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反循环强力气体喷射钻进技术理论及试验研究

作　者: 王如生
导　师: 殷琨
学　校: 吉林大学
专　业: 地质工程
关键词: 气体 喷射钻进 反循环 机理 试验
分类号: P634.5
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 248次
引　用: 1次
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内容摘要


空气钻进是在钻进过程中采用压缩空气或气液混合物作为循环冲洗介质，或者又兼作破岩动力的钻进技术方法。运用比较成熟的喷射钻进理论和以压缩空气作为冲洗介质的双壁管空气反循环连续取样的钻进机理，让两者有机结合起来，研究一种新型的空气钻进技术——反循环强力气体喷射钻进技术，钻进厚达数十米乃至上百米地表松散的覆盖层或较软的岩层，将会大大提高钻进效率，降低钻进成本，克服用水困难。本论文在前人喷射钻井研究成果的基础上，运用射流动力学、气体射流动力学以及冲击射流等理论，对高速射流孔底破岩(土)机理进行了研究。同时，运用气体运动学、动力学理论以及气力输送理论对整个钻具管路系统的全孔反循环排渣机理进行了系统的理论研究。采用数值分析方法，运用Fluent流体软件，对反循环喷射钻头周围及内部流场进行数值模拟研究。最后，在理论研究的基础上，研究设计了不同结构参数的系列反循环气体喷射钻头，加工了若干钻头样机，进行现场钻进试验，用实践证明了理论研究的正确性。

全文目录


论文提要  5-11
第一章 绪论  11-23
  第一节 喷射技术的概念  11
  第二节 喷射技术的应用  11-16
    一、喷射输送  12-13
    二、喷射切割、焊接与喷涂  13-15
    三、喷射燃烧与冶炼  15
    四、喷射传质、制冷及干燥  15
    五、喷射推进  15
    六、喷射钻探与固结  15-16
  第三节 本文的研究背景、意义及内容  16-23
    一、本文的研究背景  16-19
    二、本文的研究意义  19-20
    三、本文的研究内容和方法  20-22
    四、本文的研究基础  22-23
第二章 反循环气体喷射钻进技术  23-29
  第一节 喷射钻进技术的发展概况  23-24
  第二节 反循环气体喷射钻进技术的研究现状  24-27
  第三节 反循环气体喷射钻进工作原理  27-29
第三章 气体射流结构动力特性及破土机现研究  29-74
  第一节 气体动力学基础  29-46
    一、气体的主要物理属性  29-38
    二、气体的热力学特性及其关系式  38-43
    三、声速与马赫数  43-46
  第二节 喷射技术理论基础  46-53
    一、流体力学基本理论  46-49
    二、射流基本知识  49-53
  第三节 气体射流的结构特性  53-60
    一、亚声速自由射流  53-57
    二、超声速自由射流  57-60
  第四节 气体射流喷射钻进的动力特性  60-71
    一、从喷嘴喷出的气体射流的流动  60-65
    二、钻头喷嘴流速的计算  65-67
    三、从喷嘴喷出的气体射流的射程计算  67-69
    四、射流对岩(土)体表面的作用力  69-71
  第五节 气体射流破土机理研究  71-74
    一、气体喷射钻进利用射流破碎岩(土)的方式  71-73
    二、气力破岩(土)的基本条件  73-74
第四章 全孔反循环排渣理论及形成机理研究  74-86
  第一节 气体输送基本理论  74-79
  第二节 岩土颗粒在竖直钻杆中的运动方程及参数确定  79-81
    一、运动方程  79-80
    二、岩土颗粒在钻杆内的沉降速度和悬浮速度  80-81
    三、反循环排渣最小气流速度的确定  81
  第三节 人造龙卷风原理的应用  81-83
  第四节 反循环排渣机理研究  83-86
    一、喷射钻头内喷射孔的高速射流对钻头底部产生的负压作用  83-84
    二、人造龙卷风加强对孔底岩土屑的抽吸作用  84
    三、气力输送理论的应用  84-86
第五章 反循环气体喷射钻头的设计与数值模拟研究  86-125
  第一节 反循环气体喷射钻头的设计  86-106
    一、正循环喷射接头设计  86
    二、第一轮钻头设计(Jetbit132)  86-89
    三、第二轮钻头设计(Jetbit128-1，Jetbit128-2，Jetbit128-3)  89-99
    四、第三轮钻头设计(JetBit89-1，JetBit89-2，JetBit89-3，JetBit89-4)  99-102
    五、第四轮钻头设计(Jetbit89-5，Jetbit89-6)  102-105
    六、第五轮钻头设计(Jetbit96-1，Jetbit96-2)  105-106
  第二节 反循环喷射钻头流场实验观测与数值模拟  106-125
    一、反循环钻头内体的内喷射孔周围流场的实验观测与CFD数值模拟  106-114
    二、反循环气体喷射钻头孔底流场CFD数值模拟  114-125
第六章 反循环气体喷射钻进试验研究  125-144
  第一节 喷射接头钻进试验  125-127
    一、试验设备及钻具  125-126
    二、试验过程及结果  126-127
  第二节 钻具管路系统气体流量、流速测试及内喷射孔对反循环排渣效果影响对比试验  127-129
    一、试验设备及钻具  127-128
    二、试验过程及结果  128-129
  第三节 反循环喷射钻头钻进试验(一)  129-134
    一、试验设备及钻具  129-130
    二、试验过程及结果  130-132
    三、存在的问题及处理  132-134
  第四节 反循环喷射钻头钻进试验(二)  134-136
    一、试验设备及钻具  134-135
    二、试验过程及结果  135-136
  第五节 反循环喷射钻头钻进试验(三)  136-139
    一、试验设备及钻具  136-137
    二、试验过程及结果  137-138
    三、存在的问题及处理  138-139
  第六节 反循环喷射钻头钻进试验(四)  139-141
    一、试验设备及钻具  139-140
    二、试验过程及结果  140-141
  第七节 试验小结  141-144
    一、钻进工艺  141-142
    二、钻头设计  142-144
第七章 结论及展望  144-147
  第一节 结论  144-145
  第二节 展望  145-147
参考文献  147-155
攻博期间发表的学术论文及其他成果  155-157
摘要  157-162
Abstract  162-169
致谢  169-170

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地质学 > 地质、矿产普查与勘探 > 钻探工程 > 钻进技术与方法
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