煤矿井下定向钻进螺杆钻具力学分析-论文.pdf

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1、第46卷第5期煤炭工程V01．46．No．52014年第5期COALENGINEERINGNo．5，2014doi：i0．11799／ce201405034煤矿井下定向钻进螺杆钻具力学分析黄寒静，魏宏超(中煤科工集团西安研究院，陕西西安710077)摘要：单弯螺杆钻具是实现煤矿井下近水平定向钻进的重要工具之一。文章采用纵横弯曲法对煤矿井下单弯螺杆钻具进行受力和变形分析，阐述了变斜力和变方位力与钻压、第一跨梁长度、钻孔曲率、结构弯角及工具面向角等因素的关系。此外，通过对螺杆钻具的扭矩、轴向荷载和离心力的分析，有助于全面了解螺

2、杆钻具的工作状况，对正确使用和维护钻具、保证定向钻进施工的顺利进行具有重要意义。关键词：定向钻进；螺杆钻具；纵横弯曲梁；变斜力；变方位力中图分类号：TD421．25文献标识码：B文章编号：1671—0959(2014)05-0104-03MechanicalAnalysisonScrewDrillingToolsofDirectionalDrillinginUndergroundMineHUANGHan—jing，WEIHong—chao(XianResearchInstitute，ChinaCoalTechnologya

3、ndEngineeringGroup，Xian710077，China)Abstract：Asinglebendingscrewdrillingtoolsisaoneoftheimportanttoolstorealizethehorizontaldirectionaldrillingintheundergroundmine．Acrisscrossbendingmethodwasappliedtoanalyzethestressanddeformationofthesinglebendingscrewdrillingtoo

4、lsintheundergroundmine．Thepaperstatedtherelationshipoftheinclinationvariedforceandazimuthvariedforcetothedrillingpressure，firstspanbeamlenOh，boreholecurvature，structurebendingangle，toolsfacedangleandotherfactors．Meanwhiletheanalysisonthetorque，axialloadandcentrifu

5、galforceofthescrewdrillingtoolswouldcontributetofullyunderstandtheworkingconditionsofthescrewdrillingtoolsandwouldhaveimportantsignificancestocorrectlyapplyandmaintainthedrillingtoolsandtoensurethesuccessdirectionaldrillingoperation．Keywords：directionaldrilling；sc

6、rewdrillingtools；crisscrossbendingbeam；inclinationvariedforce；azimuthvariedforce煤矿井下随钻测量定向钻进技术能够进行定向钻进或法、有限元法、能量法和纵横弯曲连续梁法J。其中，自实现轨迹控制的根本原因在于两点：①采用带弯外壳的螺家祉的纵横弯曲连续梁法理论将钻柱组合的下部弯曲看作杆钻具；②具备随钻测量系统。其中，前者是进行定向钻纵横弯曲的连续梁，根据连续性条件确定三弯矩方程组进孔轨迹控制最直接的实施工具，后者则是钻孑L轨迹调整和行弯矩和侧向力的求解

7、。该方法能够直观反映各物理量之控制的决策依据，两者缺一不可。因而对螺杆钻具的力学间的关系，并且计算简便。本文采用该方法进行分析。性能研究就显得非常必要。本文通过借鉴前人的研究方法1．1力学模型和成果，对煤矿井下定向钻进螺杆钻具进行力学分析，弄在一定假设条件下，将螺杆钻具组合三维受力与变形问清螺杆钻具在钻进过程中受到的侧向力大小与影响因素、题分解为在钻孔倾斜平面P和方位平面Q两个平面内的二维扭矩分布情况、轴向载荷以及离心力作用，对于认识和理钻孔轨迹受力与变形的双二维问题J。如图1与罔2所示。解施工过程中出现或遇到的一些情况，

8、正确使用和维护钻具以及透彻的理解和掌握该技术具有重要意义。1螺杆钻具组合受力与变形目前，螺杆钻具组合的力学分析方法主要有微分方程图1螺杆钻具组合P平面受力与变形模型收稿日期：2013—08—15作者简介：黄寒静(1984一)，男，湖北荆门人，硕士，工程师，现在中煤科工集团西安研究院从事煤矿井下定向钻进技