新型轻便物探钻机设计与仿真
发布时间：2021-02-11 14:45
黄土塬物探钻孔目前主要采用人工洛阳铲的方式,钻进效率低且耗费人力。为了适应黄土塬地区对勘探钻孔设备的作业要求,本文设计了一种新型轻便物探钻机。该钻机采用空气钻井的原理进行钻孔,无需停钻、无需钻井液,极大地提高了钻进效率。具体研究内容如下:（1）新型轻便物探钻机的整体结构为汽油机+空压机+输气管线+气动马达+钻头。对发动机、空压机、软管、气动马达和钻头进行选型和参数计算。（2）应用ABAQUS软件,对四种刮刀钻头的钻进过程进行仿真,分析确定了正阶梯刮刀钻头。通过正交试验,选取四因素三水平正交表,对9组不同参数钻头进行仿真。由试验结果得到D1B2C1A1为最优钻头结构参数,即刀翼数为2个,刀翼阶梯数为3个,刀尖角为8°,刀翼底刃厚度为2mm。（3）通过FLUENT软件分析了喷嘴角度和喷嘴直径对钻头孔底流场的影响,确定最优喷嘴角度为1°3°、喷嘴直径为5mm。采用DPM模型,通过改变环空入口速度和黄土含水率,进一步研究了空气携带土屑颗粒的能力。（4）通过FLUENT软件对环空气固两相...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的意义
1.2 现有黄土塬地区地震勘探钻孔技术
1.3 轻便钻机国内外研究现状
1.3.1 轻便钻机国内研究现状
1.3.2 轻便钻机国外研究现状
1.3.3 本文设计钻机的优缺点
1.4 论文研究内容及创新点
1.4.1 论文研究内容
1.4.2 论文创新点
第二章 新型轻便物探钻机结构设计
2.1 钻机的结构组成
2.2 动力源设计
2.2.1 发动机的选型
2.2.2 空压机的选型
2.3 传动装置
2.3.1 软管的选型
2.3.2 气动马达选型
2.4 钻头选型
2.4.1 刮刀钻头分类
2.4.2 刮刀钻头运动情况及参数
2.5 本章小结
第三章 钻头参数优选
3.1 刮刀钻头类型选择
3.1.1 几何模型和材料模型
3.1.2 网格划分与接触设置
3.1.3 边界条件与载荷设置
3.1.4 仿真结果分析
3.2 正交试验基本概念
3.3 正交试验设计
3.3.1 明确试验目的,确定试验指标
3.3.2 选因素、定水平,列因素水平表
3.3.3 选择合适的正交表,制定试验方案
3.4 正交试验结果分析
3.4.1 钻进深度分析
3.4.2 Y轴方向最大扭矩分析
3.4.3 最优结构参数的确定
3.5 本章小结
第四章 喷嘴处射流流场分布及携土能力研究
4.1 物理模型建立
4.2 计算域网格划分
4.3 边界条件设置
4.4 仿真结果分析
4.4.1 喷嘴角度对钻头孔底流场的影响
4.4.2 喷嘴直径对孔底流场的影响
4.5 携土能力分析
4.5.1 环空气体入口速度对携土能力的影响
4.5.2 黄土含水率对携土能力的影响
4.6 本章小结
第五章 环空气固两相流动规律数值模拟分析
5.1 环空气固两相流基本控制方程
5.2 物理模型及边界条件
5.2.1 物理模型的建立和网格的划分
5.2.2 边界条件
5.3 环空气固两相流动规律数值模拟分析
5.3.1 环空气固两相流压力分布特征
5.3.2 环空气固两相流速度分布特征
5.3.3 环空气固两相流体积分布特征
5.4 环空流场规律影响因素分析
5.4.1 入口速度对环空流场规律的影响
5.4.2 入口土屑浓度对环空流场规律的影响
5.4.3 入口土屑颗粒直径对环空流场规律的影响
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅钻技术在安徽省浅覆盖区矿产地质调查中的应用[J]. 汪晶. 新疆有色金属. 2018(06)
[2]轻便钻机在黄土塬地区的应用现状及前景[J]. 王毅,赵斌. 机电工程技术. 2017(03)
[3]QDW-50型无水钻机的研究与应用[J]. 彭儒金,戴圣海,邱华,孔中捷. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2012(06)
[4]新型山地钻机的开发与应用[J]. 樊慧文,李玲毓,张向前. 物探装备. 2012(03)
[5]地震勘探钻机的设计[J]. 赵寰宇,杨虎伟. 机械研究与应用. 2012(02)
[6]刮刀钻头喷嘴直径对井底流场的影响研究[J]. 黄志强,周已,李琴,刘少彬,卜艳,闫波. 石油矿场机械. 2009(03)
[7]影响轻便钻机钻进速度问题分析及改进[J]. 何金生,郭晓东,郭金富. 勘察科学技术. 2008(03)
[8]大口径钻井钻压设计探讨[J]. 曹钧,陈昌明. 矿山机械. 2008(07)
[9]QK系列多功能取样钻机的研制[J]. 赵海涛,刘秀美,王汉宝. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2007(09)
[10]我国钻掘设备的发展趋势及几种最新机型[J]. 刘三意,孟庆鸿. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2007(06)
博士论文
[1]月球钻取式采样机构参数优化及可靠性分析[D]. 王丽丽.北京理工大学 2015
[2]气体钻水平井关键技术研究[D]. 温杰文.西南石油大学 2014
[3]JSL-30型卵砾石地层地震勘探孔钻机、钻具及钻进参数检测系统的的研究[D]. 赵大军.吉林大学 2005
硕士论文
[1]复杂地层轻便取样设备的研制[D]. 张乐冲.中国地质大学(北京) 2018
[2]新型轻便旋转式物探钻机总体设计及动力学分析[D]. 王毅.西安石油大学 2017
[3]高压喷射钻井井底流场模拟[D]. 李轩.西南石油大学 2016
[4]双级双转速PDC钻头破岩数值模拟研究[D]. 刘云海.西南石油大学 2015
[5]基于CFD的气体钻井复杂流道流动分析[D]. 陈佳.西南石油大学 2014
[6]大口径卵砾石油压碎石器组合钻具及工艺研究[D]. 薛福堂.中国地质大学（北京） 2011
[7]WT50物探钻机设计与分析[D]. 丛晶日.东北石油大学 2011
[8]新型轻便浅孔取样钻机的研制[D]. 吴浩.中国地质大学（北京） 2009
[9]气体循环介质井底流场数值模拟[D]. 仇恒彬.中国石油大学 2009
[10]轻便快速振动冲击取样机具与钻进工艺的研究[D]. 张志民.中国地质大学（北京） 2007
本文编号：3029270
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.1.1 课题研究的背景
1.1.2 课题研究的意义
1.2 现有黄土塬地区地震勘探钻孔技术
1.3 轻便钻机国内外研究现状
1.3.1 轻便钻机国内研究现状
1.3.2 轻便钻机国外研究现状
1.3.3 本文设计钻机的优缺点
1.4 论文研究内容及创新点
1.4.1 论文研究内容
1.4.2 论文创新点
第二章 新型轻便物探钻机结构设计
2.1 钻机的结构组成
2.2 动力源设计
2.2.1 发动机的选型
2.2.2 空压机的选型
2.3 传动装置
2.3.1 软管的选型
2.3.2 气动马达选型
2.4 钻头选型
2.4.1 刮刀钻头分类
2.4.2 刮刀钻头运动情况及参数
2.5 本章小结
第三章 钻头参数优选
3.1 刮刀钻头类型选择
3.1.1 几何模型和材料模型
3.1.2 网格划分与接触设置
3.1.3 边界条件与载荷设置
3.1.4 仿真结果分析
3.2 正交试验基本概念
3.3 正交试验设计
3.3.1 明确试验目的,确定试验指标
3.3.2 选因素、定水平,列因素水平表
3.3.3 选择合适的正交表,制定试验方案
3.4 正交试验结果分析
3.4.1 钻进深度分析
3.4.2 Y轴方向最大扭矩分析
3.4.3 最优结构参数的确定
3.5 本章小结
第四章 喷嘴处射流流场分布及携土能力研究
4.1 物理模型建立
4.2 计算域网格划分
4.3 边界条件设置
4.4 仿真结果分析
4.4.1 喷嘴角度对钻头孔底流场的影响
4.4.2 喷嘴直径对孔底流场的影响
4.5 携土能力分析
4.5.1 环空气体入口速度对携土能力的影响
4.5.2 黄土含水率对携土能力的影响
4.6 本章小结
第五章 环空气固两相流动规律数值模拟分析
5.1 环空气固两相流基本控制方程
5.2 物理模型及边界条件
5.2.1 物理模型的建立和网格的划分
5.2.2 边界条件
5.3 环空气固两相流动规律数值模拟分析
5.3.1 环空气固两相流压力分布特征
5.3.2 环空气固两相流速度分布特征
5.3.3 环空气固两相流体积分布特征
5.4 环空流场规律影响因素分析
5.4.1 入口速度对环空流场规律的影响
5.4.2 入口土屑浓度对环空流场规律的影响
5.4.3 入口土屑颗粒直径对环空流场规律的影响
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅钻技术在安徽省浅覆盖区矿产地质调查中的应用[J]. 汪晶. 新疆有色金属. 2018(06)
[2]轻便钻机在黄土塬地区的应用现状及前景[J]. 王毅,赵斌. 机电工程技术. 2017(03)
[3]QDW-50型无水钻机的研究与应用[J]. 彭儒金,戴圣海,邱华,孔中捷. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2012(06)
[4]新型山地钻机的开发与应用[J]. 樊慧文,李玲毓,张向前. 物探装备. 2012(03)
[5]地震勘探钻机的设计[J]. 赵寰宇,杨虎伟. 机械研究与应用. 2012(02)
[6]刮刀钻头喷嘴直径对井底流场的影响研究[J]. 黄志强,周已,李琴,刘少彬,卜艳,闫波. 石油矿场机械. 2009(03)
[7]影响轻便钻机钻进速度问题分析及改进[J]. 何金生,郭晓东,郭金富. 勘察科学技术. 2008(03)
[8]大口径钻井钻压设计探讨[J]. 曹钧,陈昌明. 矿山机械. 2008(07)
[9]QK系列多功能取样钻机的研制[J]. 赵海涛,刘秀美,王汉宝. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2007(09)
[10]我国钻掘设备的发展趋势及几种最新机型[J]. 刘三意,孟庆鸿. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2007(06)
博士论文
[1]月球钻取式采样机构参数优化及可靠性分析[D]. 王丽丽.北京理工大学 2015
[2]气体钻水平井关键技术研究[D]. 温杰文.西南石油大学 2014
[3]JSL-30型卵砾石地层地震勘探孔钻机、钻具及钻进参数检测系统的的研究[D]. 赵大军.吉林大学 2005
硕士论文
[1]复杂地层轻便取样设备的研制[D]. 张乐冲.中国地质大学(北京) 2018
[2]新型轻便旋转式物探钻机总体设计及动力学分析[D]. 王毅.西安石油大学 2017
[3]高压喷射钻井井底流场模拟[D]. 李轩.西南石油大学 2016
[4]双级双转速PDC钻头破岩数值模拟研究[D]. 刘云海.西南石油大学 2015
[5]基于CFD的气体钻井复杂流道流动分析[D]. 陈佳.西南石油大学 2014
[6]大口径卵砾石油压碎石器组合钻具及工艺研究[D]. 薛福堂.中国地质大学（北京） 2011
[7]WT50物探钻机设计与分析[D]. 丛晶日.东北石油大学 2011
[8]新型轻便浅孔取样钻机的研制[D]. 吴浩.中国地质大学（北京） 2009
[9]气体循环介质井底流场数值模拟[D]. 仇恒彬.中国石油大学 2009
[10]轻便快速振动冲击取样机具与钻进工艺的研究[D]. 张志民.中国地质大学（北京） 2007
本文编号：3029270
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