钮洪亮[1]2008年在《非开挖导向钻进轨迹叁维优化设计研究》文中认为非开挖技术是指利用各种岩土钻掘、导向测控等技术手段,在地表不开挖或少开挖的条件下行铺设、更换或修复各种地下管线的施工新技术,国外称TT(Trenchless Technology)或No-Dig,是近年来发展起来的一项高新技术,是钻探工程的一项重要的技术延伸。随着城市地下管线日趋复杂及对环保的提倡,非开挖导向钻进铺管技术在城市地下管线铺设工程中也显得越来越重要,同时对导向钻孔轨迹的设计和施工要求也越来越高。精确地控制钻孔轨迹,确保避开原有地下管线及障碍物,按设计路线准确、顺利地铺管是导向钻进铺管技术的关键。因此,导向孔轨迹设计既是导向孔钻进施工的依据,又是施工质量检验的标准。导向孔轨迹设计方案是否可行、合理、优化不仅直接关系到导向钻进施工的难易程度、工程成本、乃至工程的成败,而且是合理有效配置地下土地资源的有力保障。目前,导向孔轨迹设计多数采用垂直平面内“斜直线—曲线—水平直线—曲线—斜直线”或从其简化演变的钻孔轨迹形式,没有提供在地下原有障碍物分布较复杂情况下钻孔轨迹为空间曲线形式的合理设计方法。而且,对弯曲段曲率半径的确定不够合理和准确,基本上是以钻杆、管线极限弯曲强度等限制条件来确定的,没有考虑施工区域岩土性质对造斜弯曲的影响,致使设计轨迹的合理性和可操作性差。针对存在的问题,本文主要从以下方面对非开挖导向钻进轨迹的叁维优化设计进行了研究和探讨:(1)导向强度解析计算与室内模拟试验分析在不考虑水射流冲刷软化效应和钻具自重影响的前提下,对顶进过程中的导向钻头进行了详细的受力分析,得出了钻孔发生变向弯曲的本质机理:在钻孔弯曲曲率较小时,斜掌面以下的土体由于承受较大的压力而发生局部剪切破坏,土体被强迫快速挤压到钻头体底侧,冲剪出大部分的钻孔空间。由于斜掌面作用力垂直分力的存在,钻头体顶侧的土体将发生压缩变形,形成钻孔空间的剩余部分。因此,导向强度的大小主要由钻头体顶侧土体与斜掌面下方土体变形量的权重决定。在此分析结论的前提下,建立了与岩土性质相关的求解导向强度基本方程:F_z·L_b=M_r(G_s)+F_t(G_s)·l_t(G_s)由于岩土材料的特殊性,且现存的本构关系也不能放映真实土的特性,所以准确地确定斜掌面作用力和钻头体顶侧的等效合力并非容易。文中根据材料力学及土力学中较成熟的极限承载力理论和圆孔扩张理论,经过合理地简化,建立了一般情况下的导向强度解析计算公式,考虑的影响因素包括:钻杆的外径D_r、内径d_r和弹性模量E_r;导向钻头体直径D_b、长度L_b、斜掌面倾斜角度α和斜掌面尺寸(宽度和长度);土的重度)γ、黏聚力c、内摩擦角φ、弹性模量E_s、泊松比μ、导向钻头上方所有土层的加权平均重度γ_0和导向钻头的当前埋深D。大量的试算结果表明,利用此模型计算出的导向强度值与实际经验值很接近,各因素对导向强度的影响与实际较吻合。同时,为了进一步研究和校验所建立的导向强度计算模型,自行设计了一套与理论分析条件吻合的导向强度室内模拟试验装置。通过多次模拟试验,定量分析了钻具特性和岩土性质对导向强度的影响关系。试验结果证实了本文所提出的导向强度分析方法和求解思路是正确的。(2)导向孔轨迹叁维优化设计理论研究导向强度是进行导向孔轨迹设计的关键参数,它决定了钻孔弯曲的剧烈程度,其不仅取决于造斜工具的造斜能力,而且与土层的造斜能力密切相关。此外,导向强度的确定还必须结合钻杆安全工作的极限弯曲程度、拟铺设管线的工作要求等限制条件。结合工程实际情况,提出了导向强度设计值G_(sd)的确定方法:G_(sd)=G_s≤min([i_(rs)],[i_(ps)],[i_(cp)],…)并对钻杆安全工作的钻孔极限弯曲强度i_(rs)、管道安全工作的钻孔极限弯曲强度i_(ps)和检验仪器等刚性柱体顺利通过管道的钻孔极限弯曲强度i_(cp)的计算方法进行简要介绍。在确定合理的导向强度设计值G_(sd)的基础上,提出导向孔轨迹叁维模拟设计理论和控制点法智能设计理论。研究并建立了保直钻进段轨迹计算模型、顶进造斜段轨迹计算模型和复杂条件下复杂轨迹形式的控制点法智能优化设计理论与计算模型。(3)导向孔轨迹叁维可视化设计软件的开发以导向强度理论和轨迹优化设计理论为基础,采用Visual C++软件开发平台,运用OpenGL叁维图形库开发了具有国际先进水平的“水平钻进导向孔轨迹叁维模拟及辅助设计系统”软件。软件实现了地形、地貌、地表建筑物、地层分布、原有地下管线及障碍物、工作坑、钻孔轨迹的叁维可视化,按照具体的工程条件建立全叁维量化施工模型;能够结合岩土性质、原有地下管线分布、机械设备特性等施工条件进行导向孔轨迹模拟控制仿真设计和智能优化设计,并且在设计轨迹过程中程序能够自动进行导向强度的计算与更正,同时提供设计轨迹相应的施工指导方案。该系统具有形象逼真的叁维可视化视图和二维量化视图模式,能够多角度、全方位进行观测、设计和控制;具有功能强大的EXCEL、AutoCAD文件自动识别与数据导入,详细设计数据、设计轨迹图、竣工轨迹图打印输出等功能。计算机及可视化技术在导向钻进轨迹设计上的合理运用,不仅让轨迹设计更直观、快捷、合理,为非开挖导向孔轨迹的优化设计提供了全新的设计理念和操作平台,而且对非开挖铺管工程的规划、施工、管理、验收、资料存储等环节都具有一定的科学意义。
周从明[2]2004年在《非开挖水平定向钻进轨迹最优化研究及软件设计》文中研究指明在非开挖工程中，水平定向钻进技术广泛应用于城市地下管线铺设工程。轨迹设计是水平定向钻进施工的关键，最优的钻孔轨迹不仅能降低施工难度，加快进度，并且使工程造价最低。 本论文应用现代计算机技术和最优化理论对水平定向钻进轨迹最优化设计进行了深入系统的研究。借鉴国内外已有的研究成果，提出了以钻进台时为优化指标，把轨迹设计全过程按每绕过一个障碍物为一个阶段进行划分，合理选取各个阶段的状态点，建立了动态规划轨迹设计最优化模型；对相邻阶段每两个状态点之间的轨迹进行局部优化设计，推导出两状态点之间轨迹的局部最优化函数；通过坐标变换，简化了叁维空间轨迹设计问题；最后给出模型的求解思路，并通过工程实例，对该模型进行了运用。 根据非开挖工程实际需要，对轨迹设计最优化模型进行适当的改动，利用Visual C++作为软件开发工具，设计出一套水平定向钻进软件(HDD Software)。该软件实现了水平定向钻进施工图设计、竣工图处理、施工记录表填写、轨迹查询等功能，集设计、优化、出图于一体，具有模块性好、计算速度快、用户界面友好、操作方便简捷、容错能力强等优点。 实践证明，HDD软件能很好的满足现代非开挖水平定向钻进工程的要求，具有很好的推广前景。
鲁琴[3]2004年在《非开挖水平定向钻进轨迹设计与调控技术研究》文中研究说明随着非开挖技术的迅猛发展,水平定向钻进(HDD)技术以其独特的技术优势,在目前城市地下管线铺设工程中起着越来越重要的作用。本文在国家高技术研究发展计划(863计划)和湖南省自然科学基金的资助下,以研制一套集设计、处理、监控、输出等功能于一体的HDD轨迹监控软件系统为目标,就HDD钻孔轨迹设计和调控中的一些关键技术进行了系统的研究。论文的主要研究内容包括: 1.建立了HDD钻孔轨迹整体和局部空间坐标系,分析了表征HDD钻孔轨迹空间位置的几何参数和其形状的描述方法。系统地研究了HDD钻孔轨迹控制机理和其关键参数,推导了钻孔弯曲半径与空间位置几何参数的对应关系式。 2.以典型的HDD“斜直线段—曲线段—水平直线段—曲线段—斜直线段”形式钻孔轨迹为对象,分析了HDD钻孔轨迹的参数基本设计方法,并给出了各段轨迹的叁维坐标计算公式。针对地下障碍物多,一般设计方法无法满足施工要求的情况,对HDD钻孔轨迹的优化设计进行了研究,提出了标准形式轨迹斜平面优化设计的方法。同时,采用动态规划设计的思想,在钻孔轨迹形式不作严格要求的条件下,以“曲线—直线—曲线”轨迹形式对预铺管线穿越段进行了优化设计。两种方法均给出了相应的数学模型。 3.分析了HDD钻孔轨迹空间位置几何参数的测量原理和随钻测量(MWD)系统,提出在实际施工中应根据测量数据采用两种不同的方法计算实际钻孔轨迹坐标,以确保其准确定位,并实现了钻孔设计轨迹与实际钻进轨迹的坐标统一。 4.从水平定向钻进的工程实际出发,借助于现场钻进数据库,建立了自然参数模型,给出了相应的钻孔轨迹预测算法。同时,采用空间“圆弧段—直线段—圆弧段”形式软着陆设计模型用于钻孔轨迹调控设计,科学合理地实现了纠偏的目的。 5.针对水平定向钻进实际工程作业的特点,对实用化的HDD轨迹监控系统进行了设计。基于HDD钻孔轨迹设计方法、实际轨迹数据处理算法和轨迹调控技术等理论,研制了HDD轨迹监控软件。该软件能根据地貌信息和施工要求合理设计HDD钻孔轨迹,并在实现整个施工过程中钻孔状态实时监测的同时,对钻进给予一定的预测和调控,大大提高了施工的精度和可靠性。
周从明, 胥建华, 樊腊生[4]2004年在《非开挖铺管中定向钻进轨迹设计研究》文中研究表明对非开挖工程中水平定向钻进轨迹最优化设计进行了深入研究。应用最优化理论的动态规划思想,以钻进台时为优化指标,根据障碍物位置、大小和钻孔参数,建立了轨迹设计的最优化模型;并推导出绕过两个障碍物的局部轨迹最优化函数,通过坐标变换,简化了叁维空间轨迹设计问题;开发了相应的软件实现模型的求解。
周从明, 黄中权[5]2005年在《非开挖水平定向钻进软件设计研究》文中研究表明轨迹设计是非开挖水平定向钻进管线铺设施工的关键。本文应用动态规划原理 ,对轨迹最优化设计进行了深入研究。根据工程实际需要 ,设计出一套水平定向钻进软件 ,实现了轨迹最优化设计、施工图设计、竣工图处理、施工记录表填写及轨迹查询等功能 ,集设计、优化、出图于一体。实践证明 ,该软件能很好地满足水平定向钻进工程的要求
徐涛[6]2006年在《水平定向钻进随钻测量方法及定位技术研究》文中研究表明近年来随着非开挖技术的发展,地下水平定向钻进技术得到越来越广泛的应用。为了实现水平定向钻进中的轨迹监控和精确导向,必须实时获取地下钻头的姿态参数和钻头的空间位置,因而随钻测量和定位技术作为关键测量问题正受到广泛关注和大力研究。作为国家863高科技计划项目“智能水平定向钻进铺管设备”(2003AA430120)和湖南省自然科学基金项目“非开挖水平定向钻进定位和导向新方法的研究”(03JJY3083)的重要研究内容,本论文围绕水平定向钻进中的随钻测量方法和定位技术进行系统深入的研究,并组建具有自主知识产权的导向定位系统。主要工作包括以下几个方面:1.对基于加速度计和磁强计组合进行磁场测量的随钻测量方法进行了研究。针对这种测量中存在的铁磁性钻具的磁性干扰问题,首次提出了利用现有的地磁场数据进行方位角校正的方法。校正后的结果可以不受干扰的影响,大大降低了对钻具的要求,拓宽了随钻测量的应用范围。在此基础上,利用最新的MEMS加速度计和MEMS磁强计构建小巧的随钻测量系统,以满足水平定向钻进要求。2.将基于加速度计和陀螺仪的捷联惯性导航技术应用于水平定向钻进随钻测量,提出基于惯性器件组合的随钻测量方法。在传统的叁轴加速度计和叁轴陀螺仪姿态测量方法基础上,结合水平定向钻进随钻测量的特点,提出通过减少陀螺仪的配置用单轴或双轴陀螺仪来实现位置、速度和姿态的测量,得出测量模型,进行了误差分析。3.从工程实践的角度出发,介绍了随钻测量过程中倾角和面向角测量的其它方法以及相应的传感器设计。首次提出两种独特的面向角测量方法,光电滚珠式面向角测量和光电编码器式面向角测量,并进行了相应的传感器设计,其结构简单,体积小巧,全固态,可靠性高,能够较好地满足随钻测量的要求。4.在钻头定位及数据传输上,提出基于磁偶极子源的电磁信号传输方法。将通以甚低频电流的螺线管线圈等效为地下磁偶极子发射源,根据其产生的准静态场的规律分布,利用地面接收线圈进行磁场接收的方法实现钻头的无线定位和测量结果的无线传输,实现实时测量。5.首次系统地对基于磁偶极子源的地面定位定深方法进行了研究。在对地下发射线圈磁场充分分析的基础上,提出基于单线圈和45°双线圈的定位方法,对多种定位方式和过程进行了说明。在定位的基础上,提出标定法、双线圈测定法和前后向定位点法等几种深度测量方法。最后对各种定位和测深方法的精度作了分析。6.率先研制了具有自主知识产权的导向定位设备。它包括随钻测量探头,地面定位接收仪,以及基于嵌入式系统的轨迹监控规划软件。此设备能够很好地实现水平定向钻进的定位和导向,不仅填补了国内空白,性能上也接近国外先进水平。
刘春[7]2009年在《水平定向钻进钻头信息的测量与传输》文中提出水平定向钻进是我国近年来发展最快的施工技术之一,具有铺管精度高、施工场地需求简单等特点,在铺设电力、通信、煤气和自来水管线等地下工程建设中得到了广泛的应用。钻头的跟踪与导向是水平定向钻进关键技术之一,一般由叁部分组成:地下传感发射探头、地面手持式定位导向仪和远端监视设备。目前国内导向仪器完全依赖进口,因此,本文对水平定向钻进钻头信息的测量和传输技术进行了研究。本文研究了摆式倾角传感器和传统加速度传感器测量倾角的方法,分析了光电式和光电滚珠式传感器测量面向角的特点,在传统测量方法基础上,结合水平定向钻进随钻测量体积小、成本低的特点,选择了最新的MEMS加速度传感器构建测量系统。根据测量系统在钻头内放置方式,建立了空间坐标系,给出了钻头倾角和面向角的测量模型,结合MEMS技术,采用MEMS加速度传感器对倾角和面向角进行了测量。钻头温度过高会使测量不准确,甚至造成永久的损坏,因此,本文采用集成式温度传感器进行了钻头内部温度的监测。MEMS加速度传感器的测量轴数可分为单轴、双轴、叁轴,本文分别采用叁轴加速度传感器和双轴加速度传感器对钻头的倾角和面向角进行了测量;分别采用模拟式和数字式集成温度传感器进行了钻头内部温度的监测。利用C8051F单片机构建嵌入式系统,实现了钻头倾角、面向角、温度、电量等参数的测量,该系统体积小巧,能放入狭小的钻头空腔内,并能满足测量的要求。地下测量的数据需要传输到地面,以便于操作人员实时掌握钻头状态,控制钻头的运行。本文研究了地下传感探头与导向仪和远端监视器的通信技术,提出了有线传输和无线传输相结合的方法:地下传感探头和地面手持式导向仪之间采用基于RS-485的有线传输,手持式导向仪和远端监视设备之间近距离采用无线传输、远距离采用RS-485有线传输。本文利用液晶显示器设计了人机界面,实现了钻头信息的显示,并利用VB开发了基于PC机的图形显示界面,使人机界面更加友好、直观。
王永生[8]2008年在《导向钻进非开挖轨迹设计软件的研究与实现》文中认为非开挖技术是利用微开挖或不开挖技术对地下管线进行铺设、修复或更换的一门科学。随着我国现代化建设的不断推进,以往的开挖方式的铺管方法已在许多情况下不能被应用,并且在生产建设的过程中也会遇到许多根本不能通过开挖方式铺管的情况。这便为非开挖技术的应用提供了广阔的空间,在许多情况下,非开挖施工已逐渐代替开挖施工。随着信息化时代的到来,各行各业的信息化已经成为了时代发展的趋势。目前,非开挖领域的辅助设计软件仍比较少,仍有许多工作要做。本文主要研究了导向钻进非开挖轨迹设计软件的开发过程和原理。在研究过程中,探讨了一套此类软件的开发过程、一些功能的实现原理,并有针对性地解决了一些以往此类软件没有解决的问题。最后,在施工现场根据所搜集到的数据和信息,对软件的各项功能进行了验证。研究的主要目的是通过进行这项研究为今后此类软件的开发提供一些可供参考的材料和信息。本文主要讨论了以下几方面的内容:(1)研究的背景和意义;(2)理论基础及研究方法;(3)各项功能的实现原理;(4)软件介绍;(5)现场验证;(6)开发过程推导的相关公式;(7)结论。由于所涉及的知识量较多,因此本文仅对开发过程所涉及问题的解决方法与原理进行详细地讨论,而未将具体的实现过程列出。由于本软件的开发涉及到了工程设计、软件设计与开发、数据库应用、计算机图形绘制、规范应用等方面的知识,因而对软件开发者提出了较高的要求。研究的主要目的是通过对此软件的开发提出一些解决问题的方法。这些方法是论文的重点,也是论文的创新之处。论文中将这些方法均进行了详细地描述,这将会为今后此类软件的开发提供一定的参考。
冯兴法[9]2008年在《定/导向钻进施工中的地下管线损伤预防措施及技术研究》文中研究说明近十年来,非开挖定/导向钻进技术用于敷设城市地下管线在我国得到了极大的推广应用。但这并不意味着我们的每一次施工都能够顺利完成,主观因素和客观原因共同主宰着施工的成败。目前,对定/导向钻进施工技术的研究主要集中在具体的施工工艺、设备以及泥浆配制等领域,而对定/导向钻进施工过程中地下管线损伤预防措施的研究还存在不足,本文是以城市管线敷设相关规范为依据,以非开挖水平定/导向钻进技术原理为出发点,以作者亲身经历的实践为基础,对非开挖定/导向钻进施工中地下管线损伤进行相关研究。首先,本文对城市中地下管线进行分类,依据管线施工安全距离以及管线敷设的影响因素分析水平定/导向钻进技术的施工环境,并在此基础上指出非开挖项目的勘察、探测要点。其次,从钻孔轨迹设计的一般原理入手,描述钻孔轨迹设计的基本参数,谈及定/导向轨迹设计的主要内容,对导向钻头导向角进行了优化计算,同时也对扩孔工序中扩孔直径进行了优化设计。根据已有管线和在建管线不同特点和施工环境影响程度,谈及地下管线损伤的预防措施以及相关的应用技术。最后,结合成功案例,强调按照施工工序进行科学施工的重要性。
刘远亮[10]2010年在《水平定向钻进铺管防冒浆技术研究》文中进行了进一步梳理非开挖技术是指在不开挖地表的情况下,利用岩土钻掘等技术手段,铺设、修复或更换各种地下管道管线的一种高科技实用新技术。非开挖技术按施工工艺主要分为：水平定向钻进铺管技术、遁地穿梭矛铺管技术、微型隧道法、夯管法、水平螺旋钻进法、顶管铺管技术。它广泛用于不允许开挖或不具备开挖条件下的各类管线铺设,穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、湖泊,以及在市区、古迹保护区、农作物或植被保护区等进行污水、自来水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等地下管道管线的施工。此外,非开挖技术还可用于降水工程、隧道工程、基础工程以及环境治理工程等。具有不污染环境,不影响交通,对底层结构破坏小,施工安全可靠、周期短、成本低、社会效益与经济效益显着等优点,具体表现在以下几个方面。1.避免了传统开挖施工对人们日常生活和工作的干扰,减少了对交通,周边建筑物基础的破坏和不良影响。2.使用非开挖技术可以准确地控制管道管线铺设方向、深埋,同时可让要铺设的管线绕过或避开地下障碍物(如巨石和地下建筑物等)及原有地下管线。3.在传统的开挖路面的施工方法无法施工或不允许施工的区域,(如穿越河流、铁路、高速公路、广场、机场跑道、古迹保护区等)可用非开挖技术从其下方穿越铺设,并可将管道管线设计在工程量最少的、位置最佳的路线穿越。4.具有良好的经济效益,在相同的客观条件下,采用非开挖技术进行管道铺设的综合成本要明显低于传统开挖施工法,从城市发展角度来看,现代城市的地下管线和管道已经很密集和拥挤,城市要再铺设新管道管线就只能加大埋深,而开挖施工的成本随着深埋的加大而激增,这时采用非开挖技术进行施工将更为经济和省时。通过很多实际工程实践可以得知,在大多数情况下,尤其是在管线密集的闹市区或管线埋设较深地段,非开挖施工是传统开挖施工的极好代替方法。在特殊情况下,非开挖施工更是一种唯一可行又经济的施工方法。而水平定向钻进技术是目前国内外非开挖技术所采用的主要技术方法之一,水平定向钻施工对施工现场的周边环境没有影响、容易调整和改变铺设管线的方向和埋深、管线弧形段铺设距离长、并且可使管线绕过地下的障碍物、施工场地可以灵活调整、占地少、施工速度快、周期短、工程造价低。国内外很多非开挖钻进铺管工程都是用此方法进行施工其基本原理是：钻机事先安装在入土点的一侧,从入土点开始沿着设计好的线路,按照预先设定的地下穿越铺管轨迹钻导向孔,并形成一条从入土点到出土点的穿越曲线,作为预扩孔和回拖管道管线的引导曲线,然后在导向孔出口端的钻杆前端安装不同直径的扩孔器再进行回拉扩孔,当扩孔达到预先设计的尺寸要求后,在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线,回拉铺设地下管线。但在水平定向钻进施工过程中却会遇到一些比较难解决的问题,其中冒浆就是主要的常见难题之一。尤其是在大口径、长距离的非开挖水平定向钻进铺管工程中,地面冒浆一直是一个很突出又很难解决的问题。地面冒浆大多发生在导向孔钻进过程中,地面发生冒浆、孔口不返浆会导致孔内钻渣无法排出、钻进进尺困难,影响施工进度,严重的还会导致整个非开挖水平定向钻进工程无法进行,同时还会严重污染环境,给施工方造成很大的经济损失,所以防冒浆成为非开挖水平定向钻进施工的一个十分重要问题,由于导致地层冒浆的因素有很多(包括钻遇地层条件、现场施工参数、钻井液配方等),情况也十分复杂,目前在国内外还没有形成一个系统的、有效的防冒浆技术体系,因此,研究出一套有效的防冒浆技术体系具有十分重要的意义。本文利用高等土力学、弹塑性力学、流体力学等理论知识,对水平定向钻防冒浆技术开展了较为深入的研究,并通过室内实验和实际工程对所得的该技术进行了验证。本文一共分为七章：第一章介绍国内外对防冒浆技术的研究现状,深入认识前人已做的研究工作和所得成果,从前人研究成果基础上对防冒浆技术开展新的研究。第二章首先介绍了不同钻遇地层的冒浆破坏机理,根据土力学,断裂力学和流体力学理论重点分析了粘性密闭地层、渗漏地层和裂隙地层的冒浆破坏机理。接着自行设计和加工了地层冒浆模拟实验仪,并进行冒浆模拟实验,得出不同土体、不同厚度对应的冒浆压力,通过冒浆模拟实验,可以更直观地观察各种不同的土层的冒浆过程。通过以上的地层冒浆破坏机理分析和冒浆模拟实验,为建立地层冒浆临界压力计算模型打下基础。第叁章首先介绍了钻井液在水平定向钻进铺管工程中的重要性,并对钻井液的流变性、流体和流型进行了简单阐述。接着在前人研究成果的基础上,建立钻井液压力计算模型,推导出几种不同流型钻井液压力的计算公式,然后对建立的钻井液压力计算模型进行了部分修正,提出了扩孔分流新模型,并初步研究了钻屑对钻井液压力的影响。通过室内试验和实际工程对以上模型进行了初步验证,提出了模型的不足之处以及需要改进的地方。运用高等土力学,弹塑性力学等理论知识,通过数学解析方法建立地层冒浆临界压力计算模型,并用工程实测数据对模型进行验证。最后,结合钻井液压力计算模型和地层冒浆临界压力计算模型,形成地层冒浆预判技术,并通过现场工程对该技术进行验证。第四章首先对防冒浆钻井液的作用机理进行了分析,接着通过室内试验对多种钻井液配方进行了高剪稀释实验,得到加入不同处理剂的钻井液对应的流变曲线和性能参数。接着又进行了堵漏钻井液配方的优选,通过室内实验,优选出堵漏钻井液配方。最后,以高剪稀释为主要性能指标,同时兼有强降滤失、强抑制性、强润滑、有效排渣等性能,优选出一套针对不同钻遇地层防冒浆钻井液配方体系。第五章是防冒浆技术的优化设计,包括穿越曲线优化设计、钻进孔径级配优化设计和施工参数优化设计,从这叁方面进行优化,为防止施工时地面冒浆提供有利条件。第一对穿越曲线优化设计,主要从地层的选择、导向孔轨迹参数优化(包括入土角、出土角、钻孔深度和穿越曲线长度的优化)。第二,根据对各种施工经验的总结,提出了合理扩孔级数和终孔直径的确定方法。并通过建立数学模型,提出了全新的扩孔直径级配设计的优化方法,即利用等扭矩原理的扩孔级配优化设计方法,通过工程实例的验证,也初步验证了本文提出的扩孔级配优化模型的合理性。第叁,在考虑不同钻屑含量影响下,建立了泵量与钻速相匹配的计算模型,计算出施工时的最优泵量与钻速,优化施工参数,减少环空泥浆压力,防止地层冒浆,最后通过现场工程对该计算模型进行了验证。第六章是防冒浆钻井液技术的现场应用,通过把防冒浆钻井液配方应用到两个穿越工程现场中,都取得了很好的效果。通过施工现场的验证,该防冒浆钻井液技术能有效减少钻孔环空泥浆压力,并有效防止地层发生冒浆,保证了工程的顺利进行和完成。第七章是对全文的结论与创新点进行了概括,并提出论文的不足之处和进一步研究思路。本文所得到的一些成果如下：1.分析得到不同钻遇地层的冒浆破坏机理。2.建立钻杆内和钻孔环空钻井液压力计算模型。3.建立地层冒浆临界压力计算模型。4.结合钻孔环空钻井液压力计算模型和地层冒浆临界压力计算模型,得出穿越铺管地层冒浆预判技术。5.通过大量的室内实验,优选出适合不同钻遇地层特点的水平定向钻进防冒浆钻井液配方若干套。6.通过室内试验优选出堵漏钻井液配方。7.推导出扩孔孔径级配设计计算模型。8.推导出泥浆泵泵量与钻速相匹配的计算模型。9.以Visual C++为软件平台,结合以上结论和研究成果,开发出一套水平定向钻进防冒浆设计计算软件。本文的创新之处体现在以下几个方面：1.结合钻孔环空钻井液压力计算模型和地层冒浆临界压力计算模型,得出地层冒浆预判技术。2.考虑钻屑含量的影响,推导出水平定向钻进施工时泥浆泵泵量与钻速相匹配的计算公式。3.通过针对性的室内实验,优选出适合不同钻遇地层特点的水平定向钻进钻井液配方若干套。
参考文献：
[1]. 非开挖导向钻进轨迹叁维优化设计研究[D]. 钮洪亮. 中国地质大学. 2008
[2]. 非开挖水平定向钻进轨迹最优化研究及软件设计[D]. 周从明. 成都理工大学. 2004
[3]. 非开挖水平定向钻进轨迹设计与调控技术研究[D]. 鲁琴. 国防科学技术大学. 2004
[4]. 非开挖铺管中定向钻进轨迹设计研究[J]. 周从明, 胥建华, 樊腊生. 地质灾害与环境保护. 2004
[5]. 非开挖水平定向钻进软件设计研究[J]. 周从明, 黄中权. 煤田地质与勘探. 2005
[6]. 水平定向钻进随钻测量方法及定位技术研究[D]. 徐涛. 国防科学技术大学. 2006
[7]. 水平定向钻进钻头信息的测量与传输[D]. 刘春. 中国地质大学（北京）. 2009
[8]. 导向钻进非开挖轨迹设计软件的研究与实现[D]. 王永生. 中国地质大学（北京）. 2008
[9]. 定/导向钻进施工中的地下管线损伤预防措施及技术研究[D]. 冯兴法. 中南大学. 2008
[10]. 水平定向钻进铺管防冒浆技术研究[D]. 刘远亮. 中国地质大学. 2010