冲击挤压跟管钻具的设计与仿真分析.pdf

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1、2013年第40卷第7期探矿工程(岩土钻掘工程)97冲击挤压跟管钻具的设计与仿真分析罗宏保，李子章，姜昭群，许沛(1．中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都611734；2．安世亚太科技股份有限公司成都分公司，四川成都610016)摘要：通过对潜孔锤跟管钻进在软弱地层中难以钻进的原因进行分析，提出将冲击挤压钻进与跟管钻进结合的设计思路，进行冲击挤压跟管钻具的结构设计。运用有限元分析软件对钻具的钻进工况进行仿真模拟分析，根据计算结果对钻具的设计、优化进行指导并为钻具结构设计的合理性提供理论依据。关键词：

2、潜孔锤跟管钻进；钻具；软弱地层；冲击挤压；仿真模拟中图分类号：P634．4文献标识码：A文章编号：1672—7428(2013)07—0097—03DesignoftheImpactExtrusionDrillingToolwithCasingandtheSimulationAnalysis／LUOHong—bao，LIZi—zhang，JIANGZhao—qun，XUPei(1．Instituteofexplorationtechnology，CAGS，ChengduSichuan611734，Ch

3、ina；2．PERAGLOBALofChengdu，ChengduSichuan610016，China)Abstract：BytheanalysisonthedifficultiesforDTHHammerdrillingwithcasinginsoftstratum，thedesignideasofcon—biningtheimpactextrusiondrillinganddrillingwithcasingwereproposedtocompletethestructuredesignofim

4、pactextru—siondrillingtoolwitheasing．Bythefiniteelementanalysissoftware，thesimulationanalysisonthedrillingconditionswasmade；thecalculationresultscanbeinstructivetothedesignandoptimizationofdrillingtoolsandcanbethetheoreticalba—sisfortherationalityofdesi

5、gnofDTHhammerdrillingtoolstructure．Keywords：DTHhammerdrillingwithcasing；drillingtool；softstratum；impactextrusion；simulationanalysis0前言套管钻杆气动冲击器导正器管靴钻头体在滑坡治理、边坡锚固等地质灾害治理施工中，锚固孔施工的效率和速度是非常关键的。由于多数滑坡、边坡地层条件比较复杂、破碎，潜孔锤跟管钻图1冲击挤压跟管钻进系统示意图进技术凭借其边钻进边跟管护壁的优势在滑坡治

6、理、边坡锚固等地质灾害治理中被广泛应用。但是，上，钻头体对软土层进行切削挤压逐级扩孑L。钻头当潜孔锤跟管钻进遇到充填土、杂填土等强度低、可体整体设计为锥形，而锥度的大小对钻具钻进效果压缩性高的潮湿、粘性软弱地层时，岩粉以泥团的形如钻进速度和深度都有着比较重要的影响。为了提式夹在上返气流中，由于这些泥团的粘性和上返气高研究设计工作的效率和技术水平，建立有限元模流流速的改变，泥团会附着于钻具、套管壁和钻杆型，对钻进过程进行有限元仿真分析，并根据计算结上，形成泥环，致使排渣很不通畅，严重的甚至于堵果来改进钻

7、具设计，提高钻具的可靠性和钻进效率。塞风路中断气流循环，导致冲击器不能正常工作。既然风路堵塞造成钻进缓慢，并针对软弱地层1有限元仿真分析的特点，我们考虑一种不排渣的方式——冲击回转冲击挤压跟管钻具工作时，锥形钻头体对软土挤压钻进，将其与潜孑L锤跟管钻进结合，设计出一种地层进行挤压切削，逐层进行挤压掘进。研究这一冲击挤压跟管钻具来解决潜孔锤跟管钻进在软弱地钻进过程，有助于提前了解和分析钻具形状设计对层中难以钻进的问题。根据此思路，完成了钻具的钻进速度和深度的影响。因此，在钻具和土体之间初步结构设计。钻具

8、结构及钻进系统如图1所示。建立行之有效的有限元模型和力学模型，对冲击挤钻具结构型式采用偏心结构，钻头体由多块组压跟管钻具的钻进过程进行有限元计算仿真分析，成，钻头体除最前面的一个前端呈锥尖状外，其余分析冲击挤压钻头与土体的相互作用机理。为了实钻头块均呈截顶圆锥体状，这样钻具工作时，从下往现钻进过程的仿真分析，主要考虑2个方面的问题：收稿日期：2013—06—15基金项目：中国地质调查局地质大调查项目“软弱地层快速成孔工艺与器具研究”(1212011120