HDD挤压式扩孔钻头拉力-扭矩模型建立及验证.pdf

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1、2010年第37卷第3期探矿工程(岩土钻掘工程)59HDD挤压式扩孔钻头拉力一扭矩模型建立及验证邱玲玲，乌效呜，孟凡威(中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074)摘要：在水平定向钻进中，作用在钻头上拉力和扭矩是设计钻进和施工的重要依据。通过对挤压式钻头的力学分析，提出了挤压式钻头的拉力一扭矩模型并较全面地分析了影响模型结果的因素。还结合现场施工数据对模型进行实践验证，结果与现场数据较为吻合。因此，该模型对挤压式钻头水平定向钻进施工设计优化起到了很重要的指导作用。关键词：挤压式钻头；拉力；扭矩；拉力一扭矩模型；水平定向钻进中图分类号：P634

2、．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2010)03—0059—03EstablishmentandCertificationoftheTension-TorqueModelofExtrusionTypeReamingBit／Q1ULing—ling，WUXiao—ruing，MENGFan—wei(FacultyofEngineeing，ChinaUniversityofGeosiences，WuhanHubei430074，China)Abstract：InHDD，thetensionandtorqueactingonthebitar

3、eimportantfoundationsforthedesignofdrillingandcon—struetion．Thetension—torquemathematicalmodelisestablishedbythemechanicalanalysisonextrusiontypereamingbitandthe~etomwhichaffecttheresuhsofthemodelareanalyzedentirely．Themodelwastestedaccordingtotheconstrue—tiondata，theresultsa~e

4、edwithfielddatawel1．Therefore，themodelplaysanimportantroleforconstructiondesignopti—mizationonHDDwithextrusiontypereamingbit．Keywords：extrusiontypereamingbit；tension；torque；tension—torquemodel；HDD0引言时，钻头斜面只与中部土体圆台区域接触。该部分随着我国经济的大力发展，水平定向钻进技术土体将产生变形。随着钻头的回转，圆锥体面上的广泛应用于供水、煤气、天然气、

5、污水、电力和电信电土体都将产生变形，这样循环往复，钻孔就会不断地缆等公用事业管线的铺设。但其遇到的问题也是比加深。而破碎下来的土体，其中部将进入钻头上部，较复杂。例如在进行定向钻进施工前对钻机型号的另一部分将被挤入土层。该部分土体在钻头斜面的选择没有可参考的依据，在施工设计时，只是人为的作用下发生破坏，钻头提供破坏该部分土和克服侧分配扩孔级数，没有科学高效的分配扩孔级径，而在壁摩擦所需的力。钻机开动时，对回拉速度与回转速度方面也达不到1．2模型建立最优化的效果，诸如此类往往会出现“大马拉小车”1．2．1基本假设或“小马拉大车”等不协调的情况，造成设备

6、的适应(1)钻头为刚性体形；能力差或高频率出现钻孔事故等。(2)钻头横截面为圆形；本文通过对挤压时钻头的力学分析建立的拉力(3)钻头与孔壁连续接触；一扭矩模型很好的解决了以上的问题。(4)摩擦系数在某孑L段为常数；(5)把一切引起轴向阻力和旋转扭矩增加的因1钻头拉力一扭矩模型建立素都等价于钻头与孔壁摩擦系数的变化。1．1钻头钻进过程分析1．2．2钻头(以挤压式钻头为例)拉力一扭矩方程水平定向钻进在回转钻进时，钻头在与土体平图1为工程中常用的挤压时钻头实体，图2为面接触后，假设钻头回转一周进尺为h，在轴向力的其相应的力学模型的示意图，钻头的锥度为Ot，

7、前一作用下，钻头尖端先切人土层，则钻头切人土层的深级孔半径为r，钻头半径为尺，土体摩擦系数为度为h，在回转力的作用下，钻头回转一周，将其所圆台的侧面积：S=7rl(R+r)[其中f为圆台的经过部分的土体破坏掉，钻头在轴向力和回转力的母线，f_(R—r)／sina]。作用下继续钻进，钻头尖部又吃入土层h深度，而此收稿日期：2009—12—07：修回日期：2010—01—11作者简介：邱玲玲(1985一)，女(汉族)，江苏盐城人，中国地质大学(武汉)硕士研究生在读，地质工程专业，研究方向为勘察及地质工程，湖北省武汉市鲁磨路中国地质大学(武汉)120081

8、1班，truly900@163．conl。探矿工程(岩土钻掘工程)2010年第37卷第3期2现场数据验证当钻