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旋流自进式钻孔技术在瓦斯抽放中的应用研究

作　者: 吕善超
导　师: 曾亿山
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 超短半径旋转水射流自进式钻头瓦斯抽放 Fluent
分类号: TD712.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

旋转水射流是高压水经过钻头内部的导向叶轮从喷嘴脱离后形成的具有三维速度、沿螺旋线运动的扩散性射流,其结构特性独特,破岩效率高。本文拟将旋转水射流钻头应用于超短半径水平钻井技术,在煤层中钻水平井眼,用于煤层中的瓦斯气体抽放,为我国低渗透率煤层气的抽放提供了一种新的方法和手段。论文阐述了旋转水射流的产生机理,分析了旋转水射流的速度及压力结构特性,详细分析了旋转水射流不同于普通水射流独特的破岩机理。根据旋转射流的结构特性,设计出自进式旋转水射流钻头；并把该钻头应用于超短半径水平钻井系统,理论分析了旋转射流在煤层中钻孔的直径、自进力、钻进深度以及钻进速度对钻孔直径大小的影响、自进力大小对钻进深度的影响等。最后运用CFD软件—Fluent对旋转水射流进行数值模拟,进一步分析钻头结构参数对旋转射流结构特性的影响,并对钻头的结构进行优化。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-13
第一章绪论  13-19
  1.1 课题背景  13-14
  1.2 水平钻井技术的研究现状  14-15
  1.3 旋转射流钻孔技术的研究现状  15-17
  1.4 课题研究目的及意义  17
  1.5 主要研究内容和研究方法  17-19
第二章旋转水射流的理论分析  19-30
  2.1 旋转水射流的理论基础  19-20
    2.1.1 旋转水射流的形成  19-20
    2.1.2 旋流旋度  20
  2.2 旋转射流的速度分布  20-23
    2.2.1 切向速度  21-22
    2.2.2 径向速度  22-23
    2.2.3 轴向速度  23
  2.3 旋转射流的运动方程  23-24
  2.4 旋转水射流的结构特性  24-26
    2.4.1 速度分布特性  24-25
    2.4.2 压力分布特性  25-26
  2.5 旋转水射流的破岩机理及破岩过程  26-29
    2.5.1 旋转水射流的破岩机理  26-27
    2.5.2 旋转水射流的钻孔过程  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章自进式钻头的设计  30-38
  3.1 导向叶轮的设计  30-34
  3.2 正向喷嘴的设计  34-36
  3.3 反向喷嘴接头座的设计  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章超短半径自进式钻孔技术的分析  38-50
  4.1 钻进系统的组成  38-41
    4.1.1 液压站  38-39
    4.1.2 转向器  39-40
    4.1.3 控制机构  40-41
  4.2 钻井工艺流程  41-42
  4.3 钻孔参数的分析  42-48
    4.3.1 钻孔直径的分析  42-43
    4.3.2 钻孔自进力的计算  43-47
    4.3.3 钻孔深度的计算  47-48
  4.4 钻孔过程的分析  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章基于Fluent的数值分析  50-62
  5.1 CFD的基本理论  50-52
    5.1.1 CFD的应用和特点  50-51
    5.1.2 CFD的计算过程  51-52
  5.2 Fluent的基本理论  52-54
    5.2.1 Fluent的组成  52-53
    5.2.2 Fluent求解步骤  53-54
  5.3 旋转水射流的数值分析  54-56
    5.3.1 三维模型的建立  54
    5.3.2 网格的生成  54-55
    5.3.3 基本参数设置及初始化  55-56
  5.4 模拟结果分析  56-60
    5.4.1 旋转射流流场的结构特性  56-58
    5.4.2 叶轮导向角对旋转射流的影响  58-59
    5.4.3 喷嘴直径对旋转射流的影响  59-60
    5.4.4 射流压力对旋转射流的影响  60
  5.5 本章小结  60-62
第六章结论与展望  62-64
  6.1 结论  62
  6.2 问题与展望  62-64
参考文献  64-67
攻读硕士期间发表论文  67

旋流自进式钻孔技术在瓦斯抽放中的应用研究

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