水平定向钻回拖载荷预测模型.pdf

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1、}由乞储连2012年2月第31卷第2期施工技术文章编号：1000．8241(2012)02-0147—05水平定向钻回拖载荷预测模型蔡亮学何利民’吕宇玲王丙奎于德军。1．中国石油大学(华东)油气储运与建筑工程学院，LIJ东青岛266555；2．中国石化集团管道储运公司工程公司，江苏徐州2210083．中国石油天然气管道局第四工程分公司，河北廊坊065000蔡亮学等．水平定向钻回拖载荷预测模型．油气储运，2012，31(2)：147—151．摘要：从弹性力学与非牛顿流体力学的角度出发，研究了与回拖载荷相关的变量，着重

2、分析了回拖阻力的s个组成部分(管道质量及其引起的管土摩擦力、弯曲段阻力效应弓l起的阻力与泥浆拖曳阻力)的计算方法，三者求和并根据静力平衡条件可得回拖载荷。3项阻力在回拖载荷中均占有较高的贡献权重，且贡献权重在回拖过程中呈现动态变化。泥浆拖曳阻力是回拖阻力的重要组成部分，将其纳入可更准确地预测回拖载荷的动态特性。根据搜集的HDD安装试验数据，对预测模型进行实例验证，预测结果与试验数据之间良好的一致性表明所提方法的正确性。关键词：水平定向钻；回拖载荷；预测；模型；绞盘效应；弯曲形变；泥浆拖曳阻力中图分类号：TE89文献

3、标识码：ADOhCNKI：13．1093／TE．20120104．0844．001预测回拖载荷是水平定向钻(HDD)技术的重要为准确的回拖载荷预测模型对HDD技术的推广应用研究内容，是选择钻机型号和评价管道在回拖过程中具有重要意义。以下根据弹性力学和非牛顿流体力学动态稳定性的依据。回拖载荷主要与管道质量及其知识，着重对管道弯曲效应与泥浆拖曳阻力进行分析，引起的管土摩擦力、弯曲段阻力效应、泥浆拖曳阻力推导并建立合理的回拖载荷计算方法。有关，现有研究成果包括多种分析模型，但在对回拖阻力组成部分的分析中存在较大差别。以泥

4、浆拖回拖载荷理论模型曳阻力为例，Driscopipe模型与Drillpath模型予以忽略；AGA模型J贝0通过给定管道外表面的泥浆剪1．1物理模型与基本概念切应力经验值计算之，并推荐剪切应力值取345Pa，回拖载荷是管道、土壤与泥浆耦合作用的结果。而PuckettC7]认为剪切应力值取172Pa更加合理；基于摩擦力取决于管道与土壤之间的法向作用力，由于多活塞效应，tMumert模型根据孔底泥浆压力的实测数HDD工程的穿越曲线位于垂直平面内，因此，以下值计算泥浆拖曳阻力；ASTM模型的处理方法类似给出的计算公式用于二

5、维问题的求解，涉及的相关分于Baumert模型，但推荐孔底泥浆压降值取70kPa；析与举例均在垂直平面内。建立导向孔物理模型采用Polak模型将泥浆流动假定为牛顿流体在同心环形以下假设：①穿越曲线由直线段与曲线段组成，直线段空间中的层流流动，通过计算管道外表面泥浆剪切应与曲线段之间光滑连接，曲线段是曲率半径为Ri的圆力求解泥浆拖曳阻力。另一方面，现有模型所得回拖弧。直线段与水平面之间的夹角记为a，，逆时针为正，载荷预测结果的准确度较差。Francis等基于5项是两端点为i与+1管段S的倾斜角，长度记为L，HDD穿越

6、工程，分析回拖载荷预测模型的准确度，预圆弧段的夹角取值为其弦线与水平线间的夹角，长度测值、实测值之差与预测值的比值在-240％～73％之则为其弧长(图1，为圆弧段的夹角)：②土壤作为刚间；文献[9]建议根据推荐的回拖载荷经验计算公式所性体支撑管道，在整个回拖过程中，土壤不会变形或坍得结果的1．5～3倍选择钻机。可见现有方法的预测塌，导向孔能够维持其形状；③弯曲段中的管道视为承精度难以满足工程需要，尤其对于大型HDD穿越工受分布力作用的大挠度简支梁，并处于平衡状态；④泥程“。因此，深入研究回拖载荷的形成机理，提出较浆

7、流动为幂律流体在同心环形空间的稳定流动。网络出版时间：2012一I-48：44：13网络出版地址：http：／／www．cnkinet／kcms／detail／13．1093．TE．20120104．0844．001．htmll47施工技术2012年2月第31卷第2期油乞储遘管道刚度均可造成管土间法向作用力的增加，进而对管道回拖形成阻力，这两个阻力作用分别为绞盘效应与管道弯曲效应。1．3．1绞盘效应图1HDD工程穿越曲线结构示意图绞盘效应引起的回拖阻力称为绞盘力，可根据静力平衡条件进行分析，Chehab给出了计算绞

8、盘力的详细推导过程，绞盘力F的计算公式为：E=(e一1)(3)式中：丁f1为管道沿拖动反方向一侧所受拉力(图2)，N；0为圆弧段圆心角。图2HDD工程圆弧段管遭受力分析不慝图1．3．2管道弯曲效应根据管道通过圆弧段AB时的受力分析(图2)，Cheng和Polak在分析管道弯曲效应时，假定管道仅在、B两点受到支撑，支撑点处管道的变形管道与土壤之间为点接触，采用