Wie lässt sich das Verformungsproblem von spiralförmig unterpulvergeschweißten Stahlrohren lösen?

Derspiralförmig geschweißtes, unterpulvergeschweißtes StahlrohrDer Bohrmeißel rotiert und dringt in die weiche Bodenschicht ein. Unter dem Einfluss des Dreikegelrades erzeugt er zunächst eine elastische Scherung der Formation und wird anschließend durch den Druck des Dreikegelrades wieder herausgezogen. In der Simulationsumgebung wird der weiche Boden als homogener Ton angenommen; Formationen und Risse im Boden werden nicht berücksichtigt. Horizontales Richtbohren erfolgt in abrupten Formationen, die in zufälligem dynamischem Kontakt mit dem Rollenmeißel stehen. Beim Kontakt des Kegels mit der Formation entsteht Reibung. Die Aufprallkraft versetzt das spiralförmig genähte, unterpulvergeschweißte Stahlrohr in Schwingung. Beim Übergang von weichen zu harten Formationen erzeugt der Dreikegelmeißel zwangsläufig starke seitliche und vertikale Schwingungen.

Bei einer Bohrgeschwindigkeit von 0,008 m/s und einer Drehzahl des Bohrers von 2 rad/s wird die Pseudo-Dehnungsenergiekurve während des Vorschubs des Rollenmeißels hauptsächlich durch Viskosität und Elastizität bestimmt. Da der viskose Anteil jedoch meist überwiegt, ist der größte Teil der in Pseudo-Dehnungsenergie umgewandelten Energie irreversibel. Die Verformungsenergie von spiralgeschweißten, unterpulvergeschweißten Stahlrohren ist die Hauptenergie, die zur Kontrolle der Sanduhrverformung benötigt wird. Ist die Pseudo-Dehnungsenergie zu hoch, bedeutet dies, dass die die Sanduhrverformung steuernde Dehnungsenergie zu groß ist. In diesem Fall sollte das Netz verfeinert oder angepasst werden, um die übermäßige Pseudo-Dehnungsenergie zu reduzieren. Die Änderung der Pseudo-Dehnungsenergie in diesem Modell tritt hauptsächlich auf, wenn der Bohrer in eine weiche Bodenschicht eintritt und der Rollenmeißel die abrupte Formationsgrenze durchquert. Je härter die Formation ist, desto höher ist die Pseudo-Dehnungsenergie beim Eintritt des Bohrers in die Formation. Simulieren Sie den Bohrprozess von spiralgeschweißten Rohren in abrupten Formationen und prognostizieren Sie die Änderungen der Bohrbahn.

(1) Pseudo-Dehnungsenergieänderungen treten hauptsächlich beim Eindringen des Bohrers in die weiche Bodenschicht und beim Durchfahren der abrupten Formationsgrenzfläche durch den Rollenmeißel auf. Je höher die Formationshärte, desto größer ist die Pseudo-Dehnungsenergie beim Eintritt des spiralgeschweißten, unterpulvergeschweißten Stahlrohrs in den Formationsprozess.
(2) Beim Bohren in eine abrupte Gesteinsformation bewegt sich das spiralförmig unterpulvergeschweißte Stahlrohr in Längsrichtung, und der Bohrmeißel vibriert. Je härter die Gesteinsformation, desto stärker die Vibration des Bohrmeißels.
(3) Bei bestimmten Neigungswinkeln der Formation führt eine höhere Bohrgeschwindigkeit zu einer größeren Längsabweichung der Bohrbahn; umgekehrt ist die Längsabweichung geringer, wenn die Bohrgeschwindigkeit zunimmt. Bei einer Bohrgeschwindigkeit unter 2,2 rad/s verringert sich der Einfluss der Drehzahl auf die Längsabweichung der Bohrbahn.
(4) Bei einer bestimmten Bohrgeschwindigkeit hat der lokale Neigungswinkel der Formation von 0° und 90° keinen Einfluss auf die Bohrbahn. Mit zunehmendem Neigungswinkel steigt die Längsabweichung der Bohrbahn. Ab einem Neigungswinkel von 45° verringert sich dieser Einfluss. Die Forschungsergebnisse dieses Kapitels sind von großer Bedeutung für die Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit der Bohrbahn von Dreikegelbohrern in steilen Formationen und bilden eine theoretische Grundlage für die Korrektur der Bohrbahn von spiralförmig unterpulvergeschweißten Stahlrohren durch horizontale Pilotbohrungen.