為解決常規(guī)套管鉆具應(yīng)用軟煤層鉆進(jìn)存在著鉆進(jìn)阻力大、效率低的技術(shù)難題,提出"護(hù)孔卸壓"鉆進(jìn)新觀點(diǎn),建立護(hù)孔鉆進(jìn)旋轉(zhuǎn)阻力矩模型、軸向阻力模型及護(hù)孔數(shù)值模型,分析常規(guī)套管鉆具應(yīng)用于軟煤層鉆進(jìn)存在的技術(shù)缺陷,探討"護(hù)孔卸壓"鉆進(jìn)工藝方法實(shí)現(xiàn)卸壓、降阻的力學(xué)機(jī)制。結(jié)果表明:受軟弱煤巖層鉆孔收縮產(chǎn)生的圍壓影響,應(yīng)用常規(guī)套管鉆具鉆進(jìn),在較短的鉆孔深度范圍內(nèi)其旋轉(zhuǎn)阻力矩和軸向阻力超過了鉆機(jī)的額定扭矩及提拔力,鉆桿將無法旋轉(zhuǎn)及退鉆,致使鉆進(jìn)終止;通過在套管鉆具表面設(shè)置間隙或孔結(jié)構(gòu),減小護(hù)孔鉆桿與鉆孔壁的接觸面積,為鉆孔孔壁留設(shè)變形空間,鉆桿表面形成的"卸壓區(qū)"釋放了鉆桿周圍煤體膨脹應(yīng)力,并且旋轉(zhuǎn)的鉆桿不斷切除膨脹的煤體,降低了軟煤鉆孔膨脹變形對(duì)鉆桿產(chǎn)生的摩擦阻力;提出護(hù)孔面積比S_k概念,用來表征鉆桿表面孔隙留設(shè)面積大小,伴隨S_k減小,其旋轉(zhuǎn)阻力矩和軸向鉆進(jìn)阻力呈逐漸降低趨勢(shì),降低幅度可達(dá)50%以上,從而降低了鉆機(jī)的動(dòng)力損耗,有效提高松軟煤層的鉆孔深度�；�"護(hù)孔卸壓"原理,構(gòu)建了螺旋護(hù)孔鉆桿模型和多孔結(jié)構(gòu)護(hù)孔鉆桿模型,在實(shí)際應(yīng)用中,結(jié)合施工地點(diǎn)的煤巖力學(xué)參數(shù),... 

【文章來源】：煤炭學(xué)報(bào). 2020,45(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

鉆孔收縮示意

基于套管鉆具結(jié)構(gòu),考慮軟弱地層變形收縮,假設(shè)鉆孔孔壁與套管鉆具完全接觸、鉆桿與鉆孔中心線同軸,建立套管鉆具旋轉(zhuǎn)阻力矩力學(xué)模型,如圖2所示。結(jié)合圖2,鉆桿旋轉(zhuǎn)阻力著重考慮以下2方面:

式(8)擬合套管鉆具旋轉(zhuǎn)阻力矩TA與鉆孔深度l之間的關(guān)系如圖3所示�；趫D3,應(yīng)用常規(guī)套管鉆具鉆進(jìn)時(shí),伴隨鉆孔深度的增長(zhǎng),鉆機(jī)需要克服鉆桿旋轉(zhuǎn)阻力形成的扭矩越大,例如,當(dāng)應(yīng)用ZDY6000鉆機(jī)時(shí),當(dāng)TA達(dá)到鉆機(jī)的最大扭矩6 000 N·m時(shí),根據(jù)式(8),可求得鉆孔深度僅能達(dá)到38 m,假設(shè)應(yīng)用更大功率的ZDY10000鉆機(jī),鉆孔深度僅能提高到63.3 m�？梢�,應(yīng)用常規(guī)套管鉆具鉆進(jìn),在上述條件下,即使應(yīng)用更大功率的鉆機(jī),鉆孔深度提高非常有限,因此,盲目提高鉆機(jī)動(dòng)力并非是解決常規(guī)套管鉆桿應(yīng)用效果的有效手段。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3314212