基于ANSYS的某水电深孔钻杆柱扭转振动分析.pdf

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1、第5l卷第3期甘肃水利水电技术Vo1．51．No．32015年3月GANSUWATERRESOURCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGYMar．．2015·施工技术·基于ANSYS的某水电深孔钻杆柱扭转振动分析赵国法，张明明，韦猛。(1．浙江省有色金属地质勘查局，浙江杭州I312000；2．中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031；3．成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059)摘要：岩心钻探中的钻杆柱在实际工作中因受到外界因素(地质因素、人为因素、工艺因素等)的干扰而产生振动是

2、不可避免的，当钻杆柱的转速达到系统的临界转速，就会引起钻杆柱剧烈共振而导致钻杆的断裂，严重的会造成一系列的孔内事故。因此，为改善钻杆柱在孔内的工作状况，研究其在高速运动状态下的振动特性是十分必要的。目前，国内外的学者对石油系统中钻柱纵向和横向振动的研究已取得了一定的结果。本文结合作者参与的钻探项目，基于ANSYS的钻杆柱振动模态，分析了水电深孔钻进中钻杆柱的扭转振动特性，针对性地提出了相应的减振措施，并辅以其他有效的防振手段，很好地解决了钻探工程中的难点问题。关键词：临界转速；共振；水电深孔；ANSYS的钻杆柱振动模态；扭转振动；应用效果

3、中图分类号：TE921文献标志码：A文章编号：2095—0144(2015)03—0048—06随着深部找矿、水电大坝帷幕防渗、深孔科研钻1．2地层岩性探等工作对地质信息的采集要求越来越高，而实现根据地质勘察和钻探揭露，大坝灌浆区上覆第这一任务的关键在于能否合理控制钻孑L轨迹以到达四系崩坡积土、洪积土、冲积土夹卵砾石土(崩坡积设计靶点位置和提高岩心的采取质量．与之密切相土主要分布在两岸l250m高程以上以及铜槽沟、和平沟两侧)；下伏基岩为澄江期灰白色、微红色中关的控制因素之一就是孔内杆件工作的稳定性。特粒黑云二长花岗岩，另有辉绿岩脉、花岗

4、细晶岩脉、别是在深孔中，由于高速旋转的钻杆柱细长比很大，闪长岩脉等，尤以辉绿岩脉分布较多，辉绿岩脉出露自重已使其处于失稳状态．再加上冲洗液的脉冲扰宽度一般0．5～10m，最大宽度达26m。动。极易触发孔内杆件的共振，不利于钻进的顺利进1．3气象与水文行。根据作者参与的某水电站深孔帷幕成孔综合防本工程所在的大渡河流域中游属亚热带湿润气斜工艺研究项目的统计资料，现场超过80％的钻探候区，气候随高程的变化仍很明显。据临近坝址区事故(包括钻孑L弯曲、钻具折断、切削具脱落等)与钻县城气象站1961—1990年资料统计，该地区多年平杆有关，其中因钻具

5、振动而引起的占大多数。为解均气温16．9℃。极端最高气温39．2℃，极端最低气决生产中的重难点问题。保证钻探工程质量，作者在温一3．9oC，年平均蒸发量1637．5mm。本流域降水量参阅大量相关文献的基础上展开了对本项目中钻具主要集中在5—10月，其中又以6—9月最多，最大日振动现象的分析讨论。降水量在100mm以上，降水日数为100～l70d。1工程概况2钻探工程概况1．1自然地理位置该水电站帷幕灌浆钻探工程．设计孔间距2．0某水电站位于大渡河中游上段雅安市境内，为m，排距1．5m，最大孑L深200m左右，顶角允许偏大渡河干流规划22个

6、梯级电站之一。坝址区左岸现差±0．5。／100m．其精度已大大超过常规钻探对孔斜有$211公路通过．向北连接川藏公路。向东与国道质量的要求。由于坝区地层岩性复杂，岩脉穿插分G108相通，交通条件较为便利⋯。布较广．软硬互层较多；钻探工作面仅3．5rex2．5m，收稿日期：2015—03—14作者简介：赵国法(1970一)，男，浙江绍兴人，高级工程师，学士，从事探矿工程、隧道工程、地质灾害防治工程等方面的管理及研究。E—mail：1348380766@qq．com通讯作者：张明明(1989-)，男，湖北襄阳人，助理工程师，硕士，从事岩土工程

7、勘察、钻掘工程等方面的研究。E--mail：Mcdut89@163．com·48·3l9J赵旧法，：琏jANSYS的菜水电深孑L钻杆柱扭转振动分根钻K度受限；钻探一r作缱达40万m，受1一：期紧等条仆的制约，他得钻孔的质量九法保证2．1钻孔结构及钻探工艺~?i4L结卡勾：斜}rl：孔，西9lllam歼孔至3Ill芹彳后下入4)89illln奁锊，换7611111钻至终孔。主要钻探没衙：Xy一2型心钻机；BWl50刑泥浆泵；56TKSl{一l0排污泵：功率为220kW柴油发电机纰进I参数表l所列表1帷幕灌浆工程灌浆孔钻进工艺参数图2金刚石钻

8、头胎体断裂2．2钻进过程中遇到的重难点问题(1)钻jI振动大坝j#940Ill高程的L一Ⅱ一l3号钻孔施rI1．钻进6711}Jlf，发现钻朴干¨钻机摆动幅度较大，扎内小}Ilf传钻朴杜与孔壁