Das spiralförmig genähte, unterpulvergeschweißte Stahlrohr wird gedreht und gebohrt, um in die weiche Bodenschicht einzudringen. Unter dem Einfluss des Dreikegelrades erzeugt der Bohrmeißel zunächst eine elastische Scherung der Bodenschicht und wird anschließend durch den Druck des Dreikegelrades wieder herausgezogen. In der Simulationsumgebung besteht der weiche Boden aus homogenem Ton, und Risse in der Bodenschicht werden nicht berücksichtigt. Das Horizontalbohren erfolgt in der sich abrupt ändernden Bodenschicht, wobei die Bodenschicht in zufälligem dynamischem Kontakt mit dem Rollenbohrmeißel steht. Beim Kontakt des Kegels mit der Bodenschicht entsteht Reibung. Die Aufprallkraft versetzt das spiralförmig genähte, unterpulvergeschweißte Stahlrohr in Schwingung. Beim Übergang des Dreikegelbohrmeißels von der weichen zur harten Bodenschicht entstehen zwangsläufig starke seitliche und vertikale Schwingungen.
Bei einer Bohrgeschwindigkeit von 0,008 m/s und einer Vorschubgeschwindigkeit des Bohrers von 2 rad/s wird die Pseudo-Dehnungsenergiekurve während des Vorschubs des Rollenbohrers hauptsächlich durch Viskosität und Elastizität bestimmt. Da der Viskositätsanteil jedoch meist dominiert, ist der größte Teil der in Pseudo-Dehnungsenergie umgewandelten Energie irreversibel. Die Verformungsenergie des spiralgeschweißten, unterpulvergeschweißten Stahlrohrs 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 wird das Netz verfeinert oder angepasst, um die überschüssige Pseudo-Dehnungsenergie zu reduzieren. Die Änderung der Pseudo-Dehnungsenergie in diesem Modell tritt hauptsächlich auf, wenn der Bohrer in eine weiche Bodenschicht eindringt und die Grenzfläche einer plötzlichen Formation durchquert. Je höher die Härte der Formation, desto höher die Pseudo-Dehnungsenergie beim Eindringen des Bohrers. Der Bohrprozess des spiralgeschweißten Rohrs in der plötzlichen Formation wird simuliert und die Änderung der Bohrbahn des Bohrers prognostiziert.
(1) Die Änderung der Pseudo-Dehnungsenergie tritt hauptsächlich beim Eindringen des Bohrers in die weiche Bodenschicht und beim Durchdringen der Grenzfläche der plötzlichen Formation auf. Je höher die Formhärte, desto größer ist die Pseudo-Dehnungsenergie des spiralgeschweißten, unterpulvergeschweißten Stahlrohrs beim Eintritt in die Formation.
(2) Beim Bohren in der plötzlichen Gesteinsformation bewegt sich das spiralförmig unterpulvergeschweißte Stahlrohr in Längsrichtung, und der Bohrmeißel vibriert. Je härter die Gesteinsformation ist, desto größer ist die Amplitude der Bohrmeißelvibration.
(3) Bei bestimmten Neigungsbedingungen der Formation führt eine höhere Bohrgeschwindigkeit zu einer größeren Längsabweichung der Bohrbahn, während eine höhere Bohrgeschwindigkeit zu einer geringeren Längsabweichung führt. Bei einer Bohrgeschwindigkeit unter 2,2 rad/s verringert sich der Einfluss der Geschwindigkeit auf die Längsabweichung der Bohrbahn.
(4) Bei einer bestimmten Bohrgeschwindigkeit hat die lokale Formationsneigung von 0° und 90° keinen Einfluss auf die Bohrbahn; mit zunehmender lokaler Neigung nimmt die Längsabweichung der Bohrbahn zu; ab einer lokalen Neigung von 45° nimmt der Einfluss auf die Längsabweichung der Bohrbahn ab.
Veröffentlichungsdatum: 19. Dezember 2024