随孔冲击回转钻进围岩力学特性动态辨识研究

论文摘要

随着我国经济的迅猛发展,矿产开发、城市建设等一系列建设活动日益增多,工程项目中的钻进活动也随之增多。在钻进过程中,由于钻机与岩石体的之间相互作用,使得钻进时的钻进速度、油缸压力等钻进参数产生变化,从而产生钻进过程中的随钻数据。钻进时的随钻数据包含着钻进岩体重要的围岩力学参数信息。由于对随钻数据的分析研究不足,使得这些随钻信息并没有能够被及时采集分析,造成了巨大的信息资源浪费。掌握随钻数据采集分析方法,在当今工程建设活动越来越重视安全、效率生产的背景下,显得尤为重要。本文采用正交设计原理,研究了岩石相似材料配比试验规律,配置出不同强度的钻进岩石试样。在冲击旋转钻进试验中,多因素地分析了钻进参数随试样岩体强度变化的规律。并通过分析钻进参数本身的相对变化率以及对试样岩体强度变化的响应度,判断出不同强度范围下,钻进参数的匹配性。其次将多个钻进参数联系起来,进行数据回归拟合,分析多个钻进参数随岩体强度变化的规律。利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟,揭示了室内钻进试验规律。本文所做的主要工作包括以下几个方面:（1）进行了岩石相似材料配比试验,得到了试验因素对岩石相似材料的影响规律。采用正交设计原理,设计了多水平多因素试验方案,全面分析了影响岩石相似材料强度的影响因素。配置出室内钻进试验的冲击试样。（2）进行了室内冲击旋转钻进试验,分析了钻进参数随岩体强度变化的规律。由冲击旋转试验得到的实时钻进数据,分析了各钻进因素随试样岩体强度的影响规律。对试验数据进行了拟合分析,得到了试样岩体强度与钻进因素之间的函数关系式。求得了破碎单位体积试样的破碎功-钻进比功,与试样岩体强度之间的函数关系式。（3）分析了钻进参数对岩体强度变化的敏感度。基于钻进试验的分析结果,计算出了钻进因素自身的相对变化率和对岩体强度变化的响应度,分析了不同岩体强度范围下,识别岩体强度的最优钻进参数。进行了多参数的多元线性拟合与非线性拟合,提升了随钻数据实时判别围岩力学特性的可靠性。（4）结合数值模拟的结果,揭示了冲击钻进参数随试样岩体变化的规律。基于ANSYS/LS-DYNA显式模拟分析软件,模拟了冲击旋转钻进过程。改变冲击岩体强度参数,揭示了钻进参数随岩石试样强度变化的规律。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 常家伦

导师: 韩立军,潘新玉

关键词: 岩石相似配比,正交设计,随钻数据分析,多元回归分析,数值模拟

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中国矿业大学

分类号: TU457

总页数: 128

文件大小: 3839K

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