基于槽流近似法的非开挖钻进液射流阻力计算研究

摘要

非开挖水平定向钻进(HDD)是一种在少量开挖地表面的条件下进行长距离管道铺设的施工工艺。为了使管道的铺设成功完成,必须适当的预估管道在回拉阶段所受到的力,并根据预估结果相应地调整管道直径大小。对于钻孔内钻井液与管道外表面的相互作用而产生的管道回拉力中的射流阻力,目前相关研究较少,当前的HDD设计规范关于其大小的预估标准值偏大,过于保守。本文提出了一种计算射流阻力的新方法,该方法假设返出的钻井液为幂律流体,将管道与钻孔之间的狭窄空间假设为一个槽,利用相应的槽流方程来计算管环空间内的流量。针对于空间较大的钻杆环空,则通过建立常规的环状流的流动方程来进行计算。在已知钻井液总流量的情况下,通过满足井筒内流体运动的连续性方程来确定井筒内流体动力压力,进而通过满足管道环空中力的平衡来估算射流阻力。为了验证新方法是否具有合理性、科学性,笔者对照了管道实际敷设过程中记录的回拉数据。结果表明,射流阻力只占总回拉力的4%左右,这与国际管道研究协会(PRCI)所预测的结果并不完全一致。此外,研究还表明,考虑管道的回拉速度可以提高估算管道在回拉过程中所受的阻力的准确性。