《钻孔弯曲与测量LU》PPT课件

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1、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。7/19/2021中国地

2、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的投影与正北方向夹角，从正北方向按顺时针方向计。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7/19/2021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

3、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7/19/2021中国地质大学勘查与基础工程系二、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7/19/2021

4、中国地质大学勘查与基础工程系三、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7/19/2021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

5、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。7/19/2021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：1.1岩石的各向异性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7/19/2021中国地质大

6、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7/19/2021中国地质大学勘查与基础工程系1.2软硬互层钻孔以锐角从软岩进入硬岩时，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

7、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7/19/2021中国地质大学勘查与基础工程系地质因素——软硬互层第二节钻孔弯曲的原因和规律7/19/2021中国地质大学勘查与基础工程系除上述地质因素的影响以外，钻进含有卵石、砾石或漂石的岩层时，钻孔延伸受到岩石硬块的阻碍，钻孔往往朝着容易通过的方向偏斜。此时顶角和方位角的弯

8、曲无一定的规律。钻孔遇到大裂隙、交角又不大时，孔身往往沿裂隙面的方向延伸。斜孔穿过较厚的松散岩石或溶洞及老窿时，孔身则趋于