《鉆孔彎曲與測量LU》PPT課件

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1、第十章鉆孔彎曲與測量1、什么是鉆孔彎曲2、鉆孔為什么會彎曲3、如何確知鉆孔彎曲4、鉆孔彎曲的防治第一節(jié)概述鉆進(jìn)(井)工程施工中由于自然和技術(shù)因素的影響，實際鉆孔軌跡往往偏離設(shè)計軌跡——稱為鉆孔彎曲或鉆孔偏斜。地質(zhì)成果危害歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探網(wǎng)度，影響對礦體的評價、構(gòu)造的判斷和儲量計算的精確程度。鉆探施工危害鉆具在孔內(nèi)彎曲變形嚴(yán)重，摩擦阻力增加，磨損加劇，鉆桿折斷事故增多，升降鉆具困難，功耗增加和鉆進(jìn)速度下降。其他方面的危害水井鉆探中深井泵無法下入或過早損壞。鉆孔樁施工中，會引起樁基傾斜，影響樁基承載力。8/5

2、/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系一、鉆孔軌跡的基本要素頂角（θ）鉆孔軌跡某點切線與鉛垂線之間的夾角。石油稱為井斜角。方位角（α）鉆孔軌跡某點切線在水平面的投影與正北方向夾角，從正北方向按順時針方向計?？咨?，孔口到鉆孔軌跡上某點的鉆孔軸線長度。垂深，孔口到鉆孔軌跡上某點的Z坐標(biāo)長度。第一節(jié)概述8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系利用鉆孔軌跡基本要素，可算出軌跡上每點的空間坐標(biāo)。設(shè)鉆孔軌跡為一斜直線，坐標(biāo)原點為孔口，X軸取正北，Y軸取正東，Z軸鉛垂向下。軌跡上的空間坐標(biāo)計算如下：式中：x0,y0,z0——孔口坐標(biāo)；xA,

3、yA,zA——鉆孔軸線上點A的坐標(biāo)；θ——開孔頂角；α——開孔方位角；LA——孔口至測點鉆孔軸線的長度。第一節(jié)概述8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系二、彎曲強度（簡稱彎強）的概念為說明鉆孔軌跡的彎曲程度，取單位孔身長度的頂角變化，稱頂角彎強。單位孔身長度的方位角變化，稱為方位角彎強。彎強與數(shù)學(xué)上曲率概念等同。前者單位是（°）/m；后者是rad/m。如果把既有頂角變化，又有方位角變化的鉆孔軌跡看成是鉆進(jìn)速度向量變化的軌跡，則在某一孔段這種向量方向的變化，可用鉆孔全彎曲角表示。單位孔身長度的全彎曲角稱全彎強。全彎強越大，表明

4、鉆孔彎曲程度愈強烈。第一節(jié)概述8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系三、處理鉆孔彎曲問題時注意事項及時測量鉆孔彎曲，準(zhǔn)確測知鉆孔的空間位置，在處理地質(zhì)資料時加以校正；研究鉆孔彎曲規(guī)律和原因，采取措施進(jìn)行鉆孔彎曲的防治（防斜和治斜）；結(jié)合施工條件采用定向鉆進(jìn)技術(shù)。在進(jìn)行防斜、治斜和定向鉆進(jìn)時，都必須定期測斜。第一節(jié)概述8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系第二節(jié)鉆孔彎曲的原因和規(guī)律一、鉆孔彎曲的條件存在孔壁間隙，為粗徑鉆具提供偏倒(或彎曲)空間；具備傾倒或彎曲力，為粗徑鉆具偏離鉆孔軸線提供動力；粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定?？?/p>

5、壁間隙和傾倒(或彎曲)力是鉆孔彎曲的必要條件；而粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定是產(chǎn)生鉆孔彎曲的充分條件。鉆具傾斜面穩(wěn)定在某一方向時，鉆柱只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)。如果鉆柱公轉(zhuǎn)，鉆頭在不同時刻朝著不同方向鉆進(jìn)，只產(chǎn)生擴壁作用，而不導(dǎo)致鉆孔彎曲。因此，鉆孔彎曲是在鉆柱自轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生的。8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系二、鉆孔彎曲的原因1、地質(zhì)因素：1.1巖石的各向異性垂直于巖層方向碎巖效率高，平行于層理方向效率低，因此，在傾斜巖層中鉆進(jìn)極易產(chǎn)生垂直于層面的方向彎曲（俗稱頂層進(jìn)）。鉆孔彎強與巖石各向異性強弱和鉆孔遇層角的大小有關(guān)。遇層角約為

6、45o時，鉆孔彎強最大。第二節(jié)鉆孔彎曲的原因和規(guī)律8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系同時鉆頭在巖層片理和層理的作用下，產(chǎn)生偏離鉆孔中心的旋轉(zhuǎn)，也是造成孔斜的重要原因。當(dāng)鉆頭與巖層斜交時，鉆頭切削具在孔底A、B兩點處所遇回轉(zhuǎn)阻力不同。鉆頭A點切削具逆層切削的阻力P大于B點切削具順層切削的阻力N，這時圖中的A點可看作是鉆頭回轉(zhuǎn)的瞬心，即鉆孔軸線有沿F方向偏移的趨勢。第二節(jié)鉆孔彎曲的原因和規(guī)律8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系1.2軟硬互層鉆孔以銳角從軟巖進(jìn)入硬巖時，由于軟、硬部分抗破碎阻力的不同，使鉆孔朝著垂直于層

7、面的方向彎曲；從硬巖進(jìn)入軟巖時，則鉆具軸線有偏離層面法線方向的趨勢。但由于上方孔壁較硬，限制了鉆具偏倒，結(jié)果基本保持著原來的方向；鉆孔通過硬巖進(jìn)入軟巖又從軟巖進(jìn)入硬巖時，最終還是沿層面法線方向延伸。鉆孔遇層角存在著臨界值。超過此值時鉆孔頂層進(jìn)；低于此值時鉆孔將沿硬巖的層面下滑(俗稱順層跑)。這也說明鉆進(jìn)中粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定是客觀存在的。第二節(jié)鉆孔彎曲的原因和規(guī)律8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系地質(zhì)因素——軟硬互層第二節(jié)鉆孔彎曲的原因和規(guī)律8/5/2021中國地質(zhì)大學(xué)勘查與基礎(chǔ)工程系除上述地質(zhì)因素的影響以外，鉆進(jìn)含有

8、卵石、礫石或漂石的巖層時，鉆孔延伸受到巖石硬塊的阻礙，鉆孔往往朝著容易通過的方向偏斜。此時頂角和方位角的彎曲無一定的規(guī)律。鉆孔遇到大裂隙、交角又不大時，孔身往往沿裂隙面的方向延伸。斜孔穿過較厚的松散巖石或溶洞及老窿時，孔身則趨于下垂。第二節(jié)鉆孔彎曲