声频钻进中钻具纵向振动规律研究

【摘要】声频振动钻进技术是由液压马达驱动钻具系统高效振动钻进，使地层局部液化而获得连续无扰动沉积层样品，可广泛应用于环境钻探、矿产普查、工程勘查等领域。声频振动钻具（含钻杆、取样筒和钻头）是动力头振动能量的传递路径，也是与地层的接触边界所在，开展与其相关的振动与波动特性研究，对于提高声频振动的能量传递效率和取样效果都具有十分重要作用，对于这项技术的推广也具有十分重要的意义。论文介绍了声频振动钻进技术的国内外研究现状，在重点综述石油钻柱纵向振动基本规律的基础上，简化结构，利用一维波动方程，推导了声频的纵向振动模型方程，确定了相应的初始条件和边界条件，并根据动力学相似理论计算了模拟纵向振动的声频钻具的基本参数。建立了声频振动模拟实验台的硬件和软件测量系统，开展了长为1.8m，直径为Φ8mm的铝合金和合金钢两种模拟钻具在不同频率、激振力条件下的振动测试实验，并进行了时域和频域分析，分析结果表明：振动能量在模拟钻具中存在阻尼消耗与共振现象，且与模拟钻具材料、激励方式以及约束状态均紧密相关，实验结果为声频振动能量的定量分析提供了依据。运用多物理场耦合分析软件COMSOLMultiphysics开展了声频振动钻具振动特性的仿真研究，研究结果与实验结果基本吻合。利用比对结果修正了约束条件与振动模型，开展了实际钻具结构参数的仿真分析，为优化声频振动钻具结构、进一步探索钻进取样技术提供了理论依据，对井下连续管振动、超深孔中钻具的纵向振动研究具有一定的借鉴意义。
【作者】张旭；
【导师】吕建国；王瑜；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】声频钻进；钻具；纵向振动；COMSOL；仿真；

【参考文献】
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