本科毕业设计-新型节水钻探技术水力机械特性研究 .doc

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1、分类号：密级：UDC：中国地质大学硕士学位论文新型节水钻探技术水力机械特性研究硕士生：学科专业：防灾减灾工程及防护工程指导教师：教授所在学院：工程学院二○○八年五月学校代码：10491研究生学号：120050262中国地质大学硕士学位论文新型节水钻探技术水力机械特性研究硕士生：学科专业：防灾减灾工程及防护工程指导教师：教授二○○八年五月ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesfortheMasterDegreeofEngineeringNewWater-savingdrillingtechnologyHydrau

2、licMechanicalPropertiesresearchMasterCandidate：XuWeiMajor：DisasterPreventionandReductionEngineeringandProtectiveEngineeringSupervisor：Prof.WuXiangChinaUniversityofGeosciencesWuhan430074P.R.China研究生学位论文原创性声明我以诚信声明：本人呈交的硕士学位论文是在吴翔导师指导下开展研究工作所取得的研究成果。所引用他人之思路、方法、观点、认识均已在参考文献中明确标注，所引用他人之数据、图件、资

3、料均已征得所有者同意，并且也有明确标注，对论文的完成提供过帮助的有关人员也已在文中说明并致以谢意。学位论文作者（签字）：签字日期：　　年　　月　　日新型节水钻探技术水力机械特性研究摘要钻孔冲洗是钻井过程的重要组成环节。钻孔冲洗液在孔内的循环的主要作用是清除岩屑、冷却钻头、润滑碎岩工具和孔内钻具以及维护孔壁。采用传统的钻探工艺，都必须消耗大量水。水一直是困扰干旱缺水地区和漏失地层正常钻探的一个重要因素。在干旱缺水的地区进行钻探，如果采用传统的钻探工艺，就必须从其他地方运送大量的水（在西部干旱地区往往要从几十公里外运水），在西部缺水地区1台钻机配两辆水罐车还经常发生停工待水的现象

4、，这样大大增加了钻探成本。另外，如果按照传统的工艺方法，在漏失地层钻进，必须用套管隔离或封孔堵漏的办法处理漏失段，从而极大地增加了施工成本和时间消耗，堵漏材料还会造成环境污染；如果顶漏钻进，则不仅浪费大量的水，增加钻孔成本，而且可能冲垮地层、诱发滑坡等地质灾害。目前国内外钻进漏水孔最经济的办法是实现钻井液在孔底局部循环钻进，即在基本不消耗地表水的前提下，利用孔内地层中的水作为冲洗液，来完成破碎孔内岩石时钻头冷却、携带岩粉和维护孔壁的任务，实现正常钻进。本文研究的节水钻探技术恰恰可以实现孔底局部循环钻进，使用这套钻具进行钻进，可以使钻进过程中的用水量下降5～20倍。新型节水钻探

5、技术是以传统的钻机、泥浆泵、动力机“三大件”和人造金刚石钻进为基础，在钻具和工具创新上下功夫，在不降低钻探效率，不增加大设备的前提下，便可取得既大量节水、又不扰动地层的效果。该技术是在地面泥浆泵出水阀体上安装脉动器，借助脉动器产生的水锤来驱动孔底潜水柱塞泵实现孔底地下水的局部循环，保证正常钻进。但是在钻进过程中，由于孔内不返水，在地表不好对孔内的工作情况进行判断，只能通过地表的压力变化量来判断，而通过压力的变化值的判断没有量化，判断的精确度不高。通过本文的研究，最终解决通过地表压力变化值来判断孔内工作情况的量化问题，可以更加准确地判断孔内的工作情况，更好地预报事故，减少事故的

6、发生。可以使这套钻具更具有实用性。更快地应用到实际工程中。本文结合国土资源部中国地质调查局地质调查项目“地质灾害防治节水钻探技术研究”项目，旨在借助项目基金的资助，综合运用钻探专业知识、流体力学、液压传动学、机械学及物理学等知识对孔底局部循环节水钻探系统开展研究。研究的主要内容如下：1、新型节水钻探系统钻具的结构和工作原理的研究；2、新型节水钻探系统的各部分压力损失计算公式的推导；3、建立孔底局部循环新型节水钻探系统的压力损失计算的数学模型，在此基础上计算在不同深度工作地表压力的理论上的变化范围，并通过实验验证其准确性；4、讨论潜水泵深度、孔深和地下水埋深三者对地表最大压力的

7、影响，总结出使用这套设备的一些规律。全文共分七章，各章的主要研究内容概述如下：第一章、阐述了论文选题的来源、研究目的、研究的重大意义及国内外研究现状，同时概括了论文的主要研究内容及研究所采用的技术路线。第二章、介绍新型节水钻探钻具的组成部分及各部分的结构和工作原理，并对整套节水钻探系统的工作原理进行详细的说明。第三章、对新型节水钻探技术水力机械特性研究中涉及到的有关流体的概念和原理进行说明，按照相关概念对流体进行分类，对流体力学的三大原理进行推导说明，并对沿程压力损失和局部压力损失的计算公式进行推导证明