一种大直径管道水平定向钻回拖力计算模型、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种大直径管道水平定向钻回拖力计算模型、方法及装置，本发明专利技术的模型构造更加符合工程实际，首先摩擦力计算部分结合了实际工程中采用的发送沟减阻工艺，对力学模型摩擦力部分进行了优化，其次管道自身重力计算中同样通过分析实际管道结构，增加了对防腐保温层重度的考虑，另外增加了管道自身端头和扩孔钻头所受流体迎面动阻力的考虑，同样增加了该力学模型与实际工况的符合性。本方法通过分段公式计算，且引入了求和公式，表达了弯曲段不同倾斜角下的i段管道的受力，能够对整个回拖过程的回拖力变化趋势进行预测。回拖过程的回拖力变化趋势进行预测。回拖过程的回拖力变化趋势进行预测。

【技术实现步骤摘要】
一种大直径管道水平定向钻回拖力计算模型、方法及装置


[0001]本申请涉及开关频率优化
，具体公开了一种大直径管道水平定向钻回拖力计算模型。

技术介绍

[0002]随着油气管网建设进程的不断加快，大直径油气管道水平定向钻穿越技术得到广泛应用。水平定向钻技术属于非开挖掘进技术，非开挖掘进技术主要用于地下管道的铺设、更替、修复等情况，因其减少了地表开挖，因此适应面更广，同时降低了对周遭环境的破坏和不良影响。
[0003]该技术通过设计钻孔轨迹和先开导向孔，随后进行扩孔和反向回拖来完成非开挖管道敷设。在面对如今地下错综复杂的各类管道和构筑物，利用定向钻穿越施工技术，具有显著的优势，采用定向钻穿越避免了大开挖，不仅不会对施工地点的植被产生破坏，也不会对交通、商店，或是对周边的环境、建筑物基础产生不良影响，由于没有水下与水上作业，不会影响江河正常通航，也不会对江河两侧的堤坝稳固性，或是对河床结构产生破坏。相较其他敷设方式，定向钻穿越避免了施工过程中的开挖作业，降低了管道施工难度，减少了对周围建(构)筑物的破坏和水土流失，具有适应性强、施工周期短、安全性较高、成本低等明显优势。
[0004]但在以往的定向钻穿越工程实施过程中，能够得到重视的施工环节往往是先导孔的钻进、管道的焊接及保护层的检测等，管道回拖作为最后的关键步骤，在油气管道直径尺寸、穿越长度增加、以及砂土地层环境影响下仍面临较多技术困难，甚至发生回拖受阻或失败事故。
[0005]目前国内相关国标规范、行业规范中所提及的有关回拖力的计算公式普遍简单、易于计算，考虑的因素主要是管道自身所受摩擦力和成孔液拖拽力，重力方面主要考虑了成孔液提供的上浮力、钢材自重、单位长度配重，普遍未对管道弯曲带来的影响进行考虑。为此，开展大直径管道水平定向穿越回拖回拖力的计算研究显得十分必要。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有技术的缺点，本专利技术提出一种大直径管道水平定向钻回拖力计算模型、方法及装置。
[0007]本专利技术提出的技术方案是：
[0008]一种大直径管道水平定向钻回拖力计算模型，设A、B、C、D分别是管道入土点、管道入土曲线与水平段的转折点、水平段与管道出土曲线的转折点、管道出土点，则回拖力符合下列公式：
[0009][0010][0011]和/或
[0012][0013][0014]和/或
[0015][0016][0017][0018]式中，T
A
——A点的回拖力；
[0019]T
AB
——AB段的回拖力，kN；
[0020]T
B
——B点的回拖力，kN；
[0021]T
BC
——BC段的回拖力，kN；
[0022]T
C
——C点的回拖力，kN；
[0023]T
CD
——CD段的回拖力，kN；
[0024]T
D
——D点的回拖力，kN；
[0025]G
p
——孔外地面管道单位长度合力，kN/m；
[0026]G
W
——孔外发送沟管道单位长度合力，kN/m；
[0027]G——孔内管道单位长度合力，kN/m；
[0028]f
t
——管道与浸润土体摩擦系数；
[0029]L
d
——孔外管道与土体段摩擦长度，m；
[0030]k——水黏滞系数，kN/m2；
[0031]K——成孔液黏滞系数，kN/m2；
[0032]α
i
，β
i
——管道入土端和出土端第i段管道倾斜角，
°
；L——管道总长，m；
[0033]L
i
——第i段孔内管道长度，m；
[0034]L
d
——孔外管道与土体段摩擦长度，m；
[0035]D
s
——管身外径，包括钢管外径及防腐保温层厚度，m；D
k
——扩孔钻头外径，m；
[0036]γ
m
——成孔液重度，kN/m3；
[0037]h
i
——取压点到液面高度，m；
[0038]H——水平段取压点到液面高度，m。
[0039]在可能的一个设计中，孔外地面管道单位长度合力为：
[0040]G
p
＝π(D
‑
δ)δγ
s
+π(D
s
‑
δ
b
)δ
b
γ
b
+W
f
[0041]γ
b
＝ρ
b
g
[0042]孔外发送沟管道单位长度合力为：
[0043][0044]孔内管道单位长度合力为：
[0045][0046]式中，G
p
——孔外地面管道单位长度合力，kN/m；
[0047]G
W
——孔外发送沟管道单位长度合力，kN/m；
[0048]G——孔内管道单位长度合力，kN/m；
[0049]D
s
——管身外径，包括钢管外径及防腐保温层厚度，m；
[0050]D——钢管外径，m；
[0051]δ——钢管壁厚，m；
[0052]δ
b
——防腐保温层厚度，m；
[0053]γ
s
——钢管重度，kN/m3；
[0054]γ
b
——防腐保温层重度，kN/m3；
[0055]γ
m
——成孔液重度，kN/m3；
[0056]W
f
——回拖过程中单位长度配重，kN/m；
[0057]ρ
w
——水密度，g/cm3；
[0058]ρ
b
——防腐保温层密度，g/cm3；
[0059]g——重力加速度，N/kg。
[0060]在可能的一个设计中，针对孔内管道而言，由方向重力形成的拉力/阻力计算：
[0061][0062]式中，F
l
——不同倾斜角度下的方向重力形成的拉力/阻力，kN；
[0063]θ
i
——第i段管道倾斜角，
°
；
[0064]L
i
——第i段孔内管道长度，m。
[0065]在可能的一个设计中，孔内管道摩擦力计算：
[0066][0067]式中，F
k
——孔内管道摩擦力,kN；
[0068]f
t
——管道与浸润土体摩擦系数；
[0069]孔外管道摩擦力计算公式为：
[0070][0071]式中，F
w
——孔外管道摩擦力，k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大直径管道水平定向钻回拖力计算模型，其特征在于，设A、B、C、D分别是管道入土点、管道入土曲线与水平段的转折点、水平段与管道出土曲线的转折点、管道出土点，则回拖力符合下列公式：则回拖力符合下列公式：和/或和/或和/或和/或和/或式中，T
A
——A点的回拖力；T
AB
——AB段的回拖力，kN；T
B
——B点的回拖力，kN；T
BC
——BC段的回拖力，kN；T
C
——C点的回拖力，kN；T
CD
——CD段的回拖力，kN；T
D
——D点的回拖力，kN；G
p
——孔外地面管道单位长度合力，kN/m；G
W
——孔外发送沟管道单位长度合力，kN/m；G——孔内管道单位长度合力，kN/m；f
t
——管道与浸润土体摩擦系数；L
d
一—孔外管道与土体段摩擦长度，m；k——水黏滞系数，kN/m2；K——成孔液黏滞系数，kN/m2；
α
i
，β
i
——管道入土端和出土端第i段管道倾斜角，
°
；L——管道总长，m；L
i
——第i段孔内管道长度，m；L
d
——孔外管道与土体段摩擦长度，m；D
s
——管身外径，包括钢管外径及防腐保温层厚度，m；D
k
——扩孔钻头外径，m；γ
m
——成孔液重度，kN/m3；h
i
一一取压点到液面高度，m；H——水平段取压点到液面高度，m。2.如权利要求1所述的大直径管道水平定向钻回拖力计算模型，其特征在于，孔外地面管道单位长度合力为：G
p
＝π(D
‑
δ)δγ
s
+π(D
s
‑
δ
b
)δ
b
γ
b
+W
f
γ
b
＝ρ
b
g孔外发送沟管道单位长度合力为：孔内管道单位长度合力为：式中，G
p
——孔外地面管道单位长度合力，kN/m；G
W
——孔外发送沟管道单位长度合力，kN/m；G——孔内管道单位长度合力，kN/m；D
s
——管身外径，包括钢管外径及防腐保温层厚度，m；D——钢管外径，m；δ——钢管壁厚，m；δ
b
——防腐保温层厚度，m；γ<...

【专利技术属性】
技术研发人员：游赟，刘俊，李琳，蒙雨，颜黎，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：