摩擦热能辅助碎岩孕镶金刚石钻头研究

发布时间：2023-11-25 18:31

　　孕镶金刚石钻头是深层矿产资源和油气资源勘探项目中最为重要的破岩工具之一,但在钻进特殊的硬岩地层时具有一定的局限性。如在钻进强研磨性地层时钻头会出现过度磨损现象,在钻进弱研磨性地层时会因胎体磨损较慢金刚石不能及时露出而钻头打滑现象。为了预防这些现象的产生,除了提高钻头自身材料性能和优化结构外,还可通过利用物理或化学手段弱化岩石从而达到快速钻进的效果,目前研究热点主要集中在利用热能如火焰喷射、激光等手段直接钻进或间接辅助机械能钻进,但这种方式能源消耗大,成本极高,尚处于实验室研究阶段。本文通过在孕镶金刚石钻头胎体嵌入摩擦元件,使钻头破碎岩石时在孔底产生更高的摩擦热作为热源弱化岩石性能,不仅可以降低能源消耗、充分提高孔底能量利用率,还能实现在坚硬岩层中更为高效的钻进。本文首先对孕镶金刚石钻头在孔底破岩的过程及生热过程进行了介绍与分析,研究钻头唇面与岩石作用时摩擦热能的产生机理,即来自于钻头唇面与接触岩石表面的弹性和塑性形变。分析相关数据表明,岩石受热表面在受到温度波动变化时,温度波动仅出现在极为接近岩石受热表面的深度范围内,定义处于这段深度的岩石层为岩石温度敏感层。在温度敏感层中会发生剧烈的...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 硬岩钻进用孕镶金刚石钻头国内外现状
        1.2.2 利用热能方式碎岩的国内外研究现状
    1.3 研究内容
第二章 热-机碎岩钻头结构设计
    2.1 孕镶金刚石钻头的孔底工作过程
        2.1.1 孕镶金刚石钻头孔底碎岩过程
        2.1.2 孕镶金刚石钻头孔底生热过程
        2.1.3 孕镶金刚石钻头与岩石的接触面温度研究
    2.2 热-机碎岩钻头结构设计
        2.2.1 水口结构参数设计
        2.2.2 钻头唇面结构设计
    本章小结
第三章 热-机碎岩孕镶金刚石钻头材料选择与钻头制备
    3.1 热-机碎岩钻头材料选择
        3.1.1 摩擦元件材料选择
        3.1.2 胎体材料选择
    3.2 含摩擦元件的胎体试样制备及性能测试
        3.2.1 石墨模具的设计
        3.2.2 胎体材料装料计算
        3.2.3 胎体试样制备
        3.2.4 胎体力学性能测试
    3.3 热-机碎岩孕镶金刚石钻头的制备
        3.3.1 钻头结构设计
        3.3.2 钻头制备
    本章小结
第四章 室内钻进实验
    4.1 试验用岩石加热冷却后力学性能测试
        4.1.1岩石试样加热冷却实验
        4.1.2 岩石试样力学性能测试
        4.1.3 岩石薄片分析
    4.2 室内钻进实验
        4.2.1 实验设备与材料准备
        4.2.2 试验方法
        4.2.3 实验结果与分析
    本章小结
第五章 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 建议
参考文献
作者简介及科研成果
致谢



本文编号：3867623