水平定向钻进技术在某市政工程中的应用与实施

简述了水平定向钻进施工技术及优点,从施工前准备至现场施工中的导向钻进、分级扩孔、回拉管道等各方面对该施工工艺进行了论述,探讨了具体的操作规程和水平定向钻施工的关键技术,最后结合具体工程进行了说明。     

导向钻进铺设污水管施工工程

本文引用非开挖水平导向钻进铺设排泄管道工程实例,阐述多级挤压与排土结合的扩孔工艺,回拉和顶进结合的穿越管方法等施工技术和应用效果。     

PDC锚杆钻头回转钻进的力学特性与试验

针对煤矿巷道锚固孔快速精准钻进的施工需求,通过建立PDC锚杆钻头回转钻进力学模型,对其主要力学影响因素进行了理论分析。结果表明:PDC切削齿轴向力随压入深度的增大而增大,随切入角的增大表现出先减小后增大的趋势;当煤系岩石摩擦系数f为0.20~0.43时,可得最优切入角为15.0°~18.3°,此时在相同压入深度条件下轴向力和切向力最小。并进一步结合煤系岩石的力学特性,提出了PDC切削齿作用下的岩石破碎条件,得出不同压入深度时轴向力和切向力的关系。利用自主研发的钻进试验台对模拟岩样进行了钻进试验,试验结果验证了PDC锚杆钻头回转钻进力学模型的正确性。研究结果为PDC锚杆钻头优化设计,锚固孔钻进效率与精度的提高,以及钻进轴向力和切向力的变化预测等提供了理论依据。      

流砂地层的非开挖导向钻进工法探讨

目前最流行的非开挖铺管技术为导向钻进法，但这种施工法在流砂地层施工时容易发生塌孔。为了解决这一问题，设计了一种燕尾形扩孔钻头，并提出了相应的工法，同时还提出了另外两种工法——注浆法和护壁法。     

基于微钻试验金刚石钻头钻进速度的研究

利用结构相同、胎体配方与金刚石参数不同的孕镶金刚石钻头对花岗岩进行微钻试验获得的数据,并对数据进行了分析;基于孕镶金刚石钻头破碎岩石机理,根据单粒金刚石与岩石相互作用的力学模型,结合钻头结构、岩石性质和回转速度,推导出钻头钻速的理论模型,经验证,钻速理论计算值与实测值具有较好的吻合度;分析得出增加钻头唇面与岩石之间的摩擦系数,利于提高在坚硬岩石钻进中的钻进效率。     

科学深钻扩孔钻头及钻进技术研究

阐述了科学深钻扩孔钻进的必要性,重点探讨了科学深钻的扩孔钻进工艺技术及其所用扩孔钻头、钻具的选型及结构设计,并提出了超万米深孔科学钻探扩孔钻进的工艺及钻头、钻具的设计。     

定（导）向钻进施工中不可忽视的几个问题

本文主要讨论了在定（导）向钻进施工中，钻机锚固、钻头的选择、导向孔施工、扩孔器、钻井液等不可忽视的几个问题。     

导向钻进非开挖铺管施工扩回钻头的设计改进

针对导向钻进非开挖铺设地下管线施工中回扩钻头存在的口径大、包泥堵钻、进尺缓慢、切削齿不耐磨等问题,对钻头结构进行了研究,并从导向钻头、出水口、刮刀、切削齿等四个方面对钻头进行了改进。改进后的回扩孔钻头既有利于切入地层,具有导向和稳定作用,又具有切削阻力低、强度高、耐磨性好的优点,极大的提高了钻进效率。经多项工程检查,扩孔钻头平均单孔耐磨翼片磨损量为1.2～1.75mm,平均〈0.5mm/km。     

火山岩地层钻进金刚石钻头寿命与效率的探讨

火山岩地层岩性变化大,岩石的物理力学性质也差异极大,根据岩石的物理力学性质选用相应的金刚石钻头参数,能较大的提高金刚石钻头的使用寿命和钻进效率,从而获得较好的钻进效果和经济效益。从常见的几种火山岩地层中使用不同参数的金刚石钻头的使用寿命和钻进效率进行了统计和分析,提出了与地层相适宜的金刚石钻头技术参数的选用原则与选用方法。     

大直径集束潜孔锤正循环快速扩孔钻进技术试验

空气潜孔锤钻进是基岩尤其是坚硬岩石地区施工首选的一种高效钻进技术。但目前国内直径大于660 mm的空气潜孔锤一次性扩孔钻进的不多,特别是660 mm的集束潜孔锤正循环一次性扩孔排渣钻进更是屈指可数。在金能2号瓦斯抽放立井的钻进试验证明,660 mm集束潜孔锤扩孔能够实现正循环一次性扩孔排渣钻进,并具有扩孔速度快、钻进效率高、施工周期短、适应性强等优点。在较坚硬的岩石地层平均钻进速度6.36 m/h,最高钻进速度9 m/h,比正循环牙轮钻头钻进速度高10倍。对矿井发生灾害事故时,可在最短时间内进行被困人员施救提供了行之有效的方法,同时,也可解决缺水地区或严重漏失地层钻进技术难题。     

基于Drucker-Prager准则的扩孔器单齿正交切削岩土三维力学模型

扩孔器是定向穿越扩孔钻进阶段进行岩土切削的主要工具,合理的结构设计是提高扩孔时效、降低工程复杂问题出现几率的主要手段,且由于扩孔阶段是决定定向穿越工程工期的最主要阶段,因此,对扩孔器切削齿的切削效率进行深入研究是非常必要的。从单齿正交切削岩土的机制入手,综合考虑岩土与切削齿面之间的接触摩擦及岩土剪切区的剪切作用,分析了单齿正交切削岩土的力学特征,基于能够考虑中间主应力对岩土破坏影响的Drucker-Prager强度准则,推导了单齿正交切削岩土的主切削力与主切削力矩计算公式;在利用有限元计算程序对所推导公式进行验证的基础上,优选了剪切角计算模型,获得了不同岩土材料时的主切削力解析解,并分析了不同齿前角对主切削力的影响规律,从而获得单齿正交切削岩土的最优齿前角,为进一步研究扩孔器整体结构设计并针对不同岩土介质设计出适应性更强的扩孔器结构奠定基础。     

A new displacement back analysis to identify mechanical geo‐material parameters based on hybrid intelligent methodology

Displacement back analysis is a common method to identify mechanical geo‐material parameters using the monitored displacement. How to obtain a global optimum solution in large space search of highly non‐linear multimodal is a key point of optimum back analysis. The paper presents a new back analysis that is an integration of evolutionary support vector machines (SVMs), numerical analysis and genetic algorithm. The non‐linear relationship between the mechanical geo‐material parameters to be identified and the corresponding displacement values of key points is learned and represented by evolutionary SVMs in global optimum. Numerical analysis is used to create training and testing samples for recognition of SVMs. Then, performing a global optimum search on the obtained SVMs using genetic algorithm can identify the mechanical geo‐material parameters. The proposed algorithm is tested by back analysis of an elastic plate and an elastic–plastic plate and used to recognize mechanical parameters of subclay, strongly weathered tuff and weakly weathered tuff of Bachimen slope, Funing expressway, Fujian, China. The results indicate that applicability of the proposed algorithm with enough accuracy. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

泥岩巷道围岩弹塑性参数反演分析与长期稳定性预测

以实测的围岩蠕变变形资料为基础,基于现场监测所获得的蠕变本构模型,对某一矿区泥岩体的力学参数进行了弹塑性反演分析,得到的巷道围岩体基本力学参数分别为弹性模量E=2.0 GPa,凝聚力c=1.31 MPa,内摩擦角? =24º。待反演参数水平均值的极差结果显示,通过极差的大小可以判断岩土力学参数的敏感性,对蠕变的影响而言,凝聚力最敏感,其次是内摩擦角,弹性模量再次之。在此基础上,利用反演所得的围岩基本力学参数进行了正演,计算得到了各测点处对应的蠕变位移增量,与实测值相比吻合较好,表明反分析所获得的岩体材料参数综合反映了巷道围岩的力学特性。最后,对巷道围岩变形大小及塑性区范围进行了预测。     

非开挖导向钻进实际轨迹的控制设计

非开挖导向钻进技术，具有施工速度快、适用范围广等优点，得到了广泛的应用。在实际钻进中，由于钻进在地下的不确定性，影响了导向钻进的顺利进行。到得钻进中当前点的顶角、方位角和孔深，通过均角全距法原理，可以近似地描绘出当前钻孔的空间实际轨迹，并确定钻头的位置。应用这一原理，同时运用VisualBasic语言和AutoCAD绘图工具相结合的方法，编制一套应用程序，可以直接绘制出当前钻孔轨迹，并可实现对钻孔轨迹的调控，从而保证导向钻进的顺利进行。     

不需起拔套管的孔内扩径钻具设计

针对下套管护壁后,下部地层出现新的缩颈、垮塌问题,设计了一种不需起拔套管的孔内扩径钻具。描述了该扩径钻具的结构和工作机理,其扩孔尺寸可通过调节滑心滑块的尺寸来改变;导出了冲洗液量与金刚石切削块上的钻压之间的理论公式,为选择合理的扩孔钻进规程提供了一种参考依据。野外应用表明,该扩径钻具能够满足现场扩孔要求,减轻工人劳动强度,提高钻进时效。      

单球投入式扩眼器及其扩眼技术在渤海油田的应用

随着渤海油田开发的深入,深井、大位移井等高难度井作业大量增加,为保证安全,在井内下入尾管或者完井时下入防砂筛管等成为必然要求。但这类作业一般处于井的深部井段,实施困难较大,为保证尾管、筛管的顺利下入,利用扩眼器将实际井眼扩大成为解决问题的主要技术措施。介绍了单球投入式扩眼器的结构组成及工作原理,并通过实例阐述了该扩眼器在随钻扩眼、钻后扩眼（倒划扩眼、下划扩眼）的应用情况,对扩眼器在不同工作模式下的使用效果进行了分析。     

隧洞围岩损失位移估计的智能优化反分析

隧洞开挖过程中围岩监测断面的布置一般滞后于掌子面开挖,监测断面布置前围岩已发生的位移称为损失位移。采用优化反分析思路求取损失位移,该思路将损失位移的求解转化为以实测位移与计算位移的误差作为目标函数、岩体力学参数作为决策变量的全局优化反分析问题。针对该全局优化反分析问题是一类高度非线性多峰值且计算代价较高的优化问题,将性能优异的粒子群优化算法与高斯过程机器学习方法相融合,结合FLAC3D数值计算程序,提出隧洞围岩损失位移优化反分析的粒子群-高斯过程-FLAC3D智能协同优化方法。算例研究表明,该方法是可行的,不仅能获得可靠的损失位移预测结果,而且可获取合理的围岩计算模型力学参数,具有全局性好、计算效率高的特点,克服了传统优化反分析方法容易陷入局部最优或过于依赖初始学习样本的局限性。将该方法应用到锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的损失位移反分析,获得了该断面围岩的损失位移和力学参数,其中,损失位移较大,原因在于岩体开挖后在短时间内弹性变形大。因此,对于地下工程,特别是深部地下岩体工程,在围岩稳定性评价与围岩参数反分析中,损失位移不可忽视,应给予足够重视。     

朝阳沟油田双30-2区扶Ⅰ层裂缝发育区预测研究

通过构造裂缝形成的力学机制分析，应用弹性理论、有限单元法和岩石破坏准则等，对朝阳沟油田双30—2区块扶I层应力裂缝发育区进行预测，旨在判断裂缝性油藏区。结果表明，预测结果与现场钻探取样结果符合较好，从而为该区下一步布井和注水提供了依据。     

扩孔器结构设计探讨

扩孔是水平定向钻进铺管的重要工序。对大直径管道铺设,扩孔施工所需的时间和经费,常常会占到全部工程的绝大部分比例,成为最重要、也是最主要的施工工作。扩孔器的性能直接影响施工的效率、效益与安全。在研究扩孔器的功能与结构关系基础上,提出：大、小直径相异的工作空间,决定扩孔器的总体结构应当以导向一切削一扶正三段式为佳;环状台阶式的破碎工作面,决定其切削段结构应以最小切削量设计布置切削具;水路设计的流体运动方向,应向着钻机一侧的孔口;为使碎屑尽快排出切削面,应以保证高速流动为原则。对常见的软土及松散地层扩孔,建议采用带挤压护壁功能的新型扩孔器。