松软、破碎煤层取心工具关键机构分析与设计

摘要

影响松软、破碎煤层取心质量的因素有很多，取心工具、钻进方法、钻进规程、操作人员技术水平都对取心质量有很大的影响，而其中取心工具对取心质量起着主导作用。当前的取心工具在松软、破碎煤层取心时存在煤心采取率低、煤心原状性差等不足，无法满足取心要求，其根本原因还是取心工具一些关键机构的设计还存在不足。因此，深入研究取心工具各关键机构并对其进行优化设计是解决松软、破碎煤层取心技术难题的重要途径。
　　本文从松软、破碎煤层的地质特征及钻进特征出发，分析了松软、破碎煤层取心时易堵心、易掉心、易冲蚀煤心等技术难题的原因；对松软、破碎煤层常用的单动双管取心工具进行了深入研究，通过对其各关键机构的分析与改进，设计了一套性能优良、适用于松软、破碎煤层的取心工具。
　　优化了单动机构，将轴承用密封元件完全密封，使取心工具的单动性能更为可靠；采用了卡箍、卡瓦将半合管紧固，使半合管的强度及刚度得到保证，避免了因半合管胀裂而导致煤心被冲蚀；为了解决松软、破碎煤心难卡取的问题，设计了侧开口式卡簧+护心装置组成的卡心护心机构；在底喷钻头内设计了隔水环，使冲洗液指向钻头内腔径向流的动力被削弱，减小了冲洗液对煤心的冲蚀；并利用FLUENT对普通底喷式钻头及隔液底喷钻头做了孔底流场对比分析，验证了隔液底喷式钻头更适应于松软、破碎煤层取心。
　　本文通过对松软、破碎煤层取心工具关键机构的分析与设计，提出了解决松软、破碎煤层取心技术难题的方法，同时为以后松软、破碎煤层取心工具的研究提供了理论依据与思路，对我国煤田资源的勘查和开发具有非常现实的意义。

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1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容、研究方法及技术路线

2松软、破碎煤层取心技术难题分析

2.1 影响岩心采取质量的因素

2.2松软、破碎煤层的地质特征及钻进特征

2.3松软、破碎煤层取心技术难题分析

3松软、破碎煤层取心工具关键机构分析

3.1单动双管取心工具结构原理

3.2单动机构分析

3.3半合管分析

3.4卡心护心机构分析

3.5取煤钻头分析

4松软、破碎煤层取心工具关键机构设计

4.1 松软、破碎煤层取心工具总体方案设计

4.2单动机构设计

4.3岩心管设计

4.4卡心护心机构的设计

4.5取心钻头设计

4.6基于FLUENT的孔底流场分析

5结论与展望

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录