月表取心钻进工艺对钻头切削热的影响分析及实验研究

摘要

月表取心钻进时钻遇岩石钻头温度会急剧升高,钻进工艺直接影响到钻头寿命、钻进可靠性和钻进功耗.本文基于钻头切削岩石时的热功转换守恒建立了钻头-岩石-切屑的热模型,得到钻头温升解析计算方法,分析了转速和钻进速度对钻头温升幅度和温升速率的影响及规律;利用研建模拟月岩钻进实验平台,开展低功耗、无水、常压条件下大理岩取心钻进实验.研究结果表明:硬质合金取心钻头切削岩石时,钻头温升现象明显,钻头温升曲线呈明显的三个阶段:急剧上升期、过渡期和相对稳定期;钻头温升与钻头转速的平方根成正比,钻头温升速率与钻头转速的平方根和钻进速度的乘积成正比;实验条件下转速在100r/mmin左右,钻进速度在1.566mm/min左右时具有较低的钻头温升和热功耗,为优化月岩钻进的钻进工艺提供了理论依据.