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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,中国地质大学勘查与基础工程系,单击此处编辑母版标题样式,岩土钻掘工程学,国家精品课程,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,单击此处编辑母版标题样式,第十章,钻,钻孔弯曲,与,与测量,1,、什么是,钻,钻孔弯曲,2,、钻孔为,什,什么会弯,曲,曲,3,、如何确,知,知钻孔弯,曲,曲,4,、钻孔弯,曲,曲的防治,国家精品,课,课程,2022/10/24,中,国,国,地,地,质,质,大,大,学,学,勘,勘,查,查,与,与,基,基,础,础,工,工,程,程,系,系,第,一,一,节,节,概,概,述,述,钻,进,进,(,井,),工,程,程,施,施,工,工,中,中,由,由,于,于,自,自,然,然,和,和,技,技,术,术,因,因,素,素,的,的,影,影,响,响,，,，实,际,际,钻,钻,孔,孔,轨,轨,迹,迹,往,往,往,往,偏,偏,离,离,设,设,计,计,轨,轨,迹,迹,称,为,为,钻,钻,孔,孔,弯,弯,曲,曲,或,或,钻,钻,孔,孔,偏,偏,斜,斜。,地,质,质,成,成,果,果,危,危,害,害,歪,曲,曲,矿,矿,体,体,产,产,状,状,、,、,打,打,丢,丢,矿,矿,体,体,、,、,遗,遗,漏,漏,断,断,层,层,或,或,改,改,变,变,勘,勘,探,探,网,网,度,度,，,，,影,影,响,响,对,对,矿,矿,体,体,的,的,评,评,价,价,、,、,构,构,造,造,的,的,判,判,断,断,和,和,储,储,量,量,计,计,算,算,的,的,精,精,确,确,程,程,度,度,。,。,钻,探,探,施,施,工,工,危,危,害,害,钻,具,具,在,在,孔,孔,内,内,弯,弯,曲,曲,变,变,形,形,严,严,重,重,，,，,摩,摩,擦,擦,阻,阻,力,力,增,增,加,加,，,，,磨,磨,损,损,加,加,剧,剧,，,，,钻,钻,杆,杆,折,折,断,断,事,事,故,故,增,增,多,多,，,，,升,升,降,降,钻,钻,具,具,困,困,难,难,，,，,功,功,耗,耗,增,增,加,加,和,和,钻,钻,进,进,速,速,度,度,下,下,降,降,。,。,其,他,他,方,方,面,面,的,的,危,危,害,害,水,井,井,钻,钻,探,探,中,中,深,深,井,井,泵,泵,无,无,法,法,下,下,入,入,或,或,过,过,早,早,损,损,坏,坏,。,。,钻,钻,孔,孔,桩,桩,施,施,工,工,中,中,，,，,会,会,引,引,起,起,桩,桩,基,基,倾,倾,斜,斜,，,，,影,影,响,响,桩,桩,基,基,承,承,载,载,力,力,。,。,2022/10/24,中国地质大,学,学勘查与基,础,础工程系,一、钻孔轨,迹,迹的基本要,素,素,顶角（,）钻孔轨迹,某,某点切线与,铅,铅垂线之间,的,的夹角。石,油,油称为井斜,角,角。,方位角（,）钻孔轨迹,某,某点切线在,水,水平面上的,投,投影与真北,方,方向夹角，,按,按顺时针方,向,向计。,孔深,，孔口到钻,孔,孔轨迹上某,点,点的钻孔轴,线,线长度。,垂深，孔口,到,到钻孔轨迹,上,上某点的,Z,坐标长度。,第一节,概,概 述,2022/10/24,中国地质大,学,学勘查与基,础,础工程系,利用钻孔轨,迹,迹基本要素,，,，可算出轨,迹,迹上每点的,空,空间坐标。,设,设钻孔轨迹,为,为一斜直线,，,，坐标原点,为,为孔口，,X,轴取正北，,Y,轴取正东，,Z,轴铅垂向下,。,。轨迹上的,空,空间坐标计,算,算如下：,式中：,x,0,y,0,z,0,孔口坐标；,x,A,y,A,z,A,钻孔轴线上,点,点,A,的坐标；,开孔顶角；,开孔方位角,；,；,L,A,孔口至测点,钻,钻孔轴线的,长,长度。,第一节,概,概 述,2022/10/24,中国地质大,学,学勘查与基,础,础工程系,三、弯曲强,度,度（简称弯,强,强）的概念,为说明钻孔,轨,轨迹的弯曲,程,程度，取单,位,位孔身长度,的,的顶角变化,，,，称顶角弯,强,强。单位孔,身,身长度的方,位,位角变化，,称,称为方位角,弯,弯强。,弯强与数学,上,上曲率概念,等,等同。前者,单,单位是（,）,/m,；后者是,rad/m,。,如果把既有,顶,顶角变化，,又,又有方位角,变,变化的钻孔,轨,轨迹看成是,钻,钻进速度向,量,量变化的轨,迹,迹，则在某,一,一孔段这种,向,向量方向的,变,变化，可,用,用钻孔全弯,曲,曲角表示。,单,单位孔身长,度,度的全弯曲,角,角称全弯强,。,。全弯强越,大,大，表明钻,孔,孔弯曲程度,愈,愈强烈。,第一节,概,概 述,2022/10/24,中国,地,地质,大,大学,勘,勘查,与,与基,础,础工,程,程系,四、,处,处理,钻,钻孔,弯,弯曲,问,问题,时,时注,意,意事,项,项,及时,测,测量,钻,钻孔,弯,弯曲,，,，准,确,确测,知,知钻,孔,孔的,空,空间,位,位置,，,，在,处,处理,地,地,质,质资,料,料时,加,加以,校,校正,；,；,研究,钻,钻孔,弯,弯曲,规,规律,和,和原,因,因，,采,采取,措,措施,进,进行,钻,钻孔,弯,弯曲,的,的防,治,治（,防,防斜,和,和治,斜,斜）,；,；,结合,施,施工,条,条件,采,采用,定,定向,钻,钻进,技,技术,。,。在,进,进行,防,防斜,、,、治,斜,斜和,定,定向,钻,钻进,时,时，,都,都必,须,须定,期,期测,斜,斜。,第一,节,节,概,概,述,述,2022/10/24,中国,地,地质,大,大学,勘,勘查,与,与基,础,础工,程,程系,第二,节,节,钻,钻孔,弯,弯曲,的,的原,因,因和,规,规律,一、,钻,钻孔,弯,弯曲,的,的条,件,件,存在,孔,孔壁,间,间隙,，,，为,粗,粗径,钻,钻具,提,提供,偏,偏倒,(,或弯,曲,曲,),空间,；,；,具备,倾,倾倒,或,或弯,曲,曲力,，,，为,粗,粗径,钻,钻具,偏,偏离,钻,钻孔,轴,轴线,提,提供,动,动力,；,；,粗径,钻,钻具,倾,倾斜,面,面方,向,向稳,定,定。,孔壁,间,间隙,和,和倾,倒,倒,(,或弯,曲,曲,),力是,钻,钻孔,弯,弯曲,的,的必,要,要条,件,件；,而,而粗,径,径钻,具,具倾,斜,斜面,方,方向,稳,稳定,是,是产,生,生钻,孔,孔弯,曲,曲的,充,充分,条,条件,。,。,钻具,倾,倾斜,面,面稳,定,定在,某,某一,方,方向,时,时，,钻,钻柱,只,只自,转,转不,公,公转,。,。,如果,钻,钻柱,公,公转,，,，钻,头,头在,不,不同,时,时刻,朝,朝着,不,不同,方,方向,钻,钻进,，,，只,产,产生,扩,扩壁,作,作用,，,，而,不,不导,致,致钻,孔,孔弯,曲,曲。,因,因此,，,，钻,孔,孔弯,曲,曲是,在,在钻,柱,柱自,转,转的,情,情况,下,下发,生,生的,。,。,2022/10/24,中国,地,地质,大,大学,勘,勘查,与,与基,础,础工,程,程系,二、,钻,钻孔,弯,弯曲,的,的原,因,因,1,、地,质,质因,素,素：,1.1,岩石,的,的各,向,向异,性,性,垂直,于,于岩,层,层方,向,向碎,岩,岩效,率,率高,，,，平,行,行于,层,层理,方,方向,效,效率,低,低，,因,因此,，,，在,倾,倾斜,岩,岩层,中,中钻,进,进极,易,易产,生,生垂,直,直于,层,层面,的,的方,向,向弯,曲,曲（俗,称,称顶,层,层进,）,）。,钻孔,弯,弯强,与,与岩,石,石各,向,向异,性,性强,弱,弱和,钻,钻孔,遇,遇层,角,角的,大,大小,有,有关,。,。遇,层,层角,约,约为,45,时，,钻,钻孔,弯,弯强,最,最大,。,。,第二,节,节,钻,钻,孔,孔弯,曲,曲的,原,原因,和,和规,律,律,2022/10/24,中国地质,大,大学勘查,与,与基础工,程,程系,同时钻头,在,在岩层片,理,理和层理,的,的作用下,，,，产生偏,离,离钻孔中,心,心的旋转,，,，也是造,成,成孔斜的,重,重要原因,。,。,当钻头与,岩,岩层斜交,时,时，钻头,切,切削具在,孔,孔底,A,、,B,两点处所,遇,遇回转阻,力,力不同。,钻,钻头,A,点切削具,逆,逆层切削,的,的阻力,P,大于,B,点切削具,顺,顺层切削,的,的阻力,N,，这时图,中,中的,A,点可看作,是,是钻头回,转,转的瞬心,，,，即钻孔,轴,轴线有沿,F,方向偏移,的,的趋势。,第二节,钻,钻孔弯,曲,曲的原因,和,和规律,2022/10/24,中国地,质,质大学,勘,勘查与,基,基础工,程,程系,1.2,软硬互,层,层,钻孔以,锐,锐角从,软,软岩进,入,入硬岩,时,时，由,于,于软、,硬,硬部分,抗,抗破碎,阻,阻力的,不,不同，,使,使钻孔,朝,朝着垂,直,直于层,面,面的方,向,向弯曲,；,；,从硬岩,进,进入软,岩,岩时，,则,则钻具,轴,轴线有,偏,偏离层,面,面法线,方,方向的,趋,趋势。,但,但由于,上,上方孔,壁,壁较硬,，,，限制,了,了钻具,偏,偏倒，,结,结果基,本,本保持,着,着原来,的,的方向,；,；,钻孔通,过,过硬岩,进,进入软,岩,岩又从,软,软岩进,入,入硬岩,时,时，最,终,终还是,沿,沿层面,法,法线方,向,向延伸,。,。,钻孔遇,层,层角存,在,在着临,界,界值。,超,超过此,值,值时钻,孔,孔顶层,进,进；低,于,于此值,时,时钻孔,将,将沿硬,岩,岩的层,面,面下滑,(,俗称顺,层,层跑,),。这也,说,说明钻,进,进中粗,径,径钻具,倾,倾斜面,方,方向稳,定,定是客,观,观存在,的,的。,第二节,钻,钻,孔,孔弯曲,的,的原因,和,和规律,2022/10/24,中国地,质,质大学,勘,勘查与,基,基础工,程,程系,地质因,素,素,软硬互,层,层,第二节,钻,钻,孔,孔弯曲,的,的原因,和,和规律,2022/10/24,中国地,质,质大学,勘,勘查与,基,基础工,程,程系,除上述,地,地质因,素,素的影,响,响以外,，,，钻进,含,含有卵,石,石、砾,石,石或漂,石,石的岩,层,层时，,钻,钻孔延,伸,伸受到,岩,岩石硬,块,块的阻,碍,碍，钻,孔,孔往往,朝,朝着容,易,易通过,的,的方向,偏,偏斜。,此,此时顶,角,角和方,位,位角的,弯,弯曲无,一,一定的,规,规律。,钻孔遇,到,到大裂,隙,隙、交,角,角又不,大,大时，,孔,孔身往,往,往沿裂,隙,隙面的,方,方向延,伸,伸。斜,孔,孔穿过,较,较厚的,松,松散岩,石,石或溶,洞,洞及老,窿,窿时，,孔,孔身则,趋,趋于下,垂,垂。,第二节,钻,钻,孔,孔弯曲,的,的原因,和,和规律,2022/10/24,中国地,质,质大学,勘,勘查与,基,基础工,程,程系,2.,技术因素,2.1,设备安装,钻机基础不,平,平，立轴安,装,装不正确，,未,未下孔口管,或,或孔口管方,向,向不合要求,，,，都会使钻,孔,孔偏离设计,轨,轨迹。,这些因素主,要,要是在开始,阶,阶段起作用,，,，但钻孔开,始,始的弯斜会,给,给以后的钻,孔,孔留下严重,的,的影响。,2.2,钻具结构尺,寸,寸,1,）粗径钻具,的,的刚度,：粗径钻具,直,直径较小而,长,长度过长，,则,则刚度可能,不,不足，会失,稳,稳弯曲。粗,径,径钻具的临,界,界长度：,第二节,钻,钻孔弯曲的,原,原因和规律,2022/10/24,中国地质大,学,学勘查与基,础,础工程系,2,）钻头唇部,形,形状,钻进各向异,性,性岩石遇层,角,角为锐角时,，,，钻头唇部,形,形状影响：,钻头唇部为,平,平面形状或,椭,椭圆形状时,，,，孔底向碎,岩,岩阻力最小,方,方向偏移。,同,同时,第二节,钻,钻孔弯曲的,原,原因和规律,随着椭圆度,的,的增大而加,剧,剧，因为钻,孔,孔向碎岩阻,力,力最小侧破,碎,碎加快了。,钻头唇部为,外,外锥形时，,钻,钻头唇面右,部,部破岩阻力,小,小，而左部,破,破岩阻力大,。,。因此，有,一,一翻转力矩,M,0,作用在钻头,上,上，使钻孔,有,有向左偏斜,的,的趋势。,2
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