深部繩索取心鉆具到位報信機構的研究為增加礦產資源儲量,深部找礦成為必然,而深部鉆探是深部礦床資源勘查的最直接手段。近年來隨著我國經濟迅猛發(fā)展,提升了對上游資源的需求,帶動了地勘事業(yè)迅速發(fā)展,也促進了勘探技術的發(fā)展,由于淺部資源已面臨枯竭,地質勘探逐漸的由淺部向深部延伸。在深部鉆探施工中,金剛石繩索取心鉆探方面的應用越來越多。金剛石繩索取心鉆進是一種無需頻繁提鉆的鉆進工藝,在深部的鉆探工程中會擁有著更多的技術優(yōu)勢。但隨著鉆孔深度的增加,現(xiàn)有繩索取心鉆具也逐漸地顯露出一些不足和缺陷,主要體現(xiàn)在:到位報信機構不能自動調整復位、靈敏度低;雖然在繩索取心鉆具內管總成的投放過程中,可以通過傾聽繩索取心鉆具內管總成投放到位后金屬的撞擊聲,來判斷投放是否到位,但在深孔鉆進時,撞擊聲衰減至極弱,已不能通過撞擊聲來判斷內管總成何時投放到位,這給現(xiàn)場的鉆探生產帶來了很大的不確定性,導致在深孔鉆進中不能準確報信。這些問題不僅增加了鉆進輔助時間,甚至會影響到鉆探的安全生產。現(xiàn)有技術,繩索取心鉆具上,具有到位報信的機構,由片狀的閥堵以及掛簧、壓簧和定位彈簧等組成,但在實際使用時,時常出現(xiàn)憋泵、吸附、抽吸等問題,致使鉆進無法正常進行;另一種用鋼球和彈簧組成的一種到位報信機構,使用時能夠起到位報信的作用,但這種結構會造成一定的壓力損失。所以,在進行繩索取心金剛石鉆進時,均不使用上述到位報信機構,現(xiàn)有的繩索取心鉆具在結構上也都進行了簡化,剔除了上述的到位報信機構,通常在500米以內的鉆孔,一般都是通過傾聽內管總成投放到位后的金屬撞擊聲來確定是否投放到位,超過500米的鉆孔是依據(jù)繩索內管總成投放的速度,來估算投放到位的時刻。針對上述問題,本文采用流體力學理論、水擊理論對深部鉆探繩索取心鉆具的結構進行了分析與優(yōu)化,采用有限元仿真模擬了繩索取心鉆具內管總成的投放及到位報信機構的工作過程,解決了深部鉆進過程中出現(xiàn)的技術問題,確保了深部鉆探的安全生產。對于深部鉆探高效鉆進和安全生產具有實際意義。論文主要的研究成果如下:(1)對深部繩索取心鉆具到位報信機構進行了全面的理論分析。采用流體力學理論分析對活動閥堵處沖洗液流動過程中的運動平衡狀態(tài)、阻力以及能量問題進行平衡方程,沿程阻力、局部阻力和沿程能量損失、局部能量損失從而得到內管總成投放到位時的總阻力和總能量損失的研究,并結合水擊理論進行理論對內管到位時產生的水擊壓力進行理論分析,得出內管總成的運動過程以及運動過程中壓力的損失值,在理論上計算了內管總成投放到位時壓力損失值,對結構的優(yōu)化有重要意義;(2)對深部繩索取心鉆具到位報信機構的結構進行了研究。在理論研究的基礎上,對深部繩索取心鉆具的外管總成、內管總成的以及內管中各個裝置的結構進行詳細的敘述,特別對鎖緊裝置、定位裝置、到位報信裝置的到位報信機構進行結構原理優(yōu)化和設計的研究。鎖緊裝置保證了中心通道在最大開啟度時被鎖定,中心通道暢通,壓力損失小;內管總成到位后,通過定位裝置鎖定,縮短了繩索鉆具長度;到位報信裝置可自動復位,壓力損失小;(3)對深部繩索取心鉆具到位報信機構進行了有限元仿真分析。采用AnsysFluent軟件