《岩土钻掘工程学》第二章钻具与钻塔培训PPT

第二章钻具与钻塔塔一、钻杆柱的功功能与组成成二、钻杆柱的工工况三、套管柱四、钻塔国家精品课课程第二章钻具与钻塔塔钻具一般是是指钻头以以上，水接接头以下的的全部钢管管柱，由岩岩心管、异异径接头、、取粉管、、扶正器、、钻铤、钻钻杆和主动动钻杆等组组成。钻杆是钻具具组成中的的主要成员员，多根钻钻杆借助接接头连接成成相当于孔孔深长度的的钻杆柱。。钻塔的主要要任务是升升降钻具和和套管。钻钻塔的高度度应与钻杆杆立根的长长度相匹配配。10/26/2022中国地质大大学(武汉汉)勘察与与基础工程程系§1.钻杆柱的功功能与组成成一、钻杆柱柱的功用把钻压和扭扭矩传递给给钻头，实实现连续给给进；为清洁孔底底和冷却钻钻头提供输输送冲洗介介质的通道道；更换钻头、、提取岩岩心管和进进行事故打打捞的工作作载体。在绳索取心心和水力反反循环连续续取心钻进进中是岩心心的通道；；用孔底动力力机钻进时时，钻杆柱柱承担孔底底动力机的的反扭矩。。二、钻杆柱柱的材质（自习）三、钻杆柱柱的结构（自习）第二章钻具与钻塔塔10/26/2022中国地质大大学(武汉汉)勘察与与基础工程程系§2.钻杆柱的工工况一、钻杆柱柱的工作状状态钻进时，由由于钻杆柱柱自身的偏偏心和自重重失稳而产产生的某些些弯曲，造造成钻杆柱柱有一定的的质量偏离离回转中心心。产生的的离心力，，更促使钻钻杆柱弯曲曲。钻柱上还有有由自重、、钻机给进进力及摩擦擦力合成的的纵向压力力。在离心心力、纵向向压力和扭扭矩的联合合作用下，，钻柱轴线线一般呈变变节距的空空间螺旋弯弯曲曲线形形状。弯曲程度取取决于这三三种力的大大小。弯曲曲的钻杆柱柱轴线在孔孔底螺距最最小，往往上逐渐加加大。第二章钻具与钻塔塔10/26/2022中国地质大大学(武汉汉)勘察与与基础工程程系我们把钻杆杆柱中心线线和钻孔的的轴线相交交两点间的的一段纵向向长度称为为半波长，，可根据萨萨尔基索夫夫的理论计计算。钻杆柱在孔孔内的旋转转运动可能能有三种形形式。（1）钻杆柱围围绕自身弯弯曲轴线旋旋转（自转转）。钻杆杆在整个圆圆周上与孔孔壁接触产产生均匀磨磨损，但受受交变弯曲曲应力。（2）钻杆柱围围绕钻孔轴轴线旋转并并沿着孔壁壁滑动（公公转）。钻钻杆不受交交变弯曲应应力的作用用，但产生生偏磨。（3）钻杆柱围围绕钻孔轴轴线旋转，，但不是沿沿着孔壁滑滑动而是沿沿着孔壁反反向滚动（（公转与自自转的结合合），钻杆杆柱同时围围绕自身轴轴线和钻孔孔轴线旋转转。其磨损损均匀，也也受到交变变弯曲应力力作用，但但循环次数数比第一种种形式低得得多。第二二章章钻具具与与钻钻塔塔10/26/2022中国国地地质质大大学学(武武汉汉)勘勘察察与与基基础础工工程程系系一般般认认为为呈呈半半波波弯弯曲曲的的钻钻杆杆柱柱的的主主要要形形式式是是自自转转，，也也可可能能产产生生：：以以自自转转为为主主+公转转，，以以公公转转为为主主+自转转。。二、、钻钻杆杆柱柱的的受受力力1.轴向向压压力力和和拉拉力力减压压钻钻进进时时，，上上部部钻钻杆杆柱柱受受拉拉，，其其中中孔孔口口处处拉拉力力最最大大，，向向下下逐逐渐渐减减小小；；下下部部钻钻杆杆柱柱受受压压，，孔孔底底压压力力最最大大。轴向向力力等等于于零零处处称称为为零零断断面面或或中中和和点点。。应应使使其其落落在在刚刚度度大大、、抗抗弯弯强强的的钻钻铤铤上上。。2.扭矩矩钻钻杆杆柱柱受受扭扭矩矩作作用用在在各各个个截截面面上上都都产产生生剪剪应应力力。。钻钻杆杆柱柱在在孔孔口口处处承承受受的的扭扭矩矩最最大大，，在在孔孔底底最最小小。。第二二章章钻具具与与钻钻塔塔10/26/2022中国国地地质质大大学学(武武汉汉)勘勘察察与与基基础础工工程程系系3.弯矩矩与与离离心心力力已弯弯曲曲的的钻钻杆杆柱柱在在轴轴向向力力作作用用下下，，受受到到弯弯矩矩作作用用，，如如绕绕自自身身轴轴旋旋转转则则会会产产生生交交变变的的弯弯曲曲应应力力。。如钻钻杆杆柱柱公公转转，，则则产产生生离离心心力力。。离离心心力力又又将将加加剧剧钻钻杆杆柱柱的的弯弯曲曲变变形形。。4.纵振振、、扭扭振振与与摆摆振振孔底底跳跳跃跃式式碎碎岩岩引引起起钻钻柱柱纵纵振振，，共共振振钻钻杆杆柱柱容容易易疲疲劳劳破破坏坏。。破岩岩回回转转阻阻力力不不断断变变化化引引起起钻钻柱柱扭扭振振，，产产生生交交变变剪剪应应力力。。在某某一一临临界界转转速速下下，，钻钻杆杆柱柱会会出出现现摆摆振振，，其其结结果果是是迫迫使使钻钻杆杆柱柱公公转转，，引引起起钻钻杆杆柱柱严严重重的的偏偏磨磨。。不难难看看出出，，钻钻杆杆柱柱受受力力严严重重部部位位是是下下部部、、孔孔口口处处和和零零断断面面附附近近。。第二二章章钻具具与与钻钻塔塔10/26/2022中国国地地质质大大学学(武武汉汉)勘勘察察与与基基础础工工程程系系§3.套管管柱柱（（通常常自自下下而而上上设设计计钻钻孔孔结结构构）一、、钻钻孔孔结结构构钻孔孔由由开开孔孔至至终终孔孔，，各各孔孔段段的的深深度度和和口口径径的的变变化化情情况况。。开孔孔前前根根据据以以下下资资料料来来设设计计钻钻孔孔结结构构：：(1)所钻钻岩岩石石的的物物理理-力学学性性质质，，硬硬度度、、稳稳定定性性和和水水敏敏性性等等；；(2)钻孔孔的的设设计计深深度度和和倾倾角角；；