一、低压高能潜孔锤的研制（论文文献综述）
程靖清[1]（2021）在《高能射流式液动潜孔锤冲击系统优化研究》文中进行了进一步梳理干热岩型地热资源以其能量输出稳定,对环境影响小等特点日渐成为当前地热能开发的热点。目前国际上通用的开发干热岩的方法是利用增强型地热系统（EGS）从目标地层获取热量,从而实现地热发电。钻进生产井和回注井是开发EGS的重要步骤。赋存于岩浆岩或变质岩中的干热型地热占据了绝大部分。这种岩石的单轴抗压强度可达200MPa以上,可钻性差。现阶段,在可钻性差的硬岩中钻进,大多采用牙轮钻头或PDC钻头回转钻进方法。然而,用以上常规钻进方法在干热岩及其它硬岩地层钻进时,存在钻进效率低等问题,导致EGS开发过程中,钻井成本占到了总成本的80%以上,严重制约了干热岩的开发利用。为此,吉林大学彭枧明教授团队提出高能射流式液动潜孔锤钻进技术。相比于风动潜孔锤,高能射流式液动潜孔锤使用的钻井液具有护壁作用。此外,钻进过程不会产生粉尘,只需要匹配合适的泥浆泵即可满足工作条件。高能射流式液动潜孔锤具有性能不随孔深变化的特点,结构简单,运动部件较少,没有弹簧等易损部件。此外,高能射流式液动潜孔锤额定工作压力达15MPa,冲锤冲击末速度可达7m/s,与常规液动潜孔锤相比冲击功数倍提高。其驱动介质适应性广,清水、泥浆条件下都能稳定工作,在保证钻进效率的同时大幅降低了钻井成本,有望解决硬岩地层钻进效率低的难题。由于高能射流式液动潜孔锤冲击频率与冲击末速度较高,常规35Cr Mo活塞杆抗摩擦磨损性能不足,限制了整机寿命。本文提出使用WC-Co硬质合金及其相关材料制造活塞杆,提高其活塞杆抗摩擦磨损性能。由于WC-Co硬质合金的硬脆性特点,WC-Co硬质合金活塞杆使用过程中发生了疲劳破坏。针对纯WC-Co硬质合金活塞杆发生疲劳破坏的现象,本文对冲击后活塞杆应力分布、活塞杆结构、活塞杆与冲锤连接方式、热喷涂WC-Co硬质合金活塞杆性能等展开深入研究。探讨了初始装配应力对活塞杆冲击应力分布的影响,活塞杆与冲锤连接处几何优化后应力幅值变化趋势,不同材料锥面配合削波垫片组削波效果,热喷涂WC-Co硬质合金活塞杆在高能射流式液动潜孔锤工况下抗磨损性能及机械性能变化等。本文的主要结论如下:（1）活塞杆与冲锤连接处的应力集中是导致硬质合金活塞杆冲击断裂的原因。活塞杆与冲锤装配时的初始装配应力对冲击应力的分布影响不大。一定程度上,初始装配应力对于硬质合金活塞杆起到了保护作用。（2）锥面配合段长度、活塞杆及冲锤锥面的锥度以及冲锤外部倒角的变化对冲击应力分布有一定影响。其中锥面配合段长度对应力集中的影响最为显着。优化后,冲锤的倒角设置为60°,锥度设置为1:20,锥面配合长度设置为35mm。相比于未优化状态,活塞杆锥面配合连接处最大主应力幅值降低了19.4%。（3）不同材料锥形垫片组合而成的新型锥面配合垫片组对弹性应力波有明显的削弱作用。冲击速度在3-5m/s范围内变化时,三层垫片组合可降低透射应力波幅值60%-62%,五层垫片组合可降低透射应力波幅值71%-77%。削波效果主要取决于相邻垫片间波阻抗差异程度及垫片界面数量。相邻垫片间的接触百分比对于垫片组合的削波效果影响也很显着。此外,垫片组的锥度也能影响其削波效果。（4）利用超音速火焰喷涂（HVOF）制造WC-Co硬质合金喷涂活塞杆,是平衡活塞杆耐磨性与韧性的有效方法之一。通过实验证明,WC-17Co喷涂活塞杆在高能射流式液动潜孔锤中工作寿命明显优于普通35Cr Mo活塞杆。在潜孔锤工况下工作时,相比于的其它工况,喷涂WC-Co硬质合金磨损机制变化不大,然而,硬质合金涂层耐磨性较其它工况显着降低。潜孔锤工作过程引起的裂纹降低了活塞杆的耐磨性能。此外,喷涂工艺造成的涂层孔隙率对于涂层耐磨性能也有一定影响。因此,在现有喷涂工艺基础上,改进喷涂参数,并减小冲击系统径向振动是提高热喷涂活塞杆使用寿命的有效方法。（5）通过模拟高能射流式液动潜孔锤摩擦生热及水冷循环工况,研究了加热及水冷循环对热喷涂WC-Co硬质合金机械性能的影响。研究表明,在加热及水冷循环条件下,涂层的机械性能会发生显着变化。与涂层耐磨性相关的显微硬度及残余应力会显着降低。与涂层完整性相关的涂层结合强度在高温条件下也会显着降低。冲击系统冲击钻头后剧烈振动,导致活塞杆与摩擦副产生径向压力。较高的径向压力造成活塞杆在往复运动过程中产生高温。在冲锤位置处设计导正与局部增强冷却结构后,有望明显减小活塞杆、冲锤冲击钻头后的径向振动,降低活塞杆表面温度,从而提高活塞杆使用寿命。本文的创新点主要有:（1）研究了初始装配应力对冲击系统中冲击应力分布的影响。在此基础上,探究了冲击系统中活塞杆和冲锤主要几何尺寸变化对连接处应力集中的影响趋势,并优化设计了活塞杆及冲锤结构。（2）基于应力波理论,提出利用材料波阻抗差异削弱弹性应力波,并针对冲击系统几何结构提出不同材料垫片组锥面配合连接。研究了垫片组材质匹配和几何尺寸等对其削波效果的影响。（3）研究了超音速火焰喷涂（HVOF）WC-Co活塞杆在高能射流式液动潜孔锤工况下的性能变化,并分析了超音速火焰喷涂硬质合金活塞杆在高能射流式液动潜孔锤工况条件下耐磨性能变化及机械性能变化的原因,针对性地提出高能射流式液动潜孔锤冲击系统导正与局部增强冷却结构,延长超音速火焰喷涂硬质合金活塞杆在高能射流式液动潜孔锤中工作寿命。
葛东[2]（2021）在《不同钻井液驱动下高能射流式液动潜孔锤性能研究》文中研究指明能源与矿产的持续安全供给是经济快速增长的保证,而硬岩层钻进一直限制着各类深部能源资源的勘探开发与利用。从碎岩理论来看,冲击回转钻进技术是解决硬岩钻进慢的最有效的方法之一。射流式液动潜孔锤诞生于20世纪70年代,是我国自主研发的液动冲击回转钻具,具有独立知识产权。与气动潜孔锤相比,由于其动力介质的不可压缩性,在深孔及超深孔的高围压工作条件下,适应性更强,并且效率高,能耗低,应用范围更广。近些年来,国内外各大研究机构和商业公司,纷纷开始对射流式液动潜孔锤进行立项开发。为了保持我国在相关领域的领先地位,更好地将射流式液动潜孔锤应用于钻井现场,提高我国硬岩钻井技术水平,不断深化相关技术的理论研究与结构创新势在必行。常规射流式液动锤冲击功小,只能配金刚石钻头、牙轮钻头或PDC钻头进行辅助碎岩。近年来,吉林大学创新研发的高能射流式潜液动孔锤可配合球齿钻头,进行冲击为主、切削为辅的高效钻进。但是,现场使用过程中,工程师仍需面对钢制射流元件冲蚀过快,工作寿命短的问题。虽然,全硬质合金射流元件可以较好的抵抗钻井液中固相颗粒的冲蚀,却无法承受冲锤回程的巨大冲击载荷。本文应用计算机辅助设计技术（CAD）及计算流体动力学技术（CFD）进行了回程节流缓冲机构的研究、设计和分析。同时,利用新研制的冲锤全行程测量系统,对冲锤运动进行动态分析,研究了回程节流缓冲机构的可行性及可靠性。除了寿命问题,典型钻井液驱动下的射流式液动潜孔锤性能研究仍是空白,需要大量的研究数据,支撑其在复杂钻井液环境下的实际应用。以往,研究人员利用清水为动力介质,驱动射流式液动潜孔锤进行性能预测分析,其结果存在很大局限性。因此,本文研究了多种钻井液驱动下,SC86H型高能射流式液动潜孔锤（S-射流,C-冲击,86-外管直径,H-高能,以下简称“SC86H液动潜孔锤”）的动力介质适应性与输出特性。选择了钻井现场应用较多的四种钻井液作为动力介质,分别为清水、水基膨润土钻井液、水基聚合物钻井液和油基钻井液。本文的主要结论如下:（1）回程节流缓冲机构可有效进行冲锤回程软制动,保护全硬质合金射流元件。缓冲制动过程中的压力脉动足以将射流推向另一侧,完成射流切换。因此,冲锤回程冲击并不是射流切换的必要条件。当冲锤质量为9 kg时,可以获得最佳的输出功率。当输入流量改变时,冲锤所需缓冲距离（Required Damping Length,所需缓冲距离）。冲锤结构行程增加及质量增大会导致所需缓冲距离增长,但是影响并不显着。（2）作为双稳态负反馈流体振荡器,SC86H液动潜孔锤中射流元件的振荡频率（=冲击频率）取决于负载特性,且与流量（或雷诺数）成正比。当冲锤进入全行程后,射流元件会在恒定的斯特劳哈尔数（Strouhal）下工作,这点与其它类型和用途的射流振荡器是相似的。（3）水基膨润土钻井液驱动下的SC86H液动潜孔锤在较低膨润土含量范围内（质量分数<3%）性能更好。在较高膨润土含量范围内（≥3%）,输出性能将低于清水。膨润土的使用有助于运动配合面之间的润滑。然而,膨润土含量的增加也会增加钻井液的粘度,从而导致流道水力损失增加和冲锤运动阻力增加。钻井液中膨润土含量对整机压力降影响不大。膨润土的存在会略微增加SC86H液动潜孔锤工作压降,这种现象是由钻井液粘度和密度的增加所导致的。数值模拟显示,钻井液的流变性对液动锤性能具有显着影响。研究发现,流变特性对射流元件内部流场的湍流强度及能量转换过程有显着影响。在一定的流量下,流性指数n的减小会降低输出通道内的能量转化率,进而导致输出通道入口速度的降低,影响系统的整体效率。（4）膨润土钻井液中加入重晶石会降低冲锤运动稳定性和冲击频率。但是,由此增加的冲击末速度、冲击功和输出功率可以抵消部分性能损失。在实际应用中,活塞衬套之间的间隙会因为固相颗粒的高速磨蚀而不可避免的持续增加。因此,如果重晶石对冲锤冲击频率影响不大,则无需增大活塞衬套配合间隙。膨润土钻井液温度变化会影响其粘度和密度,进而影响液动潜孔锤性能。在实验室所研究的温度范围内（20～80℃）,温度越高,液动潜孔锤性能越好。（5）聚合物溶液的瞬态、稳态拉伸粘度与聚合物浓度、高分子链柔性和分子量（MW）相关。与经典（牛顿）湍流射流相比,聚合物射流较高的拉伸粘度会降低射流扩散速率、中心线速度衰减、雷诺应力和粘性耗散率。在射流元件中,拉伸粘度的增加会阻碍射流卷吸,促使射流稳定向前,进而阻碍科恩达（Coanda）效应的产生和射流的稳定附壁。因此,聚合物浓度、高分子链柔性和分子量都会对液动潜孔锤动态特性产生影响。对于具有相同质量浓度和分子量的不同柔性度聚合物,柔性聚合物通常会对液动潜孔锤的工作产生更加严重的影响,现场需要根据实际情况,尽量选择性能相近的替代聚合物。（6）油基钻井液中的油相并不能够对SC86H液动潜孔锤产生显着的润滑作用。而无固相添加剂的油基钻井液会因自身的低密度而削弱液动锤输出性能。油基钻井液中的膨润土会对SC86H液动潜孔锤内部的配合间隙产生良好的润滑解卡作用。重晶石加重剂会通过增加整机压降而增强SC86H液动潜孔锤输出性能;重晶石颗粒的存在会降低冲锤的运动稳定性和冲击频率。
杨冬冬,赵江鹏,赵建国,王四一[3]（2019）在《煤矿井下硬岩层快速成孔钻进技术与发展趋势》文中认为为解决煤矿井下硬岩钻进效率低、成孔速度慢、施工周期长、钻具寿命低等问题,配有辅助碎岩工具的快速钻进技术在我国诸多煤矿井下防治水钻孔施工、高位钻孔施工中获得了广泛的应用并取得了重要进展。根据煤矿井下硬岩钻孔施工工艺的发展情况,结合阀式低压液动潜孔锤、射流式液动潜孔锤及液动扭力冲击器3种辅助碎岩工具,介绍了煤矿井下硬岩层快速成孔钻进技术,概述各自的技术原理、技术特点和应用概况;总结了阀式低压液动潜孔锤、射流式液动潜孔锤及液动扭力冲击器钻进技术的发展历程和不足之处;结合上述3种辅助碎岩工具在各矿区的具体应用情况,指出3种辅助碎岩工具在煤矿井下硬岩层钻进过程中出现的问题及原因,并针对性地提出解决方案;最后指出了煤矿井下硬岩层快速成孔钻进技术的发展方向,并为加速煤矿井下硬岩层定向钻进技术的发展提出了相关建议,为煤矿井下硬岩钻探技术的发展提供参考。
杨红东,陈宝义[4]（2019）在《高性能气动潜孔锤的研究》文中指出本文针对无阀气动潜孔锤工作时存在着"气垫"问题,基于中心配气的潜孔锤结构设计了一种无"气垫"的潜孔锤,采用分段积分法进行了对比计算,计算结果表明无"气垫"气动潜孔锤性能全面提升,能量转换率大幅提高至46%,有助于减少潜孔锤钻进的单位进尺能耗,降低施工成本。
魏俊[5]（2019）在《气动冲击潜孔锤动力性能仿真研究》文中指出与传统的泥浆钻井技术相比,气体欠平衡钻井技术利用压缩空气作为钻井循环介质,以高压气体能量实现井底携岩上返,可提高机械钻速、减少甚至避免井漏事故、延长钻头使用寿命、保护油气储层、降低钻井综合成本等,近年来得到广泛的研究与应用。气动冲击潜孔锤钻井技术属于气体欠平衡钻井的范畴,利用压缩空气在潜孔锤锤体上、下端面产生的压差作用力实现锤体往复冲击钻头,推动锤体做功后的废气在井底携带岩石上返至地面,完成钻井循环。气动潜孔锤冲击钻井技术具有钻孔凿岩效率高、所需钻压和扭矩小、钻头寿命长等特点,结合地面钻机提供的周向扭矩,可在井底实现冲击旋转破岩钻进,在深井、超深井等硬质地层及沙漠、偏远、干旱缺水等复杂地质条件区块的钻进工程中的表现突出,广泛应用于固体资源勘探、水文及地热井钻凿、石油天然气钻井等领域。本课题创新性研制了一款全孔反循环气动冲击潜孔锤,主要研究内容集中在4个方面:（1）全孔反循环气动冲击潜孔锤方案设计;综合对比国内外现有潜孔锤的结构、设计特点、工作性能等,设计出本课题研制的潜孔锤整体设计方案。（2）潜孔锤锤体与钻头的冲击碰撞特性仿真分析;针对所研制的潜孔锤,建立冲击碰撞组件的仿真模型,根据潜孔锤材料属性,确定出潜孔锤的极限冲击末速度,并试图通过仿真的方式得到锤体冲击钻头后的回弹速度与其冲击末速度间的关系,为锤体运动程序的设计提供理论支撑。（3）高压气体作用下锤体运动数学模型的建立;根据高压气体状态变化理论及潜孔锤的具体设计结构,建立潜孔锤各工作状态下锤体运动的数学模型。（4）锤体运动过程的数值计算及其输出动力性能分析;根据锤体运动过程的数学模型,采用程序设计的方法实现锤体运动特性曲线的数值计算,并对潜孔锤的具体工作参数及输出动力性能进行分析,为其应用提供指导。主要成果和结论如下:（1）完成了全孔反循环气动冲击潜孔锤的整体方案设计。回顾了气体欠平衡钻井技术及潜孔锤钻井技术的发展历程,总结了气动冲击潜孔锤钻井技术在石油天然气等资源勘探开发中的应用优势及发展趋势,得出了潜孔锤将逐渐向中高压、无阀式、反循环钻井工艺等方向发展的结论,并结合国内外相关研究单位及国际性大公司所研制的几种反循环潜孔锤的结构、原理及优缺点等,完成了本课题潜孔锤的基本方案及整体结构设计,并介绍了其五方面的设计特色。（2）完成了潜孔锤冲击碰撞组件的碰撞性能仿真分析。根据所研制潜孔锤的整体设计方案,建立了锤体与钻头的冲击碰撞仿真模型,分别采用多体动力学仿真软件ADAMS和冲击碰撞动力学过程仿真平台ANSYS Workbench,研究了锤体与钻头的冲击碰撞特性,得到了锤体冲击回弹速度与上一循环过程中冲击末速度间的函数关系为Vh=-0.302Vm+0.658,并分析了冲击碰撞过程中锤体和钻头应力应变的变化关系,并根据锤体和钻头的材料特性,确定出了锤体冲击末速度的最大值不得超7.2 m/s,为锤体运动过程动力学模型的建立提供了理论基础。（3）建立了高压气体作用下锤体运动过程的数学模型。基于所研制潜孔锤的整体设计方案,按照锤体在不同位置处气缸上、下腔的配气状态,将锤体的上冲程和下冲程运动过程分别划分了三个阶段,根据锤体在每一运动阶段内高压气体状态变化相关理论及准静态过程中锤体的运动微分方程,建立了锤体运动过程的数学模型。（4）采用程序设计的方法实现了锤体运动特性曲线的分析及潜孔锤输出动力性能和工作参数的分析。采用Matlab程序计算功能,根据上一章节中对锤体运动理论的分析及所建立的动力学模型,考虑锤体冲击钻头后发生回弹并迅速进入下一循环冲击过程,编制了相应的数值计算程序,以锤体的输出特性达到稳定后的结果为最终计算结果,得到了潜孔锤的运动特性曲线及相应的动力性能参数,通过不同输入压力条件下潜孔锤的冲击行程、冲击功、冲频率等特性参数的分析,结合本文第三章的研究结论及锤体的设计结构,得出本潜孔锤的工作压力范围为0.81.3MPa,此条件下,潜孔锤的输出冲击频率约为8.913.2Hz、热功效率范围约为43.6%61.1%。
吴冬宇[6]（2017）在《高能射流式液动锤冲击系统理论研究及关键结构优化分析》文中提出干热岩资源作为一种新兴清洁能源,凭借其庞大的热储量、巨大的开采潜力以及战略价值受到全世界的广泛关注。由于干热岩地层埋藏深且地质条件复杂、岩层硬度高、可钻性差,现有钻进工艺存在钻进效率低、井下事故率高、钻井周期长成本高等突出难题。为此,本文提出干热岩快速钻井用高能射流式液动锤钻进技术,该技术在同种规格条件下具有冲击功大、碎岩效率高、成孔质量好、易损件少、使用寿命长等特点,尤其适用于强度高、硬度大、研磨性强、可钻性差的干热岩地层钻进,且不受井内围压条件限制,有望突破深井乃至超深井硬岩地层钻进难题。本文围绕高能液动锤输入端压力高、冲击功大等特点,对新型高能射流式液动锤的关键结构如射流元件、缓冲机构、缸体、冲锤等等展开深入研究。探讨高能液动锤在高压动载条件下的密封可靠性、大冲击功下的耐久性以及能量传递的合理性等等。本文的研究内容及主要结论如下:（1）新型全硬质合金射流元件解决了高速流体冲蚀问题,然而由于硬质合金元件脆性大、冲击下易断裂的特点,严重影响了高能液动锤的工作可靠性性。为此设计了碟簧缓冲、缓冲腔缓冲以及中接头碰撞缓冲三种回程缓冲机构,运用了Fluent与ANSYS/LSDYNA数值仿真分析手段对其缓冲效果进行评价,并对照试验进行了验证。结果表明:三种回程缓冲机构均能有效降低冲锤回程冲击功,保护硬质合金射流元件免受大能量冲击破坏;（2）针对高压高能冲击器特点分析现有密封结构存在的问题,并进一步提出合理密封结构。得出的结论如下:1)高压流体环境下碟簧对高能冲击器中密封圈工作状态具有重要影响,其变形后产生的间隙张开量是造成密封圈损坏的直接原因。随着碟簧数量增加,密封圈密封压力提高,当碟簧为五片叠合时,可满足现有高压高能冲击器的密封要求;2)缸体结构采用内通道一体式结构替代了原有的内外缸配合的结构方式,大幅减少了密封圈的使用,提高了高温高压环境下的密封可靠性;（3）对射流式冲击器冲锤结构参数与能量传递效率关系展开了深入研究,讨论等速度等质量条件下不同结构参数的冲锤与不同种类岩石撞击时,冲锤长度和直径对能量传递效率的影响,得到结论为:1)冲锤结构参数与碎岩效果的关系同所钻进的地层情况密切相关;2)冲锤长度并非越长越好而是存在最优值,当超过最优值岩石吸能值开下降,而岩石吸能值则随着冲锤直径的增加而增加;)冲锤结构对岩石吸能值的影响与冲锤冲击末速度有关,冲锤的冲击末速度越大,岩石吸能值越高,碎岩效果越好;4)冲锤与钻头相对面积大小决定了应力分布状态,应力集中往往出现在较小的撞击面边缘,而最大应力始终出现在钻头尾部,设计时应着重考虑钻头强度;5)对于高速冲击且用于硬岩钻进的高能射流式液动锤而言,冲锤结构对能量传递影响可忽略;（4）通过数值模拟仿真分析,建立冲锤摆动与液动锤冲击能量利用率的关系,得出:1)冲锤摆动会造成冲锤在运动过程中频繁与侧壁面摩擦碰撞,造成不必要的能量损失,降低钻进效率;2)凸起高度、凸起位置、活塞杆直径、活塞杆与缸体配合间隙均会影响能量传递;3)初始速度增加,冲锤速度损失加剧,而由不平整度引起的能量损耗比率却随之减少。表明高能液动锤相对于常规液动锤更具优势,对于长时间冲击碰撞造成的撞击面局部变形或破损以及配合间隙等引起的摆动并不十分敏感,对于加工精度要求相对较低,既保证了长期恶劣工况下工作的稳定性,又降低了加工成本;（5）探讨将双射流喷嘴、带过渡腔旋转射流喷嘴以及环喷型旋转射流喷嘴应用于潜孔锤钻头的可行性,并运用Fluent对带有三种喷嘴的钻头孔底流场分布进行研究,分析对岩屑运移、辅助孔底碎岩等方面的影响。结果表明低压小流量入口条件下双射流喷嘴和带过渡腔旋转射流喷嘴无论从岩屑运移还是辅助碎岩角度效果均不理想,而环喷型旋转喷嘴通过将旋转射流和环喷射流相结合,有效降低了喷嘴出口中心处地层压力,在井底形成高低压交替的应力场分布,降低孔底静液柱压持效应,同时增强孔底岩屑的悬浮和扰动,与常规斜喷嘴相配合可在高效清洁孔底的同时提高机械钻速。本论文的创新点主要有:（1）创新性提出三种缓冲机构设计,通过数值仿真技术与试验手段对缓冲机构设计的合理性进行验证;（2）首次针对高压流体环境下的冲击动载对冲击器内部密封影响进行了研究,分析了冲锤回程冲击对于液动锤上部各构件间密封特性的影响,建立了间隙分离量与密封圈工作稳定性关系,并提出了合理的碟簧布置方式;（3）采用ANSYS/LSDYNA数值模拟手段替代传统的解析法,对射流式冲击器冲锤结构与能量传递关系进行了研究,并分析了冲锤径向摆动对能量传递效率的影响;（4）论文首次提出将环喷型旋转射流喷嘴应用于高能射流式液动潜孔锤球齿钻头。
张鑫鑫[7]（2017）在《高能射流式液动锤理论与实验研究》文中研究指明地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点,是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。与水热型地热资源相比,更多的地热能储存于地下无水或少水的高温岩体中形成干热岩型地热资源。中国地质调查局与中国科学院均对中国大陆310 km深的干热岩资源总量进行了评估,得出了相近的结论,其中按2%的可开采量来计算,就相当于2 010年中国能源消耗总量的4 0006 000倍,印证了中国干热岩资源开发利用的巨大前景。钻井是干热岩开发的关键环节,对工程总成本与建设周期具有重大影响。干热岩地层多为火成岩与变质岩,强度大,硬度高,可钻性差,常规方法钻进,效率低,周期长,如青海贵德ZR1干热岩井平均钻速为1.24 m/h;钻遇500℃花岗岩地层的日本KAKKONDA井,平均钻速为2.21 m/h,大大低于油气钻井10 m/h以上的平均钻速。潜孔锤钻进技术为大幅提高干热岩硬岩钻进效率提供了可能。液动潜孔锤与气动潜孔锤相比,由于其驱动介质的不可压缩性,在深孔及超深孔的高围压工作条件下适应性更强,并且效率高,能耗低,应用领域更为广泛。然而,目前常规液动锤的单次冲击功与气动潜孔锤相比要小得多,因而碎岩效率也低得多,应用效果远不及气动潜孔锤。国内外多家研究机构、钻具公司及钻井技术服务公司对适合深井硬岩钻进的高能型液动潜孔锤进行了研究,取得了一定了进展,然而多处于设计研发阶段,还未有广泛应用于市场的成熟产品。本文针对提高干热岩钻井效率和降低成本的迫切需要,提出了干热岩快速钻井用高能射流式液动锤。研制具有单次冲击功大、寿命长、工作稳定性好的高能型射流式液动锤钻进工具,并开展射流式液动锤内部动力过程研究,设计了SC86H型高能射流式液动锤钻具,完成了理论计算与数值分析,并通过台架试验与钻进试验验证了样机的工作性能。本文的主要研究内容与结论如下:（1）针对常规射流式液动锤单次冲击功低,射流元件与缸体耐冲蚀性差,寿命短的问题,设计了高能型射流式液动锤钻具系统,具有单次冲击功大、耐冲蚀、寿命长的特点。为干热岩快速钻井提供了技术支持。（2）基于计算流体动力学技术,采用动网格技术与用户自定义函数的方法,借用cfd软件fluent对高能射流式液动锤内部动力过程进行了研究,通过可视化分析技术得出了射流元件工作腔内部流场分离涡、阻碍涡、以及驻涡在不同活塞运动瞬间的流场变化情况。分析认为:主射流通过卷吸两侧控制道甚至在活塞高速运动下卷吸附壁侧排空道以及非附壁侧回流的部分流体,来完成流量补充,实现高流量恢复的工作状态,有利于活塞冲锤高速运动。（3）通过数值模拟得出了活塞运动过程中压力恢复系数与流量恢复系数关系,结果表明,压力恢复系数随着流量恢复系数的增加而增大,二者关系几乎完全不受雷诺数（高雷诺数条件下,低雷诺数条件下结果未知）变化影响。（4）通过数值计算结果分析与公式推导得出高能射流式液动锤单次冲击功e与主射流平均流速u或者主射流流量qs的平方成正比例关系;当输入流量qs一定时,在不考虑交互作用时,较小的主喷嘴截面积as与较小的活塞截面积ap意味着较大的单次冲击功;此外,当活塞结构参数保持不变时,表征压力恢复系数与流量恢复系数之间关系的无量纲系数cpq值越小单次冲击功越大,即在活塞加速运动过程中压力恢复系数随着流量恢复系数的增加衰减的越慢,表示射流元件的性能越好,越有利于高能输出。因此,无量纲系数cpq可作为评价射流元件性能的基本参数。（5）通过数值模拟研究了不同活塞冲锤结构参数下高能射流式液动锤性能的变化规律。研究表明:为了使高能射流式液动锤获得较好的工作性能,活塞直径可适当小点;而活塞杆直径与冲锤质量需要合理选择,活塞杆直径或冲锤质量过大会使射流式液动锤的冲击频率明显降低并且临界流速增加,整体工作性能下降,而活塞杆直径或冲锤质量过小,单次冲击功相对较低;至于活塞冲击行程,可适当增大行程来提高单次冲击功,但过大的冲击行程同样会导致冲击频率大幅下降。（6）将冲锤处的流体阻力考虑在计算模型中,对之前计算模型进行了改进,并对两种计算模型结果进行实验验证,表明高能射流式液动锤活塞冲锤运动速度较高,流体阻力不能忽略,为此,设计了适合高能射流式液动锤的低阻高效冲锤结构。（7）开展了sc86h型高能射流式液动锤钻具系统室内台架试验,采用声波法与设计的非接触测量系统对高能射流式液动锤的性能参数进行了测试,并与数值模拟计算结果进行对比,表现了良好的吻合度,印证了数值计算结果的准确性。（8）分别对创新设计的两种新结构射流元件与原结构射流元件控制的高能射流式液动锤性能进行了试验与数值模拟分析,发现新型射流元件与原结构射流元件相比具有较好的工作性能。（9）开展坚硬花岗岩钻进试验,对不同活塞冲锤结构参数下高能射流式液动锤的机械钻速进行了测试,试验结果与数值模拟分析结果具有类似的趋势,说明了数值模拟结果对实际钻进具有重要的参考意义,试验中最高机械钻速5.19 m/h,与常规钻进方法相比提高幅度达数倍。论文的主要创新点有:（1）本文首次提出了采用高能型射流式液动锤配合硬质合金球齿钻头进行冲击为主,回转切削为辅的钻进方法;（2）首次提出了采用硬质合金材料加工制造射流元件与活塞,设计了硬质合金材料的缸体衬套和活塞杆衬套结构,并首次提出了内通道一体式缸体结构,从而使射流式液动锤整体达到耐冲蚀、耐磨损,使射流式液动锤的使用寿命大幅提高;（3）首次将冲锤处流体阻力考虑到计算模型中,使计算精度明显提高,更准确可靠地完成对高能射流式液动锤工作性能的预测;（4）首次提出并设计了信号道侧置式双面排空射流元件,并取得了良好的试验效果,该新型结构射流元件有望全面替代原有结构元件,成为新一代射流元件结构,此外,理论计算表明,创新设计的短劈间距涡流腔式射流元件拥有更好的工作性能。
甘心[8]（2016）在《油气勘探钻井用闭式循环空气锤及三通道钻具系统研制与分析》文中提出油气资源作为现代产业以及经济增长的重要助推器,在经济全球化的背景下具有无可替代的地位及意义,并已成为世界各个国家和地区综合国力及国家安全、稳定的主要标志。而在油气资源勘探开发中,钻井工程是直接了解地下地质情况,以及发现和开发油气资源最有效、最准确的手段。21世纪油气资源勘探钻井技术发展的趋势为:更快、更深、更清洁、更廉价。如今,世界各国都在对油气勘探钻井的提速技术及机具系统开展大量形式各异的研究和试验工作,提出了许多已经行之有效的钻井提速技术并研发出相应的钻进机具。而随着我国深井、超深井、水平井以及定向井所占比重不断扩大,遇到地质条件复杂、低渗透、埋藏深等地层的几率也不断增加,为了解决上述地层中钻进效率低、井下复杂事故多、钻井周期长、成本高等突出难题,提高我国在复杂条件下的油气藏以及品质较差储层的单井产量和采收率,推动我国油气资源勘探钻井提速技术的发展,本文创新研发出了一套集合空气锤高效碎岩旋冲钻井、压缩空气封闭循环、钻井泥浆辅助碎岩及排屑和护壁等多个优点于一身的多工艺、多介质的复合式钻井新技术及配套钻具系统,并针对其中的关键环节进行相应的计算公式推导、数值模拟分析以及模拟试验。本论文的研究内容及结论主要有:（1）研发出一套新型闭式循环空气锤及三通道钻具系统,具体包括:带有防掉落机构的BQ-190闭式循环空气锤及配套球齿钻头、TSB-146同轴三壁钻杆以及三通道四方主动钻杆。（2）这套闭式循环空气锤及三通道钻具系统能够实现一种新型的多工艺、多介质的复合式钻井技术,具体为:当闭式循环空气锤与常规硬质合金球齿钻头配合时,可以实现“空气锤旋冲钻进+钻井泥浆正循环或者反循环排屑、护壁”的钻井技术;与喷射钻头配合时,可以实现“空气锤旋冲钻进+泥浆高压喷射碎岩”的钻井技术;与气举反循环钻头配合时,可以实现“空气锤旋冲钻进+气举反循环排渣”的钻井技术。（3）通过ANSYS-LSDYNA有限元分析软件对球齿钻头强度进行分析得出:防掉落罩与钻头连接配合区段的应力值明显小于钻头尾部及颈部各段的应力值,较大限度地减小了钻头在防掉落罩配合段发生断裂的可能性,有效地起到防止当钻头尾部及颈部发生断裂时,钻头冠部落入井底的恶性事故。（4）通过应力波理论和弹塑性理论相关知识推导得出:齿孔过盈量主要受以下几个因素影响:活塞冲击末速度（vc）、钻头本体和合金齿材料性能（E、ρ、γ、σs）、合金齿径（d）、齿孔深度（h）以及相邻齿孔壁之间距离（l）。（5）通过ABAQUS有限元分析软件对合金齿与齿孔间过盈配合进行动态分析,得出:1)在合金齿压入齿孔后,齿孔侧壁的应力和位移大小及变化幅度均最大,且往往处于塑性变形状态,而在远离齿孔侧壁的钻头胎体中,应力和位移大小及变化幅度逐渐减弱并趋于平稳;2)在相同过盈量和动摩擦系数条件下,合金齿直径越大,对齿孔周围胎体产生的应力值和位移量越小;3)在相同齿径和动摩擦系数条件下,过盈量越大,对齿孔周围胎体产生的应力和位移值越大,变化幅度越明显;4)在相同齿径和过盈量条件下,动摩擦系数越大,对齿孔周围胎体产生的应力和位移值越大,变化幅度越明显。（6）通过对闭式循环空气锤动力系统进行分析得出:1)圆底型中心孔底的应力集中区域以及与钻头底唇面之间的应力值明显小于平底型和尖底型,且对钻头下部各变截面的应力值影响也优于平底型和尖底型;2)当钻头的圆底型中心孔深度为340 mm时,其颈部、冠部以及中心孔与底唇面之间的应力值最小。（7）通过流体力学相关理论推导TSB-146三壁钻杆压力降的计算公式得出:1)在三壁钻杆进、排气道各结构尺寸确定后,其沿程压力损失与空压机容积流量Q0的1.75次方成正比,与供气压力p的0.75次方成反比;2)三壁钻杆进、排气道的局部压力损失与容积流量Q0的平方以及局部压力损失系数ζ成正比,与供气压力p成反比。（8）通过Flow Simulation分别对TSB-146三壁钻杆及三通道四方主动钻杆进、排气道压力降进行分析得出:1)三壁钻杆进、排气道采用导正凸台端面突出于接头底端面一定距离的结构设计所产生的压力降和压缩空气流速波动幅值最小;2)无论是三壁钻杆还是三通道四方主动钻杆,其进、排气道的压力降均随供气量的增大而加速增大,随着供气压力的增大而逐渐减小,并且排气道的压力降均小于进气道的压力降。（9）采用模拟试验的方法对测试管路压力降进行监测,得出:1)压力降随着管路长度的增加而加速增大;2)压力降随着过流断面积比的增大而减小;3)在气水混合流体中,压力降随着液相含量的增大而加速增大。本论文的创新点主要有:（1）首次研发出能够适用于油气资源勘探钻井用的闭式循环空气锤及同轴三通道钻具系统,其中包括:带有防钻头掉落机构的BQ-190闭式循环空气锤及配套球齿钻头、TSB-146三壁钻杆以及三通道四方主动钻杆。（2）结合闭式循环空气锤及三通道钻具系统的结构特点,首次提出一种集合了空气锤高效碎岩旋冲钻进、压缩空气封闭循环、钻井泥浆辅助碎岩及排屑和护壁等多个优点于一身的多工艺、多介质的复合式钻井新技术。（3）采用应力波理论及弹塑性理论推导出钻头齿孔过盈量的理论计算公式,并采用有限元软件开展合金齿与齿孔之间过盈配合的动态分析,研究了不同合金齿径、不同过盈量以及不同动摩擦系数对齿孔周围胎体应力和位移的影响。（4）针对三种不同中心孔底（平底型、尖底型和圆底型）形状的钻头强度以及中心孔深度对钻头下部强度的影响进行研究,最后得出较优的结构参数。（5）采用流体力学知识推导出TSB-146三壁钻杆压力降的理论计算公式,并采用Flow Simulation对TSB-146三壁钻杆及三通道四方主动钻杆进气道和排气道压力降进行分析,研究各自在不同供气量和供气压力条件下的压力降大小及变化趋势。
杨红东,武国峰[9]（2015）在《高性能液动锤的试验与研究》文中认为高性能液动锤采用容积式双作用的工作原理,具有输出单次大冲击功和低泵压的工作特性。室内实验表明,高性能液动锤结构设计合理,其性能和技术指标达到了设计预期,既能输出较大的单次冲击功,同时还拥有较高的冲击频率和低泵压的工作特性;野外初步试验表明,高性能液动锤配合球齿钻头能够在坚硬地层中实现快速、高效的全面钻进。
殷其雷[10]（2014）在《潜孔锤反循环钻探工艺试验研究》文中研究说明进入21世纪，随着社会经济的持续快速发展，对各种资源的需求量日益增加，矿产资源是不可再生资源，其采储量已濒临枯竭。为保证经济和社会的可持续发展，必须加大对矿产资源的勘查力度和范围，“攻深找盲”，深部找矿，勘探难度增大，如：复杂地质条件矿区、东北高寒地区、西部偏远地区、干旱缺水地区等深入开展地质勘探工作。上述复杂钻探条件下的钻探工程技术难度增大，使得钻孔效率降低，取心质量难于符合要求，施工成本高、工程周期长，甚至无法达到钻探工程目标，影响了钻探工程的顺利进行。为解决上述诸多问题，贯通式潜孔锤反循环连续取心钻探技术作为一项钻探高新技术，它的应用领域逐步受到各界的关注。该项技术集潜孔锤的高效碎岩钻进、孔内多相流体介质（气、液、固）全孔反循环及钻进中不停钻，连续获取岩矿心样三项钻进工艺于一体，具有钻进效率高、钻探成本低、钻孔质量优、复杂地层条件适应能力强等诸多特点，解决了一系列钻探技术难题，是一项应用前景广阔的先进钻探技术。目前空气潜孔锤反循环钻进技术已成功应用于小口径固体矿产勘探、水文水井钻凿、工程勘察、石油钻井等各钻孔领域。继续深入研究潜孔锤反循环机理，优化潜孔锤的工作性能参数，丰富贯通式潜孔锤的规格系列，开展潜孔锤反循环钻探技术的机具与设备配套研究，摸索和完善钻探工艺和操作规程，深入开展以潜孔锤反循环钻探技术为核心的多工艺、集成化钻探技术研究，扩大潜孔锤反循环技术的应用领域和应用效果，形成一套系统、完整的钻探高新技术，为地质工程和岩土工程事业做出贡献。论文主要研究内容：1.系统阐述了贯通式潜孔锤反循环钻探技术，对该钻探技术的钻具系统、钻具结构、工作参数等进行研究。钻具系统自上而下为：双通道气水龙头、双壁钻杆、贯通式潜孔锤及反循环钻头，是实施潜孔锤反循环钻探技术所特有的钻具系统。2.深化空气潜孔锤反循环钻头机理研究，运用HYPEMESH网格模型，FLUENT流体动力学工程软件，分析孔底和钻头部位的流场及参数的变化规律，创新设计新型的反循环钻头，提高钻头的反循环形成能力，具良好的流体动力学参数，并适应极复杂地层条件，确保钻进中多相流体实现可靠的反循环。3.运用计算机数值模拟仿真方法优化贯通式潜孔锤的工作性能参数，并使之与高风压空气压缩机相匹配。以GQ-89型贯通式潜孔锤活塞质量为4.9kg为例，研究不同风压条件下潜孔锤工作参数的变化规律；再设定不同的活塞质量，并使活塞的冲击末速度达到极限值8m/s时，研究潜孔锤的工作特性参数，得出了重要结论。4.运用有限元ANSYS/LS-DYNA工程软件，研究潜孔锤反循环钻具系统的应力和强度，提高钻具的可靠性和使用寿命。5.通过工程应用实践，丰富和完善潜孔锤反循环取心样钻探工艺技术、操作方法及钻进规程参数，研究潜孔锤反循环钻探技术设备配套的合理性，促进该技术的进步和发展，以利在全国逐渐推广和应用。6.深入研究和创新了地表连续获取岩矿心样的收集、缩分、整理、封装和装运方法；提出了在干孔段、潮湿孔段、出水孔段等不同水文地质条件下岩矿心样获取的有效措施。取得的重要研究成果及结论：采用流体动力学工程软件，模拟反循环钻头井底流场及流体运动规律，创新设计了大直径反循环钻头，试验中取得了突出的应用效果。运用研发的潜孔锤模拟仿真电算软件，研究潜孔锤内部动力过程及工作性能参数的变化规律，重点研究了风压变化和潜孔锤活塞质量变化对潜孔锤工作性能参数的影响规律，得出了重要结论：1.在空压机保证供风能量的前提下，潜孔锤的单次冲击能只取决活塞的质量大小，并呈线性关系变化；2.潜孔锤的额定冲击频率只取决于潜孔锤设计时的配气行程大小，并呈反比变化，与风压和活塞质量无关；3.同一潜孔锤的额定风压与活塞质量相关，活塞质量增大则潜孔锤额定风压增高，单次冲击能增大，钻进效率提高；因活塞质量在设计时可提高的空间大，故研发高风压、超高风压型的潜孔锤可大幅度提高冲击能量和钻进效率。4.设计的潜孔锤额定风压提高，则潜孔锤的有效热工效率降低，高风压潜孔锤需配套使用高风压型空气压缩机。使用超高风压型空压机，研发超高风压型潜孔锤，还将使钻进效率大幅度得以提升，同时钻进孔深也可得到突破，展示出潜孔锤未来的发展远景。
二、低压高能潜孔锤的研制（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、低压高能潜孔锤的研制（论文提纲范文）
（1）高能射流式液动潜孔锤冲击系统优化研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 常规液动潜孔锤研究现状 |
| 1.2.2 高能液动潜孔锤研究现状 |
| 1.2.3 硬质合金材料研究现状 |
| 1.2.4 硬质合金涂层制备研究现状 |
| 1.3 课题研究目的及意义 |
| 1.4 论文主要研究内容 |
| 1.5 研究方法及技术路线 |
| 第2章 高能射流式液动潜孔锤冲击系统应力分布研究 |
| 2.1 高能射流式液动潜孔锤冲击系统亟待解决的问题 |
| 2.2 硬质合金活塞杆特点 |
| 2.3 硬质合金活塞杆断口形貌分析 |
| 2.4 冲击系统运动方程 |
| 2.5 ANSYS/Ls-dyna冲击动力学理论 |
| 2.6 数值模拟及冲击应力分布 |
| 2.7 初始装配应力对连接处动应力分布影响 |
| 2.7.1 Lsdyna隐式-显式顺序分析 |
| 2.7.2 初始装配应力对整体应力分布的影响 |
| 本章小结 |
| 第3章 活塞杆-冲锤连接结构优化研究 |
| 3.1 形状及结构优化理论及流程 |
| 3.2 优化结构设计方案 |
| 3.3 几何尺寸对锥面连接处应力分布的影响 |
| 本章小结 |
| 第4章 活塞杆-冲锤锥面配合连接处削波垫片组设计与研究 |
| 4.1 应力波在不同波阻抗材料界面处传播特性 |
| 4.2 新型锥面配合削波垫片组削波性能研究 |
| 4.2.1 材料选择及样品准备 |
| 4.2.2 实验方案设计及分离式霍普金森压杆冲击试验 |
| 4.2.3 有限元模拟验证 |
| 4.2.4 垫片组合对应力波传播的影响 |
| 4.3 垫片组削波效果影响因素研究 |
| 4.3.1 正交试验设计及方差分析 |
| 4.3.2 各因素对垫片组削波效果的影响分析 |
| 本章小结 |
| 第5章 热喷涂WC-Co硬质合金活塞杆在高能射流式液动潜孔锤工况下抗磨损性能研究 |
| 5.1 超音速火焰喷涂(HVOF)活塞杆制备 |
| 5.2 高能射流式液动潜孔锤实验台架及实验设计 |
| 5.3 摩擦磨损实验相关参数确定 |
| 5.4 摩擦磨损实验 |
| 5.5 硬质合金涂层在高能潜孔锤工况条件下摩擦磨损规律 |
| 5.6 热喷涂活塞杆对潜孔锤工作性能的影响 |
| 本章小结 |
| 第6章 热喷涂WC-Co硬质合金活塞杆在高能射流式液动潜孔锤工况下机械性能研究 |
| 6.1 热喷涂WC-Co涂层试样制备 |
| 6.2 高能射流式液动潜孔锤工况模拟及实验设计 |
| 6.2.1 HVOF喷涂样品热处理及水冷 |
| 6.2.2 实验步骤及机械性能测量原理 |
| 6.3 高温-水冷循环对热喷涂WC-Co硬质合金机械性能影响 |
| 6.3.1 显微硬度变化 |
| 6.3.2 残余应力变化 |
| 6.3.3 结合强度变化 |
| 6.4 涂层热损伤特征与机理 |
| 6.5 高能射流式液动潜孔锤冲击系统导正与局部增强冷却结构 |
| 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 论文的主要结论 |
| 7.2 论文的创新点 |
| 7.3 论文不足与展望 |
| 7.3.1 论文研究的不足 |
| 7.3.2 后续工作建议 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的文章及参与的科研项目 |
| 致谢 |
（2）不同钻井液驱动下高能射流式液动潜孔锤性能研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 国内外高能液动潜孔锤研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 射流式液动潜孔锤研究现状 |
| 1.4 课题研究的目的与意义 |
| 1.5 论文的主要研究内容 |
| 1.6 研究方法 |
| 1.7 本章小结 |
| 第2章 SC86H型高能射流式液动潜孔锤节流缓冲机构研究 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 设计方法 |
| 2.2.1 经验设计方法 |
| 2.2.2 计算机辅助方法 |
| 2.3 模型建立 |
| 2.3.1 工作原理 |
| 2.3.2 设计理念 |
| 2.4 数值计算 |
| 2.4.1 流体域建模 |
| 2.4.2 网格划分 |
| 2.4.3 初始边界条件设置 |
| 2.4.4 求解控制 |
| 2.5 实验测试 |
| 2.6 结果分析 |
| 本章小结 |
| 第3章 清水驱动下液动潜孔锤全行程动态特性研究 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 冲锤全行程运动参数测量 |
| 3.2.1 冲锤部分行程运动参数测量方法 |
| 3.2.2 冲锤全行程运动参数测量方法 |
| 3.2.3 不确定度分析 |
| 3.3 全行程动态特性研究 |
| 3.3.1 冲锤运动特性及射流切换机制 |
| 3.3.2 输入流量对液动潜孔锤性能影响 |
| 3.3.3 结构参数对液动锤性能影响 |
| 3.4 缓冲特性研究 |
| 3.4.1 输入流量对缓冲特性影响 |
| 3.4.2 结构行程对缓冲特性影响 |
| 3.4.3 缓冲机构可靠性分析 |
| 本章小结 |
| 第4章 水基膨润土钻井液驱动下液动潜孔锤动态特性研究 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 实验研究 |
| 4.2.1 膨润土含量对液动锤性能影响 |
| 4.2.2 重晶石加重剂对液动锤性能影响 |
| 4.2.3 钻井液温度对液动锤性能影响 |
| 4.3 数值模拟研究 |
| 4.3.1 湍流模型 |
| 4.3.2 数值模拟验证 |
| 4.3.3 流场云图 |
| 4.3.4 湍流强度 |
| 4.3.5 射流速度 |
| 4.3.6 能量转换过程 |
| 4.3.7 实验验证 |
| 本章小结 |
| 第5章 水基聚合物钻井液驱动下液动潜孔锤动态特性研究 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 仪器与试剂 |
| 5.2.2 聚合物钻井液配制及流变性 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 雷诺数液动锤性能影响 |
| 5.3.2 聚合物质量浓度对液动锤 |
| 5.3.3 聚合物分子量对液动锤性能影响 |
| 5.3.4 分子链柔性度影响 |
| 本章小结 |
| 第6章 油基钻井液驱动下液动潜孔锤动态特性研究 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 实验 |
| 6.2.1 仪器与试剂 |
| 6.2.2 油基钻井液配制 |
| 6.2.3 油基钻井液性质 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 运动特性分析 |
| 6.3.2 输出性能分析 |
| 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 论文的主要结论 |
| 7.2 论文的创新点 |
| 7.3 展望 |
| 7.3.1 本文研究不足 |
| 7.3.2 后续工作建议 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 致谢 |
（3）煤矿井下硬岩层快速成孔钻进技术与发展趋势（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 阀式低压液动潜孔锤 |
| 1.1 技术原理 |
| 1.2 技术发展历程 |
| 1.3 技术难点 |
| 1.4 应用情况及现场问题 |
| 2 射流式高压液动潜孔锤 |
| 2.1 技术原理 |
| 2.2 技术发展历程 |
| 2.3 技术难点 |
| 2.4 应用情况及存在的问题 |
| 3 液动扭力冲击器 |
| 3.1 技术原理 |
| 3.2 技术发展历程 |
| 3.3 技术特点 |
| 3.4 应用情况及现场问题 |
| 4 结论和建议 |
（5）气动冲击潜孔锤动力性能仿真研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 气体钻井技术发展概述 |
| 1.3 气动冲击潜孔锤钻进技术发展现状 |
| 1.4 潜孔锤钻进技术的发展趋势 |
| 1.5 主要研究内容与研究方法 |
| 本章小结 |
| 第2章 反循环气动冲击潜孔锤结构设计 |
| 2.1 反循环潜孔锤钻进技术及其优势 |
| 2.2 常用的反循环潜孔锤介绍 |
| 2.3 反循环气动冲击潜孔锤结构设计 |
| 2.4 结构设计的特点 |
| 本章小结 |
| 第3章 潜孔锤锤体的冲击碰撞性能研究 |
| 3.1 潜孔锤运动过程的多体动力学分析 |
| 3.2 潜孔锤冲击碰撞性能研究 |
| 本章小结 |
| 第4章 潜孔锤锤体运动理论及其数学模型 |
| 4.1 潜孔锤锤体运动过程分析 |
| 4.2 潜孔锤各腔室配气过程 |
| 4.3 潜孔锤锤体冲击运动过程分析 |
| 4.4 潜孔锤锤体运动过程中的数学模型 |
| 本章小结 |
| 第5章 潜孔锤输出动力性能仿真分析 |
| 5.1 Matlab软件简介 |
| 5.2 数值计算程序设计 |
| 5.3 锤体运动特征曲线分析 |
| 5.4 潜孔锤输出动力性能分析 |
| 5.5 气动冲击潜孔锤工作压力分类 |
| 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 论文的主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
（6）高能射流式液动锤冲击系统理论研究及关键结构优化分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 液动潜孔锤钻井技术 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 常规液动冲击器研究现状 |
| 1.3.2 高能液动冲击器 |
| 1.4 论文研究的目的及意义 |
| 1.4.1 论文研究的目的 |
| 1.4.2 论文研究的意义 |
| 1.5 论文研究的主要内容 |
| 1.6 研究方法 |
| 1.7 本章小结 |
| 第2章 高能射流式液动锤数值模拟基础理论 |
| 2.1 计算流体动力学（CFD）理论简述 |
| 2.2 ANSYS/LSDYNA碰撞动力学理论简述 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 高能射流式液动锤射流元件及缓冲机构研究 |
| 3.1 新型射流元件设计 |
| 3.1.1 射流元件工作原理及工作性能要求 |
| 3.1.2 新型射流元件特点 |
| 3.2 缓冲机构设计 |
| 3.2.1 碟簧缓冲机构设计 |
| 3.2.2 活塞杆尾部与缸体配合节流缓冲分析 |
| 3.2.3 冲锤与中接头碰撞缓冲结构分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 高能射流式液动锤密封结构研究 |
| 4.1 高能射流式液动锤缸体结构 |
| 4.2 碟簧顶紧对端部密封影响 |
| 4.3 金属密封圈密封特性研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高能射流式液动锤冲锤对能效影响 |
| 5.1 冲锤结构对能效影响 |
| 5.2 冲锤摆动对能效影响 |
| 5.2.1 计算模型及正交试验设计 |
| 5.2.2 各因素对冲锤摆动及能效影响分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 高能射流式液动锤钻头喷嘴研究 |
| 6.1 潜孔锤钻头设计要求 |
| 6.2 液动潜孔锤钻头特殊喷嘴结构设计 |
| 6.3 新型特殊喷嘴钻头孔底流场数值模拟 |
| 6.4 模拟钻头台架试验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 论文的主要结论 |
| 7.2 论文的创新点 |
| 7.3 展望 |
| 7.3.1 论文研究的不足 |
| 7.3.2 后续工作建议 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的文章及参与项目 |
| 致谢 |
（7）高能射流式液动锤理论与实验研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 国内外高能潜孔锤研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 射流式液动锤研究现状 |
| 1.4 课题研究的目的与意义 |
| 1.5 论文的主要研究内容 |
| 1.6 研究方法 |
| 本章小结 |
| 第2章 高能射流式液动锤钻具系统设计 |
| 2.1 双稳射流元件 |
| 2.1.1 附壁射流 |
| 2.1.2 附壁射流静态模型 |
| 2.1.3 射流振荡器 |
| 2.1.4 射流元件设计 |
| 2.2 缸体与活塞 |
| 2.2.1 缸体本体 |
| 2.2.2 活塞与缸盖 |
| 2.3 冲锤与钻头 |
| 2.3.1 冲锤结构设计 |
| 2.3.2 钻头 |
| 2.4 高能射流式液动锤总体结构 |
| 本章小结 |
| 第3章 高能射流式液动锤内部动力过程研究 |
| 3.1 数值计算假设 |
| 3.2 网格模型与初始边界条件 |
| 3.3 活塞冲锤运动方程 |
| 3.4 三维动态流场设置 |
| 3.4.1 湍流模型的选取 |
| 3.4.2 速度—压力耦合算法的选取 |
| 3.4.3 离散格式与欠松弛因子的选取 |
| 3.5 近壁区域处理 |
| 3.6 动网格模型与控制方程 |
| 3.7 用户自定义函数及动网格参数设置 |
| 3.8 仿真计算流程 |
| 本章小结 |
| 第4章 高能射流式液动锤性能分析 |
| 4.1 高能射流式液动锤射流特性分析 |
| 4.1.1 射流元件内部流场特性 |
| 4.1.2 压力恢复系数 |
| 4.1.3 流量恢复系数 |
| 4.2 高能射流式液动锤射流特性与雷诺数独立性研究 |
| 4.3 压力恢复系数与流量恢复系数关系 |
| 4.4 活塞冲锤结构参数对射流式液动锤性能的影响 |
| 本章小结 |
| 第5章 SC86H型高能射流式液动锤样机及新型射流元件设计 |
| 5.1 高能射流式液动锤样机 |
| 5.2 信号道侧置式双面排空射流元件 |
| 5.2.1 两种射流元件控制下射流式液动锤内部流场 |
| 5.2.2 两种射流元件控制孔内流速分析 |
| 5.3 短劈间距涡流腔式射流元件 |
| 本章小结 |
| 第6章 高能射流式液动锤试验研究与数值计算改进 |
| 6.1 台架试验研究 |
| 6.1.1 高能射流式液动锤试验台架调试系统与非接触测试系统 |
| 6.1.2 SC86H型高能射流式液动锤频率声波法测试 |
| 6.1.3 WSY射流式液动锤水平台架试验 |
| 6.2 冲锤处流体阻力对高能射流式液动锤性能影响 |
| 6.2.1 数值模拟方法改进及试验验证 |
| 6.2.2 新型冲锤结构设计 |
| 6.3 X级花岗岩钻进试验研究 |
| 6.3.1 试验设备与装置布置情况 |
| 6.3.2 钻进碎岩过程概况 |
| 6.3.3 活塞冲锤结构参数对机械钻速的影响 |
| 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 论文的主要结论 |
| 7.2 论文的创新点 |
| 7.3 展望 |
| 7.3.1 论文研究的不足 |
| 7.3.2 后续工作建议 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的文章及参与的科研项目 |
| 致谢 |
（8）油气勘探钻井用闭式循环空气锤及三通道钻具系统研制与分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 油气勘探钻井提速技术 |
| 1.2.1 复合式钻井技术 |
| 1.2.2 旋冲钻井技术 |
| 1.2.3 气体钻井技术 |
| 1.2.4 高压喷射钻井技术 |
| 1.2.5 水力脉冲式空化射流钻井技术 |
| 1.3 空气锤在油气资源勘探钻井应用及发展现状 |
| 1.3.1 空气锤在垂直井应用及发展 |
| 1.3.2 空气锤在水平井及定向井应用现状 |
| 1.4 论文研究的目的及意义 |
| 1.4.1 论文研究的目的 |
| 1.4.2 论文研究的意义 |
| 1.5 论文研究的内容和方法 |
| 1.5.1 论文研究内容 |
| 1.5.2 论文研究方法 |
| 本章小结 |
| 第2章 闭式循环空气锤钻井工艺研究 |
| 2.1 闭式循环空气锤钻井工艺原理研究 |
| 2.2 闭式循环空气锤钻井工艺特点 |
| 2.3 闭式循环空气锤钻井工艺应用在油气勘探钻井的可行性 |
| 本章小结 |
| 第3章 闭式循环空气锤及三通道钻具系统研制 |
| 3.1 BQ-190闭式循环空气锤研制 |
| 3.1.1 BQ-190闭式循环空气锤内部结构设计 |
| 3.1.2 BQ-190闭式循环空气锤性能指标 |
| 3.1.3 BQ-190闭式循环空气锤防钻头掉落机构设计 |
| 3.1.4 BQ-190闭式循环空气锤内部主要零件设计 |
| 3.2 球齿钻头结构设计 |
| 3.2.1 钻头整体结构参数 |
| 3.2.2 钻头底面结构设计 |
| 3.2.3 钻头布齿设计 |
| 3.3 同轴三通道钻具系统研制 |
| 3.3.1 TSB-146同轴三壁钻杆研制 |
| 3.3.2 三通道四方主动钻杆研制 |
| 本章小结 |
| 第4章 钻头齿孔过盈量计算公式推导及模拟分析 |
| 4.1 齿孔过盈量计算公式推导 |
| 4.2 合金齿与齿孔过盈配合的数值模拟分析 |
| 4.2.1 ABAQUS简介 |
| 4.2.2 前处理操作 |
| 4.2.3 结果分析 |
| 4.3 配套球齿钻头齿孔过盈量及固齿工艺选定 |
| 本章小结 |
| 第5章 闭式循环空气锤动力系统强度分析 |
| 5.1 ANSYS-LSDYNA简介 |
| 5.2 闭式循环空气锤动力系统模型建立及前处理 |
| 5.2.1 建模及网格划分 |
| 5.2.2 前处理参数设定 |
| 5.3 应力波在活塞及钻头内的传递分析 |
| 5.4 活塞及钻头各变截面的应力分析 |
| 5.5 钻头中心孔孔底形状对钻头下部的应力分析 |
| 5.5.1 三种中心孔孔底形状钻头轴向截面应力分析 |
| 5.5.2 三种中心孔孔底形状钻头颈部变截面的应力分析 |
| 5.5.3 三种中心孔孔底形状钻头冠部变截面的应力分析 |
| 5.5.4 三种钻头中心孔底与底唇面之间的应力分析 |
| 5.6 圆底型中心孔不同孔深对钻头下部的强度影响 |
| 5.6.1 钻头颈部变截面的应力分析 |
| 5.6.2 钻头冠部变截面的应力分析 |
| 5.6.3 中心孔底与钻头底唇面之间的应力分析 |
| 本章小结 |
| 第6章 三通道钻具系统压力降分析 |
| 6.1 TSB-146三壁钻杆压力降计算公式推导 |
| 6.1.1 沿程压力损失计算公式 |
| 6.1.2 局部压力损失计算公式 |
| 6.1.3 压力损失的叠加原则 |
| 6.2 三通道钻具系统压力降的数值模拟分析 |
| 6.2.1 Flow Simulation概述 |
| 6.2.2 TSB-146三壁钻杆压力降分析 |
| 6.2.3 三通道四方主动钻杆压力降分析 |
| 本章小结 |
| 第7章 模拟管路内部流体压力降试验研究 |
| 7.1 试验方法和目的 |
| 7.2 试验内容 |
| 7.3 试验原理 |
| 7.4 试验系统组成 |
| 7.5 试验数据分析 |
| 7.5.1 管路长度对压力降的影响 |
| 7.5.2 过流断面突变对压力降的影响 |
| 7.5.3 气水混合对压力降的影响 |
| 本章小结 |
| 第8章 结论与展望 |
| 8.1 论文主要结论 |
| 8.2 论文创新点 |
| 8.3 展望 |
| 8.3.1 本文研究的不足 |
| 8.3.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻博期间发表的文章及参与的科研项目 |
| 致谢 |
| 附件 |
（9）高性能液动锤的试验与研究（论文提纲范文）
| 1 冲击回转钻进技术现状 |
| 2 设计目标 |
| 3 高性能液动锤的工作原理( 参见图 1) |
| 4 室内实验 |
| 4. 1 室内实验的目的 |
| 4. 2 实验内容 |
| 4. 3 实验装置 |
| 4. 4 实验结果及分析 |
| 4. 4. 1 结构原理的可行性和启动性实验( 表 1) |
| 4. 4. 2 阀程对液动锤工作压力和频率的影响实验( 表 2) |
| 4. 4. 3 分流孔直径对液动锤工作压力和频率的影响实验( 表 3) |
| 4. 4. 4 不同流量和冲锤行程对液动锤工作压力和频率的影响实验 |
| 4. 4. 5 小结 |
| 5 野外实钻试验 |
| 6 试验过程中出现的问题 |
| 7 结论与展望 |
| 7. 1 结论 |
| 7. 2 展望 |
（10）潜孔锤反循环钻探工艺试验研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 论文研究的意义 |
| 1.3 空气潜孔锤反循环钻探技术的国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外发展现状 |
| 1.3.2 国内发展现状 |
| 1.3.3 空气反循环钻探技术优势与特点 |
| 1.4 主要研究内容和研究方法 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究方法 |
| 本章小结 |
| 第2章 潜孔锤反循环钻探设备配套研究 |
| 2.1 钻机 |
| 2.2 空压机 |
| 2.3 双通道气水龙头 |
| 2.4 双壁钻具 |
| 2.5 旋流式取心样器 |
| 2.6 其他辅助设备配套 |
| 本章小结 |
| 第3章 潜孔锤反循环钻探工艺研究 |
| 3.1 潜孔锤反循环形成机理及钻探工艺参数 |
| 3.1.1 反循环的形成机理 |
| 3.1.2 反循环钻探工艺及参数研究 |
| 3.2 复杂地层钻探工艺措施 |
| 3.3 岩心样获取质量及利用研究 |
| 3.3.1 概述 |
| 3.3.2 地质人员对岩心样获取与收集的要求 |
| 3.3.3 岩样的检测处理技术 |
| 3.3.4 岩样缩分的必要性和可信度 |
| 3.3.5 岩样缩分的方法 |
| 3.3.6 岩样的现场收集 |
| 3.3.7 取样工作对钻进工艺方法的要求 |
| 本章小结 |
| 第4章 新型大直径反循环钻头研究与试验 |
| 4.1 贯通式潜孔锤反循环钻进机理 |
| 4.2 经典反循环钻头结构 |
| 4.3 新型大直径反循环钻头的理论研究与结构参数设计 |
| 4.3.1 新型大直径反循环钻头的特点及设计要求 |
| 4.3.2 新型大直径反循环钻头的创新结构设计 |
| 4.3.3 新型大直径反循环钻头 CFD 数值模拟研究 |
| 4.3.4 新型大直径反循环钻头强度的数值模拟分析 |
| 4.4 新型大直径反循环钻头的现场钻井试 验 |
| 4.4.1 新型大直径反循环钻头的试验概况 |
| 4.4.2 新型大直径反循环钻头的试验效果与结论 |
| 本章小结 |
| 第5章 风压对潜孔锤性能影响的电算研究 |
| 5.1 潜孔锤风压分类 |
| 5.2 计算机模拟仿真不同风压潜孔锤工作性能参数变化规律研究 |
| 5.2.1 贯通式潜孔锤模拟仿真电算基本原理及其数学模型 |
| 5.2.2 计算机模拟仿真电算软件的计算过程 |
| 5.2.3 风压变化对潜孔锤性能参数影响的电算研究 |
| 5.2.4 活塞质量变化对潜孔锤工作参数影响的电算研究 |
| 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 论文主要结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
四、低压高能潜孔锤的研制（论文参考文献）
- [1]高能射流式液动潜孔锤冲击系统优化研究[D]. 程靖清. 吉林大学, 2021(01)
- [2]不同钻井液驱动下高能射流式液动潜孔锤性能研究[D]. 葛东. 吉林大学, 2021(01)
- [3]煤矿井下硬岩层快速成孔钻进技术与发展趋势[J]. 杨冬冬,赵江鹏,赵建国,王四一. 煤炭科学技术, 2019(12)
- [4]高性能气动潜孔锤的研究[A]. 杨红东,陈宝义. 第二十届全国探矿工程（岩土钻掘工程）学术交流年会论文集, 2019
- [5]气动冲击潜孔锤动力性能仿真研究[D]. 魏俊. 长江大学, 2019(10)
- [6]高能射流式液动锤冲击系统理论研究及关键结构优化分析[D]. 吴冬宇. 吉林大学, 2017(09)
- [7]高能射流式液动锤理论与实验研究[D]. 张鑫鑫. 吉林大学, 2017(09)
- [8]油气勘探钻井用闭式循环空气锤及三通道钻具系统研制与分析[D]. 甘心. 吉林大学, 2016(08)
- [9]高性能液动锤的试验与研究[J]. 杨红东,武国峰. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2015(03)
- [10]潜孔锤反循环钻探工艺试验研究[D]. 殷其雷. 吉林大学, 2014(10)