大直径冲击钻头的破岩机理及动态响应分析

发布时间：2025-02-08 19:10

　　大直径冲击反循环钻机广泛应用于大口径桩基、井口等的冲击钻进工作,具有排渣速度快、冲击效率高、井壁成型好等优点。但与其配套的冲击钻头在长时间连续工作中,常出现圈层断裂、筋板脱落、焊缝开裂等缺陷,影响了该钻机的进一步推广。钻头冲击钻进岩石的过程非常复杂,影响因素多,通过对钻头破岩理论的分析,研究破岩过程及其影响因素,能够为钻机钻进参数的设定及钻头结构优化提供依据。本文首先就破岩理论的发展及仿真技术在破岩领域的应用进行了介绍,由于理论计算很难考虑众多因素耦合作用影响,随着计算机技术的发展,数值模拟技术为复杂非线性问题的解决提供了可能。利用Ansys与Ls-dyna进行联合仿真,对直径1.6-3m型号的钻头破岩机理进行了分析,结果表明:单次冲击破岩深度依次是石灰岩>砂岩>花岗岩,钻进破岩难度与岩石抗压强度呈正相关;分析了冲击高度对破岩深度的影响,确定了钻头最优提升高度区间为0.8m-1.3m;冲击过程中对其同阶梯和外围单元点的应力情况进行了追踪分析,发现同一阶梯单元应力变化趋势大致相同,外围单元应力变化具有滞后性,且钻头冲击所产生的应力波不会对井壁单元造成失效破坏;分析了钻头冲击花岗...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1压头侵入弹性体赫兹裂纹图

球对脆性材料进行了压入试验：在脆性材料压入点四周产生了裂纹，并且随着压入压力的持续增大，裂纹不断地向外扩展，产生圆锥形状的裂纹，由于初创性的研究发现，这种裂纹也被称为赫兹裂纹，压头侵入弹性体产生的赫兹裂纹如图1.1所示。图1.1压头侵入弹性体赫兹裂纹图Lawn等[2]研究了脆性....

图1.2压头压入岩石示意图

山东建筑大学硕士学位论文3图1.2压头压入岩石示意图Lawn,B.R.Marshall等[5]等通过试验与理论研究提出：弹塑性体断裂的动力主要来源于压头卸载时弹塑性场的残余应力，并推导了侧向裂纹演化与压入载荷大小的表达式。国内东北工学院采矿系岩石破碎研究组[6]在国内较早....

图2.1YCJF-25冲击钻机

本文研究对象为YCJF-25型钻机配套的大直径反循环冲击钻头，该钻机为山东省地质探矿机械厂研发，适用于多种不同地层的钻进工作。由于不同种类岩石所表现出的物理力学性能具有很大差异，因此对岩石进行有效分类，并根据冲击动力学分析，针对不同岩石类型制定不同的钻进参数，有利于提高钻进效率。....

图2.2反循环冲击钻头钻机的主要技术参数如下：钻孔直径：1200mm-2500mm；钻孔深度：80m；

不断的冲击进尺[48,49]。钻机如图2.1所示，钻头如图2.2所示。图2.1YCJF-25冲击钻机图2.2反循环冲击钻头钻机的主要技术参数如下：钻孔直径：1200mm-2500mm；钻孔深度：80m；冲击行程：0.1-1.3m；冲击频率：0-30次/分；主卷扬机提升能力....

本文编号：4031845