影晌定向钻孔轨迹的地质因素及弯曲条件

2020-06-16 09:58:11 yysm 446

煤矿井下近水平定向孔施工过程中,钻孔轨迹总会在某种程度上必然的偏离预定方向,这种轨迹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,工艺技术因素则属于钻进过程中的主观因素。

中心通缆钻杆

影响钻孔轨迹弯曲的地质因素主要是钻进地层的硬度及结构构造。

用相同直径的钻头、钻具组合以及钻探工艺钻进不同硬度地层时,一般在硬岩中成孔直径较小,而软岩层更有利于钻孔弯曲。

地层的层理、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,在这种地层中钻进时,钻头在孔底受力不平衡,容易引起钻孔弯曲。其中层理、片理和软硬互层对钻孔轨迹弯曲影响最大。

通过对地层的大量测定和钻进实践表明,由于地层的各向异性,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,孔壁间隙最小,不易发生弯曲; 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,孔壁间隙最大,使钻头稳定量差,钻孔容易弯曲;与层理斜交方向岩层的硬度、破碎阻力、破碎速度以及钻孔弯曲程度介于两者之间。

钻孔通过软硬互层岩层时,钻孔弯曲的影响取决于钻孔轴线的遇层角(指钻孔轴线与岩层层面法线的夹角的余角)和软硬岩层的硬度差。当下滑力大于钻头与岩层层面的摩擦阻力时,钻具沿层面下滑,钻孔将顺岩层层面方向弯曲(称为“顺层跑”)。很明显,遇层角越小,下滑力越大。钻具沿层面下滑的临界遇层角主要与岩石对钻头的摩擦系数有关,这取决于岩石的性质,一般临界遇层角的值820°。当遇层角  大于临界角时钻头由软岩层进入硬岩层时,靠层面上硬岩一端孔底反力的合力大,  靠软岩一端孔底反力的合力小,不仅钻头两端存在钻速差和孔底不对称不均匀破碎, 而且将产生一倾倒力矩M使钻头扭转,并沿着地层上倾方向,即垂自于层面方向弯曲(称为“顶层进”);遇层角大于临界角时钻头由硬岩层进入软岩层时,钻头靠层面上软岩一侧的钻速快,靠硬岩一侧的钻速慢,加之产生的倾倒力矩,使钻孔有向地层下倾方向弯曲的趋势。

除了层理、片理和软硬互层等地层条件对钻孔弯曲有较大影响外,在松软、极破碎和溶洞地层钻进时,由于钻具与孔壁之间有较大间隙,钻具在重力作用下,钻孔(斜孔)有下垂趋势;在卵、砾石层钻进时,钻具将沿容易通过的方向延伸,钻孔弯曲方向无一定规律。

地质因素对钻孔轨迹的影响表现为孔底钻具受到一个来自地层的自然定向力(即地层力的作用),地层力的两个分力——地层变孔斜力和地层变方位力使钻孔倾角和方位角发生改变。

标签: 定向钻孔
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