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针对黄土地层,提出利用空气代替钻井液的反循环气体喷射技术。但现有技术对反循环气体喷射钻头切削土体的能力没有具体优化讨论。利用fluent软件,优化反循环喷射钻头结构参数,对不同底喷孔直径、底喷孔数量、底喷孔扩大段直径、底喷孔扩大段数量、喷射孔数量5个结构参数进行模拟分析。分析结果表明,在进风流量一定的情况下,增加底喷孔的数量或增大底喷孔的直径会削弱钻头的空气射流切削能力和反循环能力。底喷孔直径为3 mm,底喷孔个数为2个,底喷孔扩大段直径为8 mm,底喷孔扩大段长度为5 mm,内喷孔数量为5个时,反循环喷射钻头喷射能力和反循环能力最优。 相似文献
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在反循环气体钻井中,循环介质与地层之间不断进行着热交换,因此井内温度分布是影响气体反循环钻井流体动力学参数的重要因素。基于反循环钻井技术特点,考虑循环介质与地层间热量的交换,沿钻孔径向取传热平衡微分单元作为研究对象,建立中心通道内流体和环状间隙内流体热平衡方程。通过求解线性非齐次方程推出反循环气体钻井非线性温度模型,并给出了模型求解的边界条件。通过算例可知,按照自然地层温度计算的井底温度比采用该模型计算的井底温度高21.14 K,这是因为随井深增加,热量由温度较高的地层向温度较低的气体传递,但是热传递并不完全,考虑地层与井眼流体热交换的反循环气体钻井非线性温度模型符合井内温度分布。 相似文献
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为了解饱和膨胀土在失水条件下,干缩裂隙发育过程中土体内的应变状态、分布以及变化规律,设计了一个长40cm、宽5cm、深3cm的一维模型槽,将3条FBG传感光栅串埋入饱和膨胀土试样中,对膨胀土不同位置的应变进行了测量,得到了土体失水干缩致裂过程中,各个FBG传感器的应变状态及其变化规律,并分析了首条干缩裂隙及其附近土体的应变分布特征及其时空演化规律。试验结果表明:随着土体含水率的降低,土体首先呈现出整体收缩,之后应变状态发生分异,呈现出拉张区和收缩区交替出现的分布规律; 位于最大收缩区的边缘,当FBG传感器的应变由压缩状态转变为拉伸状态,并且拉应变及其变化速率相对较大的区域将产生首条裂隙。可见,本文所采用的高空间分辨率FBG传感技术为分析膨胀土裂隙发育全过程、揭示膨胀土失水致裂机理,以及膨胀土裂隙性特征的研究提供了新的思路和技术手段。 相似文献
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为了解非饱和膨胀土在干湿循环过程中土体应变的状态、变化以及土体裂隙的发育规律,在室内设计了一个长150cm、宽10cm、高60cm的模型箱,将传感光纤分4组按不同深度埋入土中,每组传感光纤包括4种类型,采用高空间分辨率的分布式光纤应变测量技术PPP-BOTDA,对干湿循环过程中土体的应变状态进行了监测。试验发现:埋深较浅的光纤受到裂隙发育的影响,在空间上,光纤应变状态呈现不均匀的拉压分布;在时间上,随着土体含水率的降低,裂隙区域的光纤应变呈现出先压缩后拉伸的变化规律,而且光纤应变变化同总裂隙张开度具有一定的相关性;随着光纤埋藏深度的加深,由于受土体裂隙的影响减小,光纤应变分布较为均匀;吸湿过程中,土体裂隙逐渐闭合,裂隙区域光纤应变由拉伸状态转变为压缩状态,而裂隙两侧区域光纤应变逐渐转变为拉伸状态。结果表明,通过PPP-BOTDA技术可以反映膨胀土干湿过程中土体的应变状态,并对土体裂隙进行准确的定位,从而为土体变形监测及灾害评价提供了新的技术手段。 相似文献
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对华南前寒武系变质岩浆杂岩稀有气体He、Ne、Ar和Xe的系统研究表明:扬子克拉通基底为含高3He的下地壳"原始岩石层",(3He/4He)×10-6比值为2.8～4.6;而华夏板块基底变质岩浆杂岩则是在缺乏3He、低(3He/4He)×10-8比值(3.15～17.7)的构造环境下形成的大陆中-上地壳变质岩浆杂岩层,反映出两者基底性质迥然不同。华南中-新生代爆破岩筒He同位素组成相反,相对稳定的扬子克拉通(3He/4He)×10-8比值仅0.18～4.22,而郯庐-四会-吴川断裂以东,中-新生代活动地块(太平洋构造域)(3He/4He)×10-8比值高达3.7～20.5。He同位素表明郯庐-四会-吴川断裂带为切割深至地幔的边界深大断裂,是扬子克拉通与华夏板块间的边界且控制了燕山期火山-侵入岩浆向西扩展。Ar同位素组成表明华南大陆中-新生代地幔形成接近"均一"的地幔组份。136Xe/130Xe-129Xe/130Xe相关组份表明它们具有地幔柱岩石同位素组成特征。 相似文献
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通过分析自钻式旁压仪等原位测试手段获取静止侧压力系数偏高现象,揭示了传统理论估算天然土层垂向应力偏小的事实。经历勘探开采的卸荷膨胀,室内实验取得的原状样本重力密度不再等同于地层埋藏条件的初始状态。初始状态不会背离土体压缩性本质,因此以均匀性假设条件认知上覆压力作用下天然土层土体的物理性质并不恰当。本文采取固结压力附加100kPa等技术措施变革压缩实验分析模式,探索构建与压缩和回弹性质及应力历史条件相关的天然土层初始状态数学模型。结合应用实例,提出室内实验观察的回弹指数不足以体现样本的膨胀状况,最小干密度和液限状态的物理意义或是土体原始压缩的最大孔隙特征,以及压缩指数不能圆满诠释土体压缩性原理等见解。 相似文献
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为研究不同初始破损程度、不同干湿循环次数及两者耦合工况对膨胀土孔洞及裂隙发育、演化规律的影响,以及相应的土体变形、力学行为,以合肥膨胀土为研究对象,对制备的不同初始破损程度（圆柱孔直径分别为0、2.5、5 mm）的3组20个试样进行干湿循环试验及三轴剪切试验（控制吸力为50 kPa,有效围压分别为100、200、400 kPa）。并解释了孔洞-裂隙的产生及发育新机制。结果表明：干湿循环次数为0时,一定程度的初始破损会提高土体的强度;与常规认识不同,干湿循环次数为1～2次时,初始破损的存在会诱导土体裂隙开裂的方向和贯通模式,形成的结构块较无破损土体形成的更完整,因而具有相对于无初始破损土体更高的强度;干湿循环次数为3次时,裂隙完全扩展,土体结构性被严重破坏,有无初始破损的土体强度趋于一致;孔洞-裂隙的演化机制是：脱湿-增湿过程中产生的水力梯度使土体具有不同的软硬性质和胀缩变形,产生的拉压应力在微裂纹、尖端形成应力集中而开裂,更易与具有的初始孔洞破损联合、交汇、贯通,萌生的裂隙增大了水汽交换界面面积,进一步平衡拉压应力而最终完全碎裂。研究可为普遍存在初始破损的膨胀土工程研究提供新的思路。 相似文献
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对于矿区钻孔作业存在的粉尘污染严重、岩矿心采取困难等问题,常规金刚石钻进取心难以满足现场施工要求。采用贯通式潜孔锤反循环连续取心技术替代常规金刚石取心工艺,在保证了较高钻进效率的同时,可有效解决干旱缺水矿区存在的取心及其引起的污染问题,保障施工人员的身体健康。为此,笔者所在课题组研发了两种新型潜孔锤反循环钻头并进行了野外试验,同时,运用LSDYNA数值模拟对设计的两种反循环钻头进行了强度分析。试验结果表明,两种钻头均具有较好的碎岩钻进效果,但花键内喷孔式反循环钻头易发生断裂;数值模拟分析结果显示,钻头的最大应力远高于材料疲劳极限是造成钻头破坏的根本原因,数值模拟结果与试验结果取得了较好的一致性。由此证实了花键内喷孔式反循环钻头结构存在缺陷,设计时应尽量避免在内喷孔周围设置环槽,以保证钻头体强度。 相似文献
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21世纪人类将面临资源、环境与灾害的严重挑战。地热资源作为绿色新型能源,可减少传统燃料的消耗,实现CO2减排,日益受到人们的青睐。河北保定市容城凸起地热田为我国东部代表性中低温地热田,其热储类型为基岩岩溶裂隙热储(主要为蓟县系雾迷山组及长城系高于庄组),具有储量大,可回灌等特点。根据现有数据和地质资料进行的地热资源潜力评估表明:容城凸起(56 km2研究区范围)基岩(3 000 m以浅)热储地热资源量为416×1016 J, 相当于标准煤239×106 t,折合热能1 320 MW,可采地热资源量为62×1016 J,相当于标准煤36×106 t,折合热能198 MW。 相似文献
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潜孔锤反循环钻进技术在某水电站的试验应用 总被引：1，自引：0，他引：1
水利工程中的钻孔工程具有特殊的工况,采用正循环潜孔锤钻进方法在狭窄封闭的洞室内进行钻孔施工,粉尘污染严重,施工环境恶劣,影响作业工人的身体健康。为了解决施工洞室内的粉尘污染问题,在某水电站的排水孔施工中,首次应用了潜孔锤反循环钻进技术,并在上仰孔和下行孔施工试验中获得成功,有效控制和降低了洞室内的粉尘问题,有利于维护良好的施工环境。设计的A、B两种结构类型钻头主要差别是内喷孔的位置不同,A型钻头的内喷孔设计在花键上的各个平键之间,B型钻头的内喷孔则设计在花键的平键上。CFD数值模拟计算结果显示,A型钻头对环空抽吸的空气量是0.199 987 04 kg/s,略大于B型钻头的0.177 524 64 kg/s,说明A型钻头的抽吸能力优于B型钻头。上仰孔和下行孔的钻进试验结果表明,内喷孔设计在花键上的各个平键之间且具有双排12个内喷孔的A型钻头结构更为合理,在施工中A型钻头比B型钻头的孔口粉尘少。从反循环排渣效果看,A型钻头破碎的大部分岩粉和大颗粒岩块从中心通道排出,反循环排渣效果优于B型钻头。 相似文献
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大直径反循环钻头底面形状设计 总被引：1，自引：0，他引：1
针对大直径反循环钻头底面形状对反循环形成效果的影响,分析了反循环钻头孔底循环介质流动的特点;基于反循环钻头孔底流动模拟实验器对凸面型、凹面型和凸凹组合型3种典型的钻头底面形状进行了对比测试;运用CFD技术对不同底面形状反循环钻头孔底局部流场进行了数值模拟,揭示了其各自的流动特征及影响反循环形成效果的机理。实验结果表明,凹面型钻头底面形状更有利于反循环的形成。反循环钻头底面形状设计研究对改善和提高大直径反循环钻头的性能具有重要的意义。 相似文献
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气助正循环水井钻探新技术主要适用于以岩溶地层为特征的严重漏失地层。该技术通过在双壁钻具的内外管之间泵入压缩空气,举升在钻具与孔壁之间的“环空”形成的空气泥浆。“环空”的气举加速作用阻碍了钻井循环液在地层方向的漏失,并且加速了钻屑的上返速度。该技术的优点在北京房山区岩溶漏失地层的600m水井钻探生产试验中得到了证实。试验结果表明,利用该技术可使泥浆正循环中因严重漏失造成的循环液中断得以恢复,“环空气举作用”大幅度提高了上返的泥浆流量。经对比试验证明,气助正循环工艺在岩溶漏失层的钻进速度高于气举反循环和泥浆正循环,是解决岩溶漏失层钻井液循环中断、钻头烧钻、埋钻等钻探事故的有效方法。 相似文献
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空气反循环钻进技术具有钻速快、能耗低、可不提钻连续取心取样、能有效避免积雪层漏失等优点,在冰层钻探中极具应用潜力。本文针对冰层钻探技术特点,提出了双壁钻杆式、双通道高压胶管式和寄生高压胶管式等三种空气反循环冰层钻探技术,分别介绍了其工作原理及特点。基于气力输送和气体钻井基本理论,对冰屑颗粒气体介质中的悬浮速度进行了分析,建立了单颗粒冰屑悬浮、运移方程和冰屑颗粒群悬浮方程,并设计了冰屑悬浮实验台,对冰屑悬浮所需的风速进行了实验测试。理论计算值与实验实测值吻合较好,最大误差约10.91%,可用本文建立的冰屑运动方程来计算实际钻进时携带冰屑所需的风量,为后续在极地实施冰层空气反循环钻进技术提供了依据。 相似文献
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文章结合国内外CSR取心技术的现状和所生产钻机的特点,为满足国内对空气反循环连续取样（心）、冲击回转、定向钻进等多种高效钻探工艺对钻机的需要,从钻机整体结构设计、整体布局进行详细考量,采用质量可靠的液压件、动力机等外购件,摒弃传统钻机设计周期长、动力小、机械化程度低、对地形和钻探工艺适应性低等特点,研制出了一台高效、可靠、机械化程度较高的FD-600型全液压动力头式反循环取样钻机。在3次野外生产试验中充分体现出了优越性,可满足砂金勘探、工程施工等取心钻探的要求。 相似文献
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随着气举反循环钻进技术及配套设备的不断发展和完善,其应用日益广泛,用于煤矿勘探开发领域时,确定合理的工艺参数十分关键。基于气举反循环钻进双壁钻具系统结构特点,依据牛顿第二定律求解出气举反循环钻进中岩屑被举升排出的临界速度模型,然后根据能量守恒定律,考虑压缩气体的沿程损失和局部阻力损失,建立了气举反循环钻进的启动风压模型。用Matlab对模型进行计算,分析发现井深、气液混合器的下入深度、沉没比和钻井液密度都对启动风压有影响。计算结果为确定合理的启动风压奠定了基础,为空压机的合理选配提供了依据,对保证良好的钻进效果具有重要意义。 相似文献