發(fā)布時間：2020-11-14 23:36

　　 聲頻振動鉆進(jìn)技術(shù)主要是利用了振動源的高頻激振力,或和回轉(zhuǎn)作用力、外載壓力,促使鉆頭在這三種力的共同作用下,能夠高效地穿透軟巖層,進(jìn)行環(huán)境鉆探、軟土原狀取樣或其它鉆孔工程。在整個的聲頻振動鉆進(jìn)系統(tǒng)中,鉆柱桿作為連接鉆頭與動力頭的關(guān)鍵部件,是振動頭的振動能量向鉆頭傳遞的唯一路徑,開展對鉆柱桿振動的研究則變得非常重要。論文首先介紹了國內(nèi)外聲頻振動鉆進(jìn)技術(shù)的研究發(fā)展近況,在綜述鉆柱桿縱向振動的理論內(nèi)容后,通過簡化鉆柱桿的結(jié)構(gòu),利用一維波動方程,推導(dǎo)出了在邊界條件為鉆機(jī)端定義為位移移動約束、鉆頭端定義為零約束的鉆柱桿的縱向振動模型方程,通過模態(tài)疊加法及分離變量法求解出模型縱向振動的解析解及模態(tài)特征參數(shù)(振型和振頻)的數(shù)學(xué)解析式。其次,在介紹了模態(tài)分析法求解桿縱向振動的模態(tài)參數(shù)的基礎(chǔ)上,建立了仿真前的物理模型;還利用了SolidWorks創(chuàng)建了鉆柱桿的三維模型,運(yùn)用ANSYS仿真軟件開展了對總長度為6m,直徑為34mm的鉆柱桿的模態(tài)仿真計(jì)算,得出了鉆柱桿模型的模態(tài)特征參數(shù)即固有頻率和振型,以及其他參數(shù)量(位移偏移量及應(yīng)力)的變化特性。根據(jù)得到的模態(tài)特征參數(shù)變化特點(diǎn),可以更有效地提高聲頻振動的鉆進(jìn)效率,為此后開展超深孔鉆具的縱向振動研究以及不同約束阻尼條件下的鉆柱桿的縱向振動規(guī)律研究具有一定的借鑒意義。通過此項(xiàng)研究,不僅可以提高聲頻振動鉆進(jìn)的能量傳遞效率,還可以通過研究鉆柱桿產(chǎn)生共振時的應(yīng)力變化特性對鉆柱桿的強(qiáng)度進(jìn)行校核及其結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此,此項(xiàng)研究對聲頻振動鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P634.5
【部分圖文】：

時鉆進(jìn)的雙管鉆具（如圖 1-2）、利用水封作用可在指定深度取樣并上不脫落或沉砂進(jìn)入取樣管的水鎖鉆具和砂礫石取樣鉆具。而國內(nèi)主散軟底層進(jìn)行取樣鉆具的研究與開發(fā)，即它只能適用于常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆進(jìn)，針對聲頻振動鉆進(jìn)而進(jìn)行開發(fā)研制的取樣鉆具較少，其大多數(shù)鉆具進(jìn)行取樣工作。017 年，查春青、柳貢慧等人則研制了能夠在一定程度上提高硬地層效率并同時能夠調(diào)試的 PDC 鉆頭黏滑振動的復(fù)合式?jīng)_擊鉆具（如圖 1場實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：使用此種類鉆具的鉆進(jìn)形式與“螺桿+PDC 鉆頭”進(jìn)形式相比，其機(jī)械鉆進(jìn)的工作效率提高了大約 60.2％，且在試驗(yàn)過程中，PDC 鉆頭并沒有出現(xiàn)黏滑振動或者是崩齒的問題。雖然這是案例，但縱觀全領(lǐng)域界，目前對其配套的鉆具技術(shù)的研究依然較少。

PDC 鉆頭并沒有出現(xiàn)黏滑振動或者是崩齒的問題。雖然這是比的案例，但縱觀全領(lǐng)域界，目前對其配套的鉆具技術(shù)的研究依然較少。（a） 雙管鉆具的扶正裝置 （b） 哈邁的偏心雙管鉆具圖 1-2 雙管鉆具

利用動力學(xué)的近似理論與振動力學(xué)陳列出了鉆柱與應(yīng)力表現(xiàn)形式及其主振型與頻率方程。分析要利用了大型通用的有限元分析軟件 ANSYS，通過對簡化結(jié)構(gòu)S 模態(tài)仿真分析，在熟悉軟件的基礎(chǔ)上，優(yōu)先找出鉆柱桿模態(tài)型的變化特點(diǎn)。通過對約束條件的添加及改變鉆柱桿的結(jié)構(gòu)形柱桿的結(jié)構(gòu)，對其重新進(jìn)行模態(tài)仿真分析，基本得到了實(shí)際工頻率、振型及其應(yīng)力的變化特性。術(shù)路線用到的主要技術(shù)路線如下圖所
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉永升;高德利;王鎮(zhèn)全;劉奎;;斜直井眼中鉆柱橫向動態(tài)運(yùn)動非線性模型研究[J];振動與沖擊;2017年24期

2 王安剛;;深部地質(zhì)鉆探鉆柱失穩(wěn)行為分析[J];低碳世界;2014年23期

3 劉均;袁峰;;鉆柱內(nèi)連續(xù)波信號傳輸模型與幅頻特性研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2015年01期

4 羅整;李金和;溫杰;蔣杰;;氣體鉆井鉆柱失效的熱因素分析[J];石油機(jī)械;2014年02期

5 易先中;李智鵬;周元華;王麗麗;涂憶柳;江勝宗;;地面鉆柱扭擺方法釋放井下摩阻的研究進(jìn)展[J];鉆采工藝;2014年04期

6 易先中;宋順平;陳霖;王立宏;;復(fù)雜結(jié)構(gòu)井中鉆柱托壓效應(yīng)的研究進(jìn)展[J];石油機(jī)械;2013年05期

7 宋周成;鄧昌松;王錦生;陳朋;丁志敏;丁亮亮;;鉆柱疲勞裂紋形成機(jī)理研究[J];石油天然氣學(xué)報(bào);2013年09期

8 孟祥龍;鮮海波;曾峰;車亮;;軸力作用下鉆柱穩(wěn)定性分析[J];中國科技論文在線;2010年11期

9 伊鵬;劉衍聰;石永軍;郭欣;任紅偉;;造斜段彎曲鉆柱非線性動力學(xué)分析與仿真[J];中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年06期

10 儲勝利;張來斌;樊建春;張衛(wèi)平;;井下鉆柱橫向振動沖擊力計(jì)算模型研究[J];鉆采工藝;2008年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張鶴;超深井鉆柱振動激勵機(jī)制及動力學(xué)特性分析[D];上海大學(xué);2019年

2 榮繼光;基于智能鉆柱的智能鉆井系統(tǒng)理論與應(yīng)用研究[D];西南石油大學(xué);2013年

3 謝海明;隨鉆聲波遙傳中不同井況下鉆柱信道仿真及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

4 劉峰;定向井中鉆柱非線性穩(wěn)定性分析[D];南京航空航天大學(xué);2005年

5 談梅蘭;三維曲井內(nèi)鉆柱的雙重非線性靜力有限元法[D];南京航空航天大學(xué);2005年

6 李茂生;小環(huán)空條件下鉆柱動力學(xué)及可靠性研究[D];中國石油大學(xué);2007年

7 邵冬冬;水平井眼中鉆柱動力學(xué)特性分析[D];中國石油大學(xué)(華東);2013年

8 劉維凱;大位移井鉆柱力學(xué)分析及延伸能力研究[D];大慶石油學(xué)院;2008年

9 王明杰;超深井鉆柱動力學(xué)特性分析及動態(tài)安全性評價[D];上海大學(xué);2016年

10 韓春杰;深水平臺鉆井鉆柱耦合振動及模擬分析[D];大慶石油學(xué)院;2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊博;基于聲頻振動鉆進(jìn)技術(shù)對鉆柱縱向振動模態(tài)的研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)(北京);2019年

2 陳烙印;鉆柱對套管的碰摩及其誘導(dǎo)磨損特征可視化分析[D];上海大學(xué);2019年

3 鐘曉玲;深井鉆柱粘滑振動動力學(xué)分析[D];中國石油大學(xué)(北京);2018年

4 程彩霞;基于磁記憶檢測的鉆柱缺陷自動識別方法研究[D];中國石油大學(xué)(北京);2018年

5 袁蘭峰;考慮鉆柱旋轉(zhuǎn)和屈曲的超深井小井眼環(huán)空壓力研究[D];西南石油大學(xué);2018年

6 郭勇;鉆柱軸向振動減阻的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2017年

7 張曉林;自動垂直鉆井系統(tǒng)管具力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)[D];中國石油大學(xué)(華東);2016年

8 劉亞楠;長水平段井眼鉆井激振減阻工具合理安放位置研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2017年

9 朱林;隔水管內(nèi)鉆柱運(yùn)動對環(huán)空壓耗和攜巖影響研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2017年

10 呂漲;全井眼三維鉆柱的軸向摩擦力研究[D];長江大學(xué);2019年

本文編號：2884075