深孔地质岩心钻探用变频电驱动泥浆泵的研究与应用

发布时间：2020-08-25 20:53

【摘要】：泥浆泵是地质岩心钻探中的关键设备之一,被誉为钻探装备的“心脏”,其性能的优劣,将直接影响钻探施工的质量、效率、成本和安全性。近年来,随着深孔地质岩心钻探地层的复杂性和施工工艺的多样化以及数字化、智能化井场建设的发展,传统BW系列泥浆泵存在性能参数工艺匹配性差、结构设计复杂、易损件使用寿命短、操控和维修不便、参数无法准确监控等问题。本文以满足深孔地质岩心钻探工艺为目标,设计研制了新型变频电驱动泥浆泵——BW-300/16DB型泥浆泵,采用理论计算分析、计算机辅助设计和试验研究相结合的方法,对其工作特性和优势进行了分析研究。根据深孔地质岩心钻探实际工况需要,运用流体力学有关流体运动阻力的相关计算理论和泥浆循环压力模型,对小口径深孔绳索取心钻探过程中,孔内所需泥浆的流量和压力进行了分析计算,为泥浆泵性能参数设计提供了工况依据。根据深孔地质岩心钻探工艺对泥浆泵性能的要求,在对传统泥浆泵结构性能和调速方式进行对比分析的基础上,采用变频调速技术,将传统BW-300/16型泥浆泵全面升级为BW-300/16DB型泥浆泵,实现了泥浆泵工作点之间的无级调节,增加了可工作区域。依据新型泥浆泵整体技术方案,通过对调速系统、控制系统、整机结构以及易损零部件阀、缸套、活塞皮碗等方案的研究和改进设计,运用Autodesk Inventor(2012)三维设计软件完成了虚拟样机的改进设计,并对曲轴、连杆、十字头等关键零部件进行了应力分析,提高了设计的可靠性,提升了泥浆泵综合性能和工作效率。制造出了BW-300/16DB型变频电驱动泥浆泵实物样机,通过泥浆泵试验台型式试验和黔地4井钻探工程试验的实施,对所设计研制的新型变频电驱动泥浆泵综合性能进行了实践验证。通过初步的试验验证,变频电驱动泥浆泵在工艺参数匹配性、人机控制、易损件寿命、运转能耗等方面突破了传统泥浆泵功能的局限性,体现了与深孔地质岩心钻探工艺适用性和装备发展趋势相融合的功能优势。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P634
【图文】：

了钻机的技术水平，改善了其操控性能，更重了钻探施工的效率和质量[3]。变频电驱动泥浆等方面具有较大优势，是全面适应目前深孔地势，对推动我国泥浆泵技术升级换代，促进地实意义。泵发展现状心钻探中的关键设备之一，被誉为钻探装备的能的水力机械[5]，其主要作用是在地质钻探施保持循环。

非开挖管道钻进施工的液压马达驱动或直接由液压油缸驱动的泥浆泵（如图1.1所示），但要将此类泵应用于地质岩心钻探施工具有一定的局限性。1.2.1 国外发展概况目前，三缸单作用泥浆泵在国外得到了广泛研究和使用。国外对泥浆泵的研究较早，技术领先、产品规格系列齐全，美国的泥浆泵研制水平领先于其他国家[8]。相对于其他行业，国内外用于地质钻探行业的泥浆泵大都冲次高、体积小、重量轻。

发展概况地质钻探用泥浆泵经历了引进、仿制到自主设计、自行制造的二十世纪六十年代，我国地质钻探用泥浆泵从前苏联引进[13]地质部直属工厂历经仿制、自行生产设计等阶段，生产的 BW、表 1.1 所示）逐步保障了我国地质勘探行业的需要。之后，内雨后春笋般发展起来的地质钻探用泥浆泵制造企业基本上都的产品，直到今天，我国地质钻探用泥浆泵都没有发生根本性探用泥浆泵生产厂家主要有衡探、雷克、中探、同方等，其生足我国地质钻探行业的需要，并大量出口。

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本文编号：2804189