棘爪式可伸缩水力开采钻具研究与应用

发布时间：2020-06-15 23:49

【摘要】：能源是人类生存与发展的重要物质基础,是影响经济持续、快速发展的重要因素,是现今社会瞩目的焦点。随着世界经济的飞速发展,能源需求与日俱增,常规油气资源储量越来越少。油页岩作为非常规能源,资源储量巨大,超过世界石油可采储量的一半以上。我国油页岩资源仅次于美国,开发利用前景广阔,当前油页岩开采的主要方式为露天开采和地下巷道开采,大体上讲现有的油页岩开采方式建设周期长、开采成本高,对矿区生态环境造成严重污染。钻孔水力开采技术利用穿越矿层的钻孔及配套钻具实现矿石的开采,无地下人工作业,安全性提高,同时,矿区建设周期短,对矿区生态环境的影响小,特别是薄矿层及低品位矿藏开采优势巨大。钻孔水力开采利用孔内钻具产生的高压水射流破碎孔壁矿石,钻具开采半径是影响钻孔水力开采成本的关键因素。传统水力开采钻具高压喷嘴位置相对固定,受高压水射流碎岩能力限制,开采半径较小,造成水力开采前期准备工作量大、成本高等问题。基于此,需要对可伸缩式水力开采钻具进行深入的研究。本文通过分析高压水射流技术参数、矿浆提升需求、钻具设计要求及工作环境,设计研制可伸缩水力开采钻具,对加工完成的钻具进行可靠性试验验证工作,为钻孔水力开采技术的推广应用提供重要的支撑。论文主要研究内容及得到的结论如下:1.通过分析曲柄滑块机构、棘爪齿条机构的工作原理及特性,提出了以棘爪齿条为伸缩控制机构的可伸缩水力开采钻具设计方案,并运用Auto CAD和Solid Works建立钻具模型。2.分析钻孔水力开采钻具的结构特征,通过理论计算与仿真分析确定钻具各部件结构尺寸,对钻具中的水枪臂收放机构进行设计,设计水枪臂张开角度满足实际工况,通过计算最终确认工作半径,通过力学计算设计确认水枪臂在最大工作半径时整体的受力情况,同时在极限位置校核水枪臂的受力是否满足变形量要求。对棘爪自锁机构进行了结构设计,从材料,机械工作原理,生产加工方面逐一进行分析计算,同时设计棘爪解锁机构,使棘爪机构能够更真实的满足实际工作需要,切合实际使用。最后对水流通道与整体结构进行分析与设计,通过设计导向杆与排渣管形成三角形结构从而在强度与稳定性上得到加强,使滑块组件能够更稳定的工作。通过最终计算校核满足钻具的实际使用,同时校核曲柄滑块机构的可行性与可靠性。在以上研究成果的基础上,完成了零件加工图纸及整体装配图纸的绘制。3.根据设计要求编制钻具的试验方案,对加工完成的可伸缩水力开采钻具进行野外试验,主要测试钻具的伸缩、定位、解锁及高压水流通道密封等性能,结果表明可伸缩水力开采钻具喷嘴径向伸出距离可达3m,各机构能够安全可靠的工作,有效完成伸缩、定位及到位解锁工作,高压水流通道在10Mpa压力下未发生泄漏。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE92
【图文】：

我国油页岩资源分布图

图 1.4 钻孔水力开采示意图开采技术最早出现在上世纪初的欧美地区，多用于固体矿物的发展至今，前南斯拉夫、津巴布韦、哈萨克斯坦、美国、英国等多个国家都积极开发钻孔水力采矿技术，将其运用于铁矿、黏土矿、石英砂、砂岩等矿产的开采，长时间的试验和生产过

【参考文献】

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本文编号：2715180