深部繩索取心鉆具到位報(bào)信機(jī)構(gòu)的研究

深部繩索取心鉆具到位報(bào)信機(jī)構(gòu)的研究為增加礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量,深部找礦成為必然,而深部鉆探是深部礦床資源勘查的最直接手段。近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,提升了對(duì)上游資源的需求,帶動(dòng)了地勘事業(yè)迅速發(fā)展,也促進(jìn)了勘探技術(shù)的發(fā)展,由于淺部資源已面臨枯竭,地質(zhì)勘探逐漸的由淺部向深部延伸。在深部鉆探施工中,金剛石繩索取心鉆探方面的應(yīng)用越來越多。金剛石繩索取心鉆進(jìn)是一種無需頻繁提鉆的鉆進(jìn)工藝,在深部的鉆探工程中會(huì)擁有著更多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但隨著鉆孔深度的增加,現(xiàn)有繩索取心鉆具也逐漸地顯露出一些不足和缺陷,主要體現(xiàn)在:到位報(bào)信機(jī)構(gòu)不能自動(dòng)調(diào)整復(fù)位、靈敏度低;雖然在繩索取心鉆具內(nèi)管總成的投放過程中,可以通過傾聽繩索取心鉆具內(nèi)管總成投放到位后金屬的撞擊聲,來判斷投放是否到位,但在深孔鉆進(jìn)時(shí),撞擊聲衰減至極弱,已不能通過撞擊聲來判斷內(nèi)管總成何時(shí)投放到位,這給現(xiàn)場的鉆探生產(chǎn)帶來了很大的不確定性,導(dǎo)致在深孔鉆進(jìn)中不能準(zhǔn)確報(bào)信。這些問題不僅增加了鉆進(jìn)輔助時(shí)間,甚至?xí)绊懙姐@探的安全生產(chǎn)。現(xiàn)有技術(shù),繩索取心鉆具上,具有到位報(bào)信的機(jī)構(gòu),由片狀的閥堵以及掛簧、壓簧和定位彈簧等組成,但在實(shí)際使用時(shí),時(shí)常出現(xiàn)憋泵、吸附、抽吸等問題,致使鉆進(jìn)無法正常進(jìn)行;另一種用鋼球和彈簧組成的一種到位報(bào)信機(jī)構(gòu),使用時(shí)能夠起到位報(bào)信的作用,但這種結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定的壓力損失。所以,在進(jìn)行繩索取心金剛石鉆進(jìn)時(shí),均不使用上述到位報(bào)信機(jī)構(gòu),現(xiàn)有的繩索取心鉆具在結(jié)構(gòu)上也都進(jìn)行了簡化,剔除了上述的到位報(bào)信機(jī)構(gòu),通常在500米以內(nèi)的鉆孔,一般都是通過傾聽內(nèi)管總成投放到位后的金屬撞擊聲來確定是否投放到位,超過500米的鉆孔是依據(jù)繩索內(nèi)管總成投放的速度,來估算投放到位的時(shí)刻。針對(duì)上述問題,本文采用流體力學(xué)理論、水擊理論對(duì)深部鉆探繩索取心鉆具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與優(yōu)化,采用有限元仿真模擬了繩索取心鉆具內(nèi)管總成的投放及到位報(bào)信機(jī)構(gòu)的工作過程,解決了深部鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題,確保了深部鉆探的安全生產(chǎn)。對(duì)于深部鉆探高效鉆進(jìn)和安全生產(chǎn)具有實(shí)際意義。論文主要的研究成果如下:(1)對(duì)深部繩索取心鉆具到位報(bào)信機(jī)構(gòu)進(jìn)行了全面的理論分析。采用流體力學(xué)理論分析對(duì)活動(dòng)閥堵處沖洗液流動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)平衡狀態(tài)、阻力以及能量問題進(jìn)行平衡方程,沿程阻力、局部阻力和沿程能量損失、局部能量損失從而得到內(nèi)管總成投放到位時(shí)的總阻力和總能量損失的研究,并結(jié)合水擊理論進(jìn)行理論對(duì)內(nèi)管到位時(shí)產(chǎn)生的水擊壓力進(jìn)行理論分析,得出內(nèi)管總成的運(yùn)動(dòng)過程以及運(yùn)動(dòng)過程中壓力的損失值,在理論上計(jì)算了內(nèi)管總成投放到位時(shí)壓力損失值,對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有重要意義;(2)對(duì)深部繩索取心鉆具到位報(bào)信機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在理論研究的基礎(chǔ)上,對(duì)深部繩索取心鉆具的外管總成、內(nèi)管總成的以及內(nèi)管中各個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的敘述,特別對(duì)鎖緊裝置、定位裝置、到位報(bào)信裝置的到位報(bào)信機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)原理優(yōu)化和設(shè)計(jì)的研究。鎖緊裝置保證了中心通道在最大開啟度時(shí)被鎖定,中心通道暢通,壓力損失小;內(nèi)管總成到位后,通過定位裝置鎖定,縮短了繩索鉆具長度;到位報(bào)信裝置可自動(dòng)復(fù)位,壓力損失小;(3)對(duì)深部繩索取心鉆具到位報(bào)信機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有限元仿真分析。采用AnsysFluent軟件