钻孔偏斜分析.doc

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1、钻孔偏斜分析在水文地质勘探的钻孔工程中，由于钻机安装不正，施工不当，软硬岩层相间及岩层倾斜等原因，往往导致钻孔发生偏斜，影响成井工艺。由于钻孔偏斜可能造成矿体打丢、打薄或打厚，达不到预期的地质勘探目的，甚至造成钻孔报废，浪费大量人力物力，因此需要随时控制钻孔在空间位置的变化，预防和纠正钻孔的偏斜。一、钻孔偏斜概念分析钻孔的施工过程中的实际空间位置偏离设计空间位置，即偏离设计轴线，称之为钻孔偏斜或孔斜。钻孔空间形态三要素：钻孔深度、钻孔的顶角（或倾角）及钻孔方位角决定了钻孔在地下空间的位置，这三个因素称钻孔空间形

2、态三要素。孔斜的条件：钻孔发生偏斜的根本原因是粗径钻具在孔内歪倒，其轴线偏离钻孔轴线。而能使其歪倒的条件主要是：孔壁间隙大，为它提供空间条件；同时还要有倾倒力矩为它提供歪倒动力，再就是一个固定的歪倒方向。二、钻孔发生偏斜的原因第一个方面原因：地质因素，一是岩石的各向异性在钻头处产生歪倒力矩使粗径钻具倾斜而导致孔斜；二是钻进软硬夹层时，钻头处产生钻压差或钻头沿岩石节理面滑移；三是钻进中遇到溶洞或大裂隙；四是在卵砾石层中钻进。第二个方面是钻进工艺及操作方面的原因：换径不带导向或粗径钻具本身就弯曲；冲洗液量大冲刷孔壁

3、使孔壁间隙过大，造成粗径钻具或岩心管与钻孔轴线产生偏斜角；采用的钻压过大与转速过快，钻杆柱受轴心压力及回转的影响而呈挠曲状态影响了钻具的稳定性，促使粗径钻具歪倒。第三个方面的原因是：设备安装时不合乎要求，主要表现在基台不稳固或发生偏斜；开孔时没有校正钻机的顶角和方位角，致使开孔即发生偏斜；另外钻机立轴过度磨损旷动太大也是一个因素。三、钻进过程中岩层分布与钻杆受力分析钻进过程中，如果不考虑控制方向的问题随意钻进，从力学的角度分析，钻头肯定会避开较硬的岩层，朝着钻头周围岩层最软弱的方向推进，从而造成钻孔倾斜。在钻头

4、小范围附近的岩层，其分布大致分为三种，即垂直分布、水平分布和倾斜分布。一、现主要从钻杆钻进所需用力的角度来初步判断与钻孔倾斜的关系。1.如果钻机在垂直分布的岩层上施工，钻杆只在同一岩层中工作，钻进过程中不会跨越不同岩层，钻杆钻进所需用力不会发生变化，基本上应该处于同一稳定值，故而，在钻进过程中，如果力发生了突变，无论是变大还是变小，则一定是钻孔倾斜了，要及时调整到原来所用的力或功率的值。节流阀用来控制进给速度。节流阀的手柄顺时针转动流量减小，钻进压力增高，推进速度加大，反时针旋转则相反。为此，在正常钻进时，根据

5、井底压力大小随时调节节流阀，即岩石硬时，推进速度可加大，岩石软时推进压力应减小。（a）（b）（c）图1钻机在垂直分布岩层钻进受力分析如图1（a）所示，如果只在岩层B中作业，则其受力值F1应该恒定（假设每一岩层的岩体都是均匀分布的）；如果钻杆倾斜，钻头打在岩层B和C的接触面上，则此时受力值F2与受力值F1必将不同。1）假设岩层B较岩层C软弱，钻杆在岩层B中作业，需用力P1=50N（即F1=50N），在岩层C中作业，需用力P2=100N。则力F2的分力方向和大小应如图1（b）所示，可以直观得出F2>P1=50N，即

6、此时钻进所需力增大。2）假设岩层B较岩层C坚硬，钻杆在岩层B中作业，需用力P1=100N（即F1=100N），在岩层C中作业，需用力P2=50N。则力F2的分力方向和大小应如图1（c）所示，可以直观得出F2

7、.如果钻机在水平分布的岩层上施工，则在不同岩层的接触面上，钻杆钻进所需力肯定会发生突变，这时钻头容易发生倾斜，要特别注意，如果下一岩层岩性较上一岩层软弱，则应朝所需用力最小的方向钻进，反之则应朝所需用力最大的方向钻进。（a）（b）（c）图2钻机在水平分布岩层钻进受力分析如图2（a）所示，钻杆现在由岩层B打入岩层C，在接触面上必然发生力的突变。假设岩层B较岩层C坚硬，钻杆在岩层B中推进，需用力P1=100N，在岩层C中推进，需用力P2=50N。1）倘若钻杆继续沿着竖直方向推进，则所用力F1应由P1=100N突变为

8、P2=50N。2）倘若钻杆发生倾斜变为F2的方向，将F2进行分解（如图2（b）所示），两分力分别为P1=100N，P2=50N，可知，无论合力F2方向如何倾斜，其两分力P1、P2大小一定，则由其受力平行四边形可得，F2>P2=50N。所以钻杆沿着正确的竖直方向推进时所需力是最小的，即钻杆应该沿着各个方向中所需力最小的方向推进。3）反之，岩层B较岩层C软弱，即此时P1=50N，P2=10