偏心跟管钻具钻进的仿真分析.pdf

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1、6探矿工程(岩土钻掘工程)2010年第37卷第11期偏心跟管钻具钻进的仿真分析罗宏保，宋军，赵建勤，黄晓铭(1．中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都611734；2．安世亚太(科技)有限公司成都分公司，四川成都610016)摘要：针对偏心跟管钻具工作环境与受力作用复杂的情况，通过建立跟管钻具在地层中钻进的有限元模型，设定各种边界条件及载荷，运用有限元分析软件ANSYS12．0对跟管钻具的钻进工况进行仿真模拟，分析钻具在钻进时与地层岩土体相互作用下的应力应变情况。根据模拟分析结果能够更清楚地了解钻具钻进

2、时的应力状态，并对钻具的设计、优化起到指导性作用以及为钻具设计结构的合理性提供了理论依据。关键词：偏心跟管钻具；有限元；仿真模拟中图分类号：P634．4文献标识码：A文章编号：1672～7428(2010)11—0006—03SimulationAnalysisonDTHHammerDrilling、vithEccentricSimultaneousCasing／LUOHong—bao，SONGJun，ZHAO]ian—qin，HUANGXiao—ming(1．InstituteofExploratio

3、nTechnology，CAGS，ChengduSichuan611734，China；2．PERAChinaChengduLtd．，ChengduSichuan610016，China)Abstract：InviewofthecomplexsituationsofapplicationenvironmentandforceconditionofDTHhammerdrillingwithec—centricsimultaneouscasing，differentboundaryconditionsand

4、loadsweresetbythefiniteelementmodelsofDTHhammerdrillingintheformation，andDTHhammerdrillingsimulationwasmadebythefiniteelementsoftwareANSYSY12．0．A·nalysiswasmadeOI1thestress—strainofthedrillingtoolinworkingconditions．Basedonthesimulationanalysisandaccord—

5、ingtothedrillingstress，theoreticalbasisforthedesignandoptimizationofDTHhammerdrillingtoolinstructurerationali-tywasprovided．Keywords：DTHhammerdrillingwitheccentricsimultaneouscasing；finiteelement；simulation0前言内各种复杂载荷工况下各部位的应力、应变状态，并潜孔锤偏心跟管钻具是在诸如松散破碎地层、通过

6、计算分析结果在一定程度上指导我们对钻具结卵砾石地层、含漂砾的复杂地层中进行钻孑L施工的构进行改进或优化设计。本文以ANSYS12．0有限主要器具之一。它通过特殊的结构设计实现钻进过元软件为工具，建立了潜孔锤偏心跟管钻具在地层程中带动套管跟进，并且钻孑L完成后能够从套管中中钻进的有限元模型，对其钻进时与地层岩体相互顺利取出。作用下的应力应变情况进行了分析。偏心跟管钻具由导向偏心复合钻头、导正器、套管(包括管靴)组成，在钻进过程中承受相当苛刻、1钻具钻进的仿真模拟复杂的工况。这些工况包括：冲击、扭转、与岩土

7、的1．1分析方法挤压、摩擦载荷等等，这些载荷使钻具在钻孔内处于偏心跟管钻具的钻进过程是动力学问题，但是非常复杂的应力状态。但是跟管钻具各部位具体承我们本次分析采用静力学分析方法，这也是常见的对受的应力情况却不是很清楚，因此我们在设计钻具冲击载荷的简化分析方法。冲击载荷是一种随时问结构时主要还是依赖于以往的经验，这样就使得我变化的动力载荷，典型冲击载荷的形态如图1所示。如图1所示，一般采用比动力极限冲击力大的们的科研和产品开发工作中存在很多问题。计算极限静力载荷来模拟冲击过程，使计算结果偏鉴于以上情况，为

8、了分析偏心跟管钻具结构设于保守。而这种简化计算方法需要注意的就是动力计的合理性，采用计算机仿真分析软件ANSYS学分析和静力学分析的另一个区别——振动响应问Workbench12．0对偏心跟管钻具在地层中的钻进进题。如果该结构在冲击载荷下可能引起共振，则静行仿真模拟分析，以清楚地了解偏心跟管钻具在孔收稿日期：2010—09—10基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目子课题：地质灾害应急处置快速治理技术研究与示范作者简介：罗宏保(1981～