导向钻头钻具结构与钻孔直径及孔底的关系分析

导向钻头钻具结构与钻孔直径及孔底的关系分析在导向钻头钻进过程分析中，存在一个问题尚未解释清楚，钻进时到底可以在土体或者岩石中形成多大的钻孔,本节将对此问题进行阐述和研究，同时这一问题也是设计导向板的重要参考依据。在本文的研究中，选取水平定向钻进铺管工程中常见的半圆形、等腰三角形导向板,进行相关的分析、计算。1.典型导向板钻具结构与钻孔直径关系计篝d=MAXlSiyS2i(3)式(3)中:，S^acosfif+ika^asirrPf•sin2a同理根据上述推导关系结合图2，可以计算出等腰直角三角形导向板钻具结构与钻孔直径之间的关系。围1半圆形导向板结构与钻孔直径关系计算示意图将常见的半圆形导向板分为两部分:前端半圆形部分和矩形板部分，如图1所示,设矩形板与半圆板处的接点到钻杆轴线的距离为&，半圆板圆周上任一点到轴线的距离为S2。过A点做垂线垂直于钻杆轴线，交点为C，连接BC，由于钻杆垂直于AB，故钻杆垂直于ABC平面，因此BC即为B点至钻杆的垂线段;同理可得EF为E点至钻杆的垂线段。则存在如下关系：在RTAOAC中：A(^=(0A•sina^AWsin2^则在RTAABC中：BCP^AB2+AC2=a2+^2o2sin2a图中可得:/1_0=/1£*8丨11/3=供丨1於DE=dicosp则OD=OAl+AD=kaH2sin由于DF=OD•sina=(^a+asin/3)•sina则在RTADEF中：EF^DE^DF^acoe^^Xka+asin^)2•sin2a综上所述：B点到钻轩轴线的距离为：Si=^+kWsui2ct(1)JE点到钻杆轴线的距离为：S^(aco90f+(ka+asiny•sin2a(2)故：当导向板前端为半圆板时其所确定的导向孔的直径为：图2等腰直角三角形导向板结构与钻孔直径关系计算示意图故:当导向板前端为等腰直角三角板时其所确定的导向孔的直径为：d^MAX^M(4)式(4)中••S，Si=(ka+by♦sin2a+(tf-办尸(5)2.导向钻进孔底形成过程计算如图3所示:0B为钻杆图3孔底形成过程计算关系图孔底形状即确定孔底未破碎岩石块的外径是由导向板中轴线段0A确定的。设0为坐标原点，线段0A的方程为：ntga(6)则其绕坐标轴即线段0B旋转形成的曲面方程为：(7)式(7)中的方程表示的曲面为一圆锥，它的底面为半径为AB的圆，顶点为0点，其沿钻杆的剖面图4所示：3.导向钻进孔底形成过程模拟钻孔孔底形成过程的模拟软件编制采用VisualC++6.0与OpenGL^合编制，运行该程序时，取得的孔底形成过程的仿光纤通信是；通信方式。具有^带极苋，通彳目谷堂大;损耗仳，屮继距禺长;抗电磁干扰能力强;无串音千扰，保密性好；体积小重量轻，易于敷设;原材料资源丰富,可节约金属材料,成本低等独特优点，决定了它在通信技术里的主导地位。但任何一种技术体系都必须不断的发展，来满足用户不断的需求,光纤通信技术也不例外。有人认为洸纤通信的传输能力已经达到lOTbps，几乎用不完,而且现在大干线已经建设得差不多,埋地的剩余光纤还很多,光纤通信技术不需要更多的发展,但我认为它还具有很大的发展空间，会有很大的需求和市场。主要体现在:单纤双向传输技术、光纤到户(FTTH)接入技术、骨千节点的光交换技术和研发集成光电子器件等方面。1.单纤双向传输技术单纤双向传输技术是相对于双纤双向传输来讲的，双纤传输时,收发信号分别在不同的两根光纤里传输，而单纤传输时，收发信号被调制在不同的波段后在同一根光纤里传输。以前为了节约光纤资源，我们不断在光纤传输容量上下工夫，从PDH的8M,34M,140M到SDH的155M^622M,2.5G,10G再到WDM的320G,1600G等，光纤的传输容量不断增大，从理论上讲光纤的传输容量是无限的，但受到设备器件的限制，传输容量大大降低，达不到理论效果。目前光纤通信传送网都是通过双纤双向传输IT约一半的光纤资源。对十规任的尤戣个坭大的光計通佶传送来说,可以节约的光纤资源是可想而知的。研发出成熟的单纤双向传输技术具有划时代意义。目前单纤双向传输技术已有实用，但主要用在光纤末端‘接入设备:P0N无源光网络、单纤光收发器等设备,骨干传送网上暂时还没有用到这个技术。从这个方面来讲，这也是光纤通信技术发展的一个方向。2.光纤到户（FTTH)接入技术高速数据通信和高质量视频通信以及多媒体业务的发展，推动了宽带综合业务网的研究与开发。当今核心网已经形成了以光纤线路为基础的高速信道，国际权威专家把宽带综合信息接入网比作信息高速公路的“最后一公里”，并指出它是信息基础建设的“瓶颈％虽然，现在广泛采用的ADSL技术提供宽带业务尚有一定优势，但对于不久的将来要发展的宽带业务，如:网上教育，网上办公，会议电视，网上游洗远程诊疗等双向业务和HDTV髙清数字电视，上下行传输不对称的业务，尤其是HDTV，经过压缩，目前其传输速率尚需19.2Mbps,用H.264技术可压缩到5~6Mbps。通常认为对QO#所保证的ADSL的最髙传输速率是2Mbps，仍难以传输HDTV高清数字电视。使用铜线的接人方式ADSL已不能满足高速传送数据、视频及多媒体业务的要求，采用光纤接人技术已成为必然趋势，是通信技术发展的方向。真模拟。孔底形状图4导向钻进孔底形状示意图田5导向孔钻进孔底形成过程模拟从图5中可以知道,导向板钻进过程中,位于导向板上的离钻杆轴线距离最短的点最终确定孔底岩芯的形状,导向板上所有的这些点即为其中轴线,显然导向板中轴线绕钻杆轴线旋转所成的曲面为圆锥，故在理想情况下,孔底岩芯的形状为圆锥体。导向钻进中，造斜与成孔是两大主要的任务，结合图5中形成的圆锥体来分析，可以得出下述结论:导向钻头斜面在造斜过程中，主要依靠圆锥体部分产生导向力。当圆锥体增大的时候，钻头的导向性能增强,有利于造斜钻进，反之，则容易造成钻孔轨迹偏离设计方案D同时，圆锥体过大会增加钻进过程中的环状切削量，一定程度上会增加钻具的磨损，缩短钻头的寿命。圆锥体的大小与导向板的安装角有密切关系。4.结论在水平定向钻进铺管导向孔钻进过程分析的基础上，建立了导向钻头结构与钻孔直径之间的关系，得出钻孔的孔底形成过程，通过这些分析能够解决业内对此问题长期模糊的现状。