking is determined. The coupling model of top drive and guide rail, the action process of top drive swing mechanism and the mechanical model of cruise hoisting system are simulated and analyzed by ADAMS software. Aiming at the large diameter thin-walled wire-rope coring drill pipe, the slope climbing back clamp, the new hydraulic lifting clip and the automatic chuck used in the geological deep hole are innovatively designed. The problem of automatic screwing and unloading of the high position in the drilling system is solved, and the horizontal wire-rope drill pipe is realized. Effective clamping, safe lifting and automatic operation. By optimizing loading mode, diameter, side opening form and operation mode, the adaptability of multi-diameter wire-line coring drill pipe operation is improved. The efficiency, reliability and safety of auxiliary operation of top drive drilling system are improved through action test. XD35DB top drive drilling system is manufactured. The prototype, combined with the implementation of the 2818m deep P-bore coring project (hole CUSD-1), is used to verify the new electric top drive system and the large-bore deep-bore coring technology. It breaks through the limitation of the traditional geological drilling system and embodies the integration of powerful drilling ability and the applicability of diamond core drilling technology, especially in the prevention of accidents in deep holes, inclination and sag protection, torque monitoring and protection of drilling tools and other aspects. This paper studies a new type of geological drilling variable frequency top drive and its auxiliary operation. The system has laid a good foundation for further research and application.
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P634.5
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,本文编号:2195820
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