为增加矿产资源储量,深部找矿成为必然,而深部钻探是深部矿床资源勘查的最直接手段。近年来随着我国经济迅猛发展,提升了对上游资源的需求,带动了地勘事业迅速发展,也促进了勘探技术的发展,由于浅部资源已面临枯竭,地质勘探逐渐的由浅部向深部延伸。在深部钻探施工中,金刚石绳索取心钻探方面的应用越来越多。金刚石绳索取心钻进是一种无需频繁提钻的钻进工艺,在深部的钻探工程中会拥有着更多的技术优势。但随着钻孔深度的增加,现有绳索取心钻具也逐渐地显露出一些不足和缺陷,主要体现在:到位报信机构不能自动调整复位、灵敏度低;虽然在绳索取心钻具内管总成的投放过程中,可以通过倾听绳索取心钻具内管总成投放到位后金属的撞击声,来判断投放是否到位,但在深孔钻进时,撞击声衰减至极弱,已不能通过撞击声来判断内管总成何时投放到位,这给现场的钻探生产带来了很大的不确定性,导致在深孔钻进中不能准确报信。这些问题不仅增加了钻进辅助时间,甚至会影响到钻探的安全生产。现有技术,绳索取心钻具上,具有到位报信的机构,由片状的阀堵以及挂簧、压簧和定位弹簧等组成,但在实际使用时,时常出现憋泵、吸附、抽吸等问题,致使钻进无法正常进行;另一种用钢球和弹簧组成的一种到位报信机构,使用时能够起到位报信的作用,但这种结构会造成一定的压力损失。所以,在进行绳索取心金刚石钻进时,均不使用上述到位报信机构,现有的绳索取心钻具在结构上也都进行了简化,剔除了上述的到位报信机构,通常在500米以内的钻孔,一般都是通过倾听内管总成投放到位后的金属撞击声来确定是否投放到位,超过500米的钻孔是依据绳索内管总成投放的速度,来估算投放到位的时刻。针对上述问题,本文采用流体力学理论、水击理论对深部钻探绳索取心钻具的结构进行了分析与优化,采用有限元仿真模拟了绳索取心钻具内管总成的投放及到位报信机构的工作过程,解决了深部钻进过程中出现的技术问题,确保了深部钻探的安全生产。对于深部钻探高效钻进和安全生产具有实际意义。论文主要的研究成果如下:(1)对深部绳索取心钻具到位报信机构进行了全面的理论分析。采用流体力学理论分析对活动阀堵处冲洗液流动过程中的运动平衡状态、阻力以及能量问题进行平衡方程,沿程阻力、局部阻力和沿程能量损失、局部能量损失从而得到内管总成投放到位时的总阻力和总能量损失的研究,并结合水击理论进行理论对内管到位时产生的水击压力进行理论分析,得出内管总成的运动过程以及运动过程中压力的损失值,在理论上计算了内管总成投放到位时压力损失值,对结构的优化有重要意义;(2)对深部绳索取心钻具到位报信机构的结构进行了研究。在理论研究的基础上,对深部绳索取心钻具的外管总成、内管总成的以及内管中各个装置的结构进行详细的叙述,特别对锁紧装置、定位装置、到位报信装置的到位报信机构进行结构原理优化和设计的研究。锁紧装置保证了中心通道在最大开启度时被锁定,中心通道畅通,压力损失小;内管总成到位后,通过定位装置锁定,缩短了绳索钻具长度;到位报信装置可自动复位,压力损失小;(3)对深部绳索取心钻具到位报信机构进行了有限元仿真分析。采用Ansys Fluent软件对绳索取心钻具内部流场进行了数值模拟分析,得到了工作时绳索取心钻具内管中流场的压力变化,验证了理论计算的结果。研制了深部绳索取心钻具样机。