岩土钻掘工程学第八章PPT课件
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2020/11/8
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 概 述
国家精品课程
岩土钻掘工程学
三、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
国家精品课程
岩土钻掘工程学
2020/11/8
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
国家精品课程
岩土钻掘工程学
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，限制了钻具偏倒，结果基本保持着原来的方向；
失稳弯曲。粗径钻具的临界长度：
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 概 述
国家精品课程
岩土钻掘工程学
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。
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。
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第一节 概 述
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岩土钻掘工程学
四、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；
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
国家精品课程
岩土钻掘工程学
2. 技术因素
2.1 设备安装 钻机基础不平，立轴安装不正确，未下孔口管或孔口管方向不合要求，
都会使钻孔偏离设计轨迹。 这些因素主要是在开始阶段起作用，但钻孔开始的弯斜会给以后的钻孔
留下严重的影பைடு நூலகம்。 2.2 1）粗径钻具的刚度：粗径钻具直径较小而长度过长，则刚度可能不足，会
2020/11/8
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
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。
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。
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第一节 概 述
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。
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
地质因素——软硬互层
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岩土钻掘工程学
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
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岩土钻掘工程学
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，孔身则趋于下垂。
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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
国家精品课程
岩土钻掘工程学
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
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。
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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。
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第二 节 钻孔弯曲的原因和规律
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岩土钻掘工程学
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。
第二节 钻孔弯曲的原因和规律
二、钻孔弯曲的原因 1、地质因素： 1.1 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。
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岩土钻掘工程学
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
上的投影与真北方向夹角，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。
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第一节 概 述
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三、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
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
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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，限制了钻具偏倒，结果基本保持着原来的方向；
失稳弯曲。粗径钻具的临界长度：
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
中国地质大学勘查与基础工程系
第一节 概 述
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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。
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。
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第一节 概 述
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四、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；
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
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2. 技术因素
2.1 设备安装 钻机基础不平，立轴安装不正确，未下孔口管或孔口管方向不合要求，
都会使钻孔偏离设计轨迹。 这些因素主要是在开始阶段起作用，但钻孔开始的弯斜会给以后的钻孔
留下严重的影பைடு நூலகம்。 2.2 1）粗径钻具的刚度：粗径钻具直径较小而长度过长，则刚度可能不足，会
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第二节 钻孔弯曲的原因和规律
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。
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。
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第一节 概 述
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。
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地质因素——软硬互层
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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，孔身则趋于下垂。
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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
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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
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。
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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。
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第二 节 钻孔弯曲的原因和规律
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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。
第二节 钻孔弯曲的原因和规律
二、钻孔弯曲的原因 1、地质因素： 1.1 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。
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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
上的投影与真北方向夹角，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。
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