【摘要】：上向反井鉆機(jī)是以機(jī)械破巖為基礎(chǔ)、鉆進(jìn)方向由下向上的鉆進(jìn)設(shè)備。鉆進(jìn)過程中井幫與鉆桿之間存在很大間隙,鉆桿承受軸向壓力、重力和扭力的作用,容易失去穩(wěn)定。為使上向反井鉆機(jī)鉆進(jìn)過程保持穩(wěn)定,需對上向反井鉆機(jī)承壓鉆具運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行研究�；趶椥粤W(xué)、材料力學(xué)理論,對上向反井鉆機(jī)的鉆具進(jìn)行了受力分析,運(yùn)用能量法進(jìn)行了鉆桿穩(wěn)定臨界力公式的理論推導(dǎo),用ANSYS有限元軟件對鉆桿進(jìn)行了數(shù)值模擬,具體研究內(nèi)容及取得的成果如下:對上向反井鉆機(jī)"先導(dǎo)后擴(kuò)向上鉆進(jìn)"模式中導(dǎo)孔過程進(jìn)行分析,通過增加穩(wěn)定鉆桿改變鉆桿約束條件的措施,提高鉆桿穩(wěn)定性;對擴(kuò)孔過程和"導(dǎo)擴(kuò)同時(shí)向上鉆進(jìn)"模式進(jìn)行分析,針對鉆桿外徑與井幫之間存在過大間距的問題,提出在鉆桿上增設(shè)穩(wěn)定器,從而改變鉆桿的約束條件,提高鉆桿穩(wěn)定臨界力大小,增加鉆桿的穩(wěn)定性。通過對鉆桿所受約束的簡化、分析,推導(dǎo)出鉆具(包含自重)的臨界力公式,代入鉆桿的材料力學(xué)參數(shù),求解出穩(wěn)定器的合理布設(shè)位置,設(shè)計(jì)安放在鉆桿上的穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)。根據(jù)鉆桿臨界力公式,找出影響鉆桿穩(wěn)定性的因素,并分析出各因素的影響程度。通過有限元分析軟件ANSYS,建立了鉆桿模型,并對無穩(wěn)定器鉆桿進(jìn)行了模態(tài)分析。根據(jù)鉆桿不同位置的變形規(guī)律,確定穩(wěn)定器的安放位置,并與理論安放位置進(jìn)行了對比分析。在鉆石礦山豎直向上的槽孔施工過程中,依據(jù)能量法原理推導(dǎo)出的結(jié)果在鉆桿上布置穩(wěn)定器,保證了上向反井鉆機(jī)在現(xiàn)場成功鉆進(jìn),并取得了很好的效果,即在保證鉆桿穩(wěn)定的同時(shí),有效避免了偏斜率增大。說明在鉆桿上增設(shè)穩(wěn)定器的方法是可行的,為今后上向反井鉆機(jī)鉆桿穩(wěn)定的研究提供理論依據(jù)。
[Abstract]:The upwardly reverse drilling rig is based on mechanical rock breaking and the drilling direction is downwards and upward. During drilling, there is a large gap between the well side and the drill pipe. The drill pipe is easy to lose stability because of the action of axial pressure, gravity and torsion. In order to keep the drilling process stable, the operation stability of the pressure drilling tools of the upside-down drilling rig should be studied. Based on the theory of elasticity and material mechanics, this paper analyzes the force on the drill tool of the upside-down drilling rig, deduces the theoretical formula of the stability critical force of the drill pipe by using the energy method, and simulates the drill pipe numerically by using the ANSYS finite element software. The concrete research contents and the results obtained are as follows: the process of the guide hole in the "leading back expansion upward drilling" mode of the upwardly reverse drilling rig is analyzed, and the stability of the drill pipe is improved by increasing the measures of changing the constraint condition of the drill pipe by adding the stable drill pipe; This paper analyzes the process of hole expansion and the mode of "simultaneous upward drilling by conducting and expanding". Aiming at the problem of excessive spacing between the outer diameter of drill pipe and the hole top, it is proposed that a stabilizer is added to the drill pipe to change the constraint conditions of the drill pipe. Improve the critical force of drill pipe stability and increase the stability of drill pipe. By simplifying the constraint of drill pipe, the critical force formula of drill pipe (including self-weight) is deduced, the material mechanics parameter of drill pipe is substituted in, the reasonable placement position of stabilizer is solved, and the stabilizer structure is designed. According to the formula of the critical force of drill pipe, the factors influencing the stability of drill pipe are found out, and the influence degree of each factor is analyzed. The drill pipe model was established by the finite element analysis software ANSYS, and the modal analysis of the drill pipe without stabilizer was carried out. According to the deformation law of drill pipe in different positions, the position of stabilizer is determined and compared with the theoretical position. In the construction of vertical and upward grooves in diamond mines, stabilizers are arranged on the drill pipes according to the results derived from the principle of energy method, which ensures the successful drilling of the upside-down drilling rig on the spot and achieves good results. That is, to ensure the stability of the drill pipe, and effectively avoid the increase of deflection rate. The method of adding stabilizer to drill pipe is feasible, which provides the theoretical basis for the research of drill pipe stability in the future.
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD421.3

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本文編號：2334126