岩土钻掘工程学 第10章ppt课件.ppt

第十章钻孔弯曲与测量1、什么是钻孔弯曲2、钻孔为什么会弯曲3、如何确知钻孔弯曲4、钻孔弯曲的防治国家精品课程第一节概述钻进(井)工程施工中由于自然和技术因素的影响,实际钻孔轨迹往往偏离设计轨迹——称为钻孔弯曲或钻孔偏斜。地质成果危害歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探网度,影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度。钻探施工危害钻具在孔内弯曲变形严重,摩擦阻力增加,磨损加剧,钻杆折断事故增多,升降钻具困难,功耗增加和钻进速度下降。其他方面的危害水井钻探中深井泵无法下入或过早损坏。钻孔桩施工中,会引起桩基倾斜,影响桩基承载力。2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系一、钻孔轨迹的基本要素顶角(θ)钻孔轨迹某点切线与铅垂线之间的夹角。石油称为井斜角。方位角(α)钻孔轨迹某点切线在水平面上的投影与真北方向夹角,按顺时针方向计。孔深,孔口到钻孔轨迹上某点的钻孔轴线长度。垂深,孔口到钻孔轨迹上某点的Z坐标长度。第一节概述2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系利用钻孔轨迹基本要素,可算出轨迹上每点的空间坐标。设钻孔轨迹为一斜直线,坐标原点为孔口,X轴取正北,Y轴取正东,Z轴铅垂向下。轨迹上的空间坐标计算如下:式中:x0,y0,z0——孔口坐标;xA,yA,zA——钻孔轴线上点A的坐标;θ——开孔顶角;α——开孔方位角;LA——孔口至测点钻孔轴线的长度。第一节概述2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系三、弯曲强度(简称弯强)的概念为说明钻孔轨迹的弯曲程度,取单位孔身长度的顶角变化,称顶角弯强。单位孔身长度的方位角变化,称为方位角弯强。弯强与数学上曲率概念等同。前者单位是(°)/m;后者是rad/m。如果把既有顶角变化,又有方位角变化的钻孔轨迹看成是钻进速度向量变化的轨迹,则在某一孔段这种向量方向的变化,可用钻孔全弯曲角表示。单位孔身长度的全弯曲角称全弯强。全弯强越大,表明钻孔弯曲程度愈强烈。第一节概述2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系四、处理钻孔弯曲问题时注意事项及时测量钻孔弯曲,准确测知钻孔的空间位置,在处理地质资料时加以校正;研究钻孔弯曲规律和原因,采取措施进行钻孔弯曲的防治(防斜和治斜);结合施工条件采用定向钻进技术。在进行防斜、治斜和定向钻进时,都必须定期测斜。第一节概述2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系第二节钻孔弯曲的原因和规律一、钻孔弯曲的条件存在孔壁间隙,为粗径钻具提供偏倒(或弯曲)空间;具备倾倒或弯曲力,为粗径钻具偏离钻孔轴线提供动力;粗径钻具倾斜面方向稳定。孔壁间隙和倾倒(或弯曲)力是钻孔弯曲的必要条件;而粗径钻具倾斜面方向稳定是产生钻孔弯曲的充分条件。钻具倾斜面稳定在某一方向时,钻柱只自转不公转。如果钻柱公转,钻头在不同时刻朝着不同方向钻进,只产生扩壁作用,而不导致钻孔弯曲。因此,钻孔弯曲是在钻柱自转的情况下发生的。2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系二、钻孔弯曲的原因1、地质因素:垂直于岩层方向碎岩效率高,平行于层理方向效率低,因此,在倾斜岩层中钻进极易产生垂直于层面的方向弯曲(俗称顶层进)。钻孔弯强与岩石各向异性强弱和钻孔遇层角的大小有关。遇层角约为45º时,钻孔弯强最大。第二节钻孔弯曲的原因和规律2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系同时钻头在岩层片理和层理的作用下,产生偏离钻孔中心的旋转,也是造成孔斜的重要原因。当钻头与岩层斜交时,钻头切削具在孔底A、B两点处所遇回转阻力不同。钻头A点切削具逆层切削的阻力P大于B点切削具顺层切削的阻力N,这时图中的A点可看作是钻头回转的瞬心,即钻孔轴线有沿F方向偏移的趋势。第二节钻孔弯曲的原因和规律2020/9/,由于软、硬部分抗破碎阻力的不同,使钻孔朝着垂直于层面的方向弯曲;从硬岩进入软岩时,则钻具轴线有偏离层面法线方向的趋势。但由于上方孔壁较硬,限制了钻具偏倒,结果基本保持着原来的方向;钻孔通过硬岩进入软岩又从软岩进入硬岩时,最终还是沿层面法线方向延伸。钻孔遇层角存在着临界值。超过此值时钻孔顶层进;低于此值时钻孔将沿硬岩的层面下滑(俗称顺层跑)。这也说明钻进中粗径钻具倾斜面方向稳定是客观存在的。第二节钻孔弯曲的原因和规律2020/9/24中国地质大学勘查与基础工程系