本技术介绍了一种创新的钻孔扭矩和推力预测方法,该方法依托于钻机液压系统,通过预先采集钻机试验系统的数据,利用拟合技术获得转换公式,实现在实际钻孔过程中,通过监测液压系统来准确获取扭矩和推力数据,从而实现实时监测钻孔力学参数。该试验系统配备了液压传感器、压力传感器、磁粉制动器和动态扭矩转速传感器,能够为每款钻机提供一次性的试验,得到的转换公式可长期适用于同型号钻机,不受钻头磨损或钻杆更换的影响。
背景技术
早在20世纪30年代,用仪器记录随钻过程的随钻参数这一技术在油气井勘探和开发中用来测量钻井液物理化学成分。现在油气田和矿石开采工业大量使用随钻测井或随钻监测。这些随钻监测的主要目的是钻井液体化学成分和物理性质,监测钻具的正常工作、钻进地质导向和最优化钻探过程,其最主要的特征是数据是按照钻井深度进行采集的,采集数据都是按钻深间隔而排列的深度序列。在1970年代后,法国、加拿大、意大利、美国和日本等国岩体工程研究人员了解到这些随钻参数的仪器,希望能解决岩土工程钻探中一些地层划分难题。他们在岩土场地勘察中开始用仪器进行随钻参数监测和地层质量划分。这些随钻参数可以用于挖泥工地土石界面识别、场地土地基加固、工程场地勘察、硬岩中的软弱煤层、土体灌水泥浆加固检查、岩体工程评级、以及发电厂探查溶洞等项目中提供重要支持。
尽管国外一些研究者曾致力于随钻监测对场地岩土体质量评价研究和工作,但是,随钻监测在岩土工程和岩石工程中一直没有开展起来,目前还不是岩土施工或勘查的常规或规范方法。其中的一个大难题就是钻孔破岩是钻头对岩土体的物理直接破环,因此需要采集直接的力学参数,比如钻孔过程中的扭矩和推力,才可以在后期分析出地下岩土体的岩性或界面。但是这些随钻力学参数,很难被直接测量,因为如果要直接测量这些力学参数如扭矩和推力,则需要在钻头与钻杆中安装一系列传感器,而这些安装的设备无疑会影响钻机的钻孔效率。因此多年以来随钻监测的科研发展与市场普及性受到很大的限制。尽管许多的高校研发出特定的钻机可以测量所述钻孔力学参数,但是这些特制钻机或设备造价高昂,便携性与普及性仍有待进一步改善。这个困难导致了很多国外岩土研究人员失去了对随钻监测进行深入研究的兴趣,相关研究论文是极少的。
因此,如何无损、便利地监测钻机在岩土体中钻孔过程中的真实扭矩和推力从而满足随钻监测数据后期分析要求成为需要解决的技术问题。
实现思路