Wie lässt sich das Verformungsproblem von spiralnahtgeschweißten, unterpulvergeschweißten Stahlrohren lösen?

Derspiralförmig geschweißtes, unterpulvergeschweißtes StahlrohrDer Bohrmeißel rotiert und dringt in die weiche Gesteinsformation ein. Unter dem Einfluss des Dreikegels erzeugt er zunächst eine elastische Scherung der Formation, die anschließend durch den Druck des Dreikegels abgetragen wird. In der simulierten Umgebung handelt es sich bei dem weichen Boden um homogenen Ton, unabhängig von der Formation und eventuellen Rissen. Horizontales Richtbohren wird in abrupt übergehender Formation durchgeführt, wobei die Formation in zufälligem dynamischem Kontakt mit dem Rollenmeißel steht. Reibung entsteht beim Kontakt des Kegels mit der Formation. Die Aufprallkraft versetzt das spiralförmig genähte, unterpulvergeschweißte Stahlrohr in Schwingung. Beim Übergang des Dreikegels von weicher zu harter Formation entstehen zwangsläufig starke seitliche und vertikale Schwingungen.

Bei einer Bohrgeschwindigkeit von 0,008 m/s und einer Meißelgeschwindigkeit 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 die Umwandlung des größten Teils der Energie in Pseudo-Dehnungsenergie irreversibel. Die Verformungsenergie des spiralgeschweißten, unterpulvergeschweißten Stahlrohrs ist die Hauptenergie, die zur Steuerung der Sanduhrverformung benötigt wird. Ist die Pseudo-Dehnungsenergie zu hoch, ist die die Sanduhrverformung steuernde Dehnungsenergie zu groß, und das Netz wird verfeinert oder angepasst, um überschüssige, nicht vorhandene Dehnungsenergie zu reduzieren. Die Änderung der Pseudo-Dehnungsenergie in diesem Modell tritt hauptsächlich auf, wenn der Bohrmeißel in eine weiche Bodenschicht eindringt und der Rollenmeißel die abrupte Formationsgrenze durchquert. Je höher die Formationshärte, desto höher ist die Pseudo-Dehnungsenergie des Bohrmeißels beim Eindringen in die Formation. Der Bohrprozess des spiralgeschweißten Rohrs in der Formation mit abruptem Übergang wird simuliert und die Änderung der Bohrbahn des Bohrmeißels vorhergesagt.

(1) Die plötzliche Änderung der Pseudo-Dehnungsenergie tritt hauptsächlich beim Eindringen des Bohrers in die weiche Bodenschicht und beim Durchfahren der abrupten Formationsgrenze durch den Rollenmeißel auf. Je höher die Formhärte, desto größer ist die Pseudo-Dehnungsenergie des spiralnahtgeschweißten, unterpulvergeschweißten Stahlrohrs beim Eintritt in den Formgebungsprozess.
(2) Beim plötzlichen Durchbohren der Gesteinsschicht bewegt sich das spiralförmig unterpulvergeschweißte Stahlrohr in Längsrichtung, und der Bohrmeißel vibriert. Je härter das Gestein, desto größer die Amplitude des Bohrmeißels.
(3) Bei gegebener Gesteinsneigung führt eine höhere Bohrgeschwindigkeit zu einer größeren Längsabweichung der Bohrbahn, während eine höhere Drehzahl des Bohrers die Längsabweichung verringert. Unterhalb von 2,2 rad/s nimmt der Einfluss der Drehzahl auf die Längsabweichung der Bohrbahn ab.
(4) Bei einer bestimmten Drehzahl des Bohrers hat die lokale Formationsneigung von 0° und 90° keinen Einfluss auf die Bohrbahn. Mit zunehmender lokaler Neigung steigt die Längsabweichung der Bohrbahn. Ab einer lokalen Neigung von 45° verringert sich der Einfluss auf die Längsabweichung der Bohrbahn. 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 das horizontale Pilotloch.