深孔绳索取心钻具的结构优化研究.doc

深孔绳索取心钻具的结构优化研究国内经济的快速发展需要更多的矿产资源支撑。在浅部资源已开发殆尽的情况下,寻找深部资源已经刻不容缓。深部取心钻探对钻探设备提出了更高的要求。对于目前应用最为广泛,不提钻即可直接提取地下岩矿心的绳索取心钻具的质量要求也更为严格。论文归纳总结了至今为止由于绳索取心钻具的原因导致钻探过程中发生的孔内事故,针对弹卡定位结构易损件较多,且在岩心堵塞的孔内事故时导致内管总成在弹卡挡头以及内台阶顶死的情况,本论文重点选取了定位机构部分进行优化设计分析,也对其他部分易造成孔内事故的进行了优化设计。论文首先以定位机构为主线,介绍了国内外目前或之前研究使用过得绳索取心钻具,从中归纳总结研究结构更为简单,定位效果更为准确牢靠,寿命更长的结构形式。随后介绍新型绳索取心钻具的设计结构及应用原理,理论分析了定位结构部分正常工作及遇到事故时的受力类型,从中归纳总结出最容易导致该结构产生破坏的情况及力的类型及大小,而后利用ANSYS有限元数据模拟分析了在大小不同力的作用下,该结构的应力、应变以及变形情况,最后从理论上分析出产生最大破坏的部位。对满足应用条件的钻具进行了试加工,并进行了简单的室内调试,对钻具的结构优化提出初步优化意见。之后进行了野外试验,但因为条件有限,只进行了浅孔试验,且因为试验较短,并无遇到事故,新型绳索取心钻具在浅孔取心阶段,表现良好,能准确定位且定位可靠,且能成功取上岩心,野外施工师傅根据经验提出一些优化改进的意见。最后根据理论模拟分析,调试试验以及野外试验,得出的分析与得到的意见,对新型绳索取心钻具,重点针对定位结构部位,提出几个优化改进方案,包括对材质进行优化,对加工工艺的精准度提出更高的要求,从结构本身出发,对球卡的尺寸及个数进行预先理论模拟分析,选择较优的组合形式,为以后进一步优化此套新型的球卡式绳索取心钻具提供一定的参考。论文最后一章,从整个深部钻探领域出发,总结归纳了,深部钻探过程中遇到的问题与瓶颈,并提出了适应于深部钻探设计优化研究的展望。