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专利号: 2022109341453
申请人: 中国地质调查局长沙自然资源综合调查中心
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-03-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法,其特征在于,应用于绳索取心钻具系统;所述钻具系统包括扶正器、绳索取心钻杆、上扩孔器与钻杆导正器,且上扩孔器与钻杆导正器统称为稳定器;所述钻具系统还包括钻头、下扩孔器、绳索取心钻具、钻杆和主动钻杆;所述方法,包括:基于材料力学和定向井下部钻具组合设计标准中切点的辅助方程,得到切点跨距计算方程;

所述切点跨距计算方程通过二分法迭代逼近精确值,以得到不同孔斜和钻压作用下的切点跨距关系图,其中,根据纵横弯曲梁理论的假设条件,依据绳索取心钻杆、下扩孔器与钻孔孔径之间的参数关系,将绳索取心钻具的假设条件进行优化,钻头与下扩孔器视为钻头整体,不考虑二者的跨连接;根据绳索取心管柱结构中的上扩孔器与钻杆导正器与钻孔孔壁间间隙为零的特点,稳定器作为支点不会产生径向位移,增加了稳定器在纵横连续梁理论中相应的边界条件;

获取预设孔斜和预设钻压,其中,管柱结构中的稳定器外径大于钻头外径,下扩孔器的作用为修整孔壁,保持取心钻具的稳定性,防止钻头磨损导致孔径逐渐减小,确保钻孔直径符合要求;稳定器与钻孔孔壁之间全接触无间隙,以保证不会产生径向位移导致稳定器产生转角;

基于预设孔斜和预设钻压,根据所述关系图得到对应的切点跨距,并标记为目标跨距;

于所述绳索取心钻杆上安装多个稳定器,且相邻的稳定器之间的距离不超过所述目标跨距;

所述切点跨距计算方程为:

其中: ,

式中:l1为切点跨距,单位为m;S1为钻柱自重引起的轴向力,单位为N;I为钻柱的惯性

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矩,单位为m ;E为钻柱的弹性模量,单位为N/m ;u为稳定系数;q为钻柱自重引起的横向荷载,单位为N/m;△r1为管柱与井壁的半径差,单位为m;

扶正器的上部的主动钻杆在自重作用下与钻孔壁的接触点称为切点,所述切点跨距为所述切点与扶正器之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法,其特征在于,所述系统还包括取心钻头;所述基于目标孔斜和目标钻压,根据所述关系图得到对应的切点跨距,并标记为目标跨距,之后还包括:基于目标跨距和目标钻压计算得到取心钻头的钻头侧向力;

分析所述钻头侧向力以判断所述目标跨距是否合理。

3.根据权利要求2所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法,其特征在于,所述基于目标跨距和目标钻压计算得到取心钻头的钻头侧向力的计算公式为:,

式中: 为所述钻头侧向力,单位为N;l2为所述目标跨距,单位为m;S0为钻压,单位为N。

4.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法,其特征在于,所述定向井下部钻具组合设计标准的标准号为SY/T 5619‑2018。

5.根据权利要求1所述的一种基于连续梁绳索取心防斜钻具力学模型的计算方法,其特征在于,所述预设孔斜为0°‑90°。