钻孔弯曲影响因素和弯曲机理

2 钻孔弯曲影响因素和弯曲机理

钻孔弯曲是打钻施工过程中普遍的、大量存在的现象，用现有的各种方法钻进时钻孔总会在某种程度上必然地偏离预定方向。要使定向长钻孔顺利钻进，必须对钻孔弯曲的性质和机理作详尽的研究。掌握了弯曲的原因和规律，在设计定向钻孔时，就能在某种程度上利用它们，减少钻孔偏离预定方向的程度。

2.1 钻孔弯曲影响因素

钻进过程中钻孔弯曲是主、客观因素共同作用的结果。地质因素是钻进时的客观因素，技术和工艺因素是钻进时的主观因素。在不同的条件下，两类因素对钻孔弯曲的影响程度是不同的，有时地质因素是主导因素，有时技术和工艺因素是主导因素。

2.1.1 钻孔弯曲的地质因素

影响钻孔弯曲的地质因素主要是钻进岩层的硬度，研磨性、密度、矿物成份、变质程度及结构构造等。地质因素的影响主要表现为造成岩石的非均质性，它对钻孔方向及其特征有着多种作用。岩层的层理、片理、裂隙、断层、软硬互层、溶洞、卵砾石等结构构造使岩层具有不均质性。在这种岩石中钻进时，钻头在孔底受力不平衡，引起钻孔弯曲。其中层理、片理和软硬互层对钻孔的弯曲最具影响。

对岩石的大量测定和钻进实践表明，具有层理、片理的岩层，

其物理力学性质在各个方向上不同，此种特性称为岩石的各向异性。在垂直于层理方向的硬度最小，破碎阻力最小，破碎速度最快；在平行于层理方向的硬度最大，破碎阻力最大，破碎速度最慢；与层理斜交方向岩层的硬度、破碎阻力、破碎速度介于两者之间。最大硬度与最小硬度的比值称为岩石的各向异性指数。图2-1 为钻头在与地层面的不同方向钻进时的钻孔破碎情况，图中 a 是钻头垂直于地层层面钻进，钻孔为圆形，不发生弯曲；b 是钻头与地层层面斜交，钻头受一个来自地层下倾方向的力──地层造斜力的作用，使钻头轴向力图向垂直于地层层面方向偏移，钻孔呈椭圆形；c 中由于垂直于地层层面方向的硬度小，孔壁岩石易破碎，形成的钻孔直径较大，孔壁间隙大，使钻头稳定性差，钻孔也容易弯曲。

图 2-2 为钻头在片理和层理的岩层中钻进时顺层克取和逆层克取的受力情况。因钻头与层面斜交，钻头切削具在孔底

A 、

B 两点所遇回转阻力不同，A 点为顺层克取，切削阻力