第三章岩心钻探钻具

第三章、岩心钻探钻具•第一节:岩心钻具的组成;•第二节:钻杆柱(一)钻杆柱的功用和结构(二)钻杆柱的材质和要求(三)钻杆使用注意事项及其优化•第三节:钻杆柱在孔内的工作状态•第四节:套管及其附属工具(讲第三节,其余自学)第三节、钻杆柱在孔内的工作状态一、钻杆柱在孔内的工作特点回转钻进依靠钻杆柱给孔底的钻头传递回转运动和扭矩。同时传送纵向进给运动和轴向钻压。这些运动和动力来源于地表的钻机。在长度以百米或千米计的钻杆柱中，由于自重已经成为一个失稳的杆件。实际上它是依靠孔壁的支撑在钻孔中维持工作的，这样长的一个杆件与钻孔孔壁构成一个运动系统，所以研究钻杆柱不能脱离钻孔的孔壁。MPM1M0P0WM:驱动钻杆柱的扭矩;M1:孔内摩擦扭矩;M0:钻头工作扭矩;W:钻杆柱重量;P0:钻头上的钻压;P:钻机轴向调节力.二、钻杆柱在孔内的波形弯曲萨尔基索夫对钻杆柱在孔内的弯曲状态进行了研究并提出了计算半波长的公式。如下图所示，以钻杆柱中心线和钻孔的轴线相交两点间的一段纵向长度称为半波长。萨尔基索夫研究钻杆柱在孔内弯曲状态的问题时是设定钻杆柱受外力（离心力和纵向力）所作的功等于钻杆柱变形所储存的位能。即：U=A+A1Ｕ：钻杆柱变形位能；Ａ：离心力所作的功；A1：纵向力所作的功。OO’+L一Lxydxy拉应力压应力（1）关于钻杆柱变形能U3424lEJfUkgf×cmf：最大的挠度（在钻孔中f等于（D-d）/2）；J：惯性矩L:半波长。（2）关于离心力所作的功glfqA422kgf×cm（3）关于纵向力所作的功lPfA4221kgf×cm（4）萨尔基索夫公式：2424222224)(qEJgqgPPgl从实际工作中可以看出，从孔内提出的钻杆立根，有的磨损是四周均匀的；而有的则是钻杆的某一侧面磨得特别厉害，即产生一边偏磨。这说明钻杆柱在孔内有不同的旋转方式。三、钻杆柱在孔内的旋转运动方式萨尔基索夫公式是在完整的钻孔中以理想的钻杆柱在钻孔中以钻孔的轴线为中心而公转为基础的，并呈平面弯曲状态。实际上由于钻杆柱的纵向不均匀，不同心及存在初始弯曲和钻孔孔径不均匀等原因，钻杆柱在孔内的弯曲状态是复杂的。但萨氏公式表示了钻杆柱在孔内弯曲的基本状态。O112O21—公转2—自转（1）公转：钻杆柱象一根刚性的弯曲杆，它围转着钻孔中心O1旋转；（2）自转：钻杆柱象一根柔性轴，虽然弯曲，但围绕着自身的中心O2旋转。一般认为弯曲的钻杆柱主要以自转方式旋转，但也可能以公转运动方式旋转或者既有自转又有公转两者结合的运动方式旋转。这是由于还有其它因素的影响，如钻杆柱的刚度是否均匀，钻孔壁是否规整，所用的技术参数是否恰当和一致等。四：回转钻杆柱所产生的扭应力在钻进中钻杆柱除了承受钻压、发生弯曲而引起钻杆柱中产生正应力处，还需传递扭矩给钻头，在钻杆柱中产生剪应力。上部断面传递的扭矩大，下部断面传递的扭矩小。在岩芯钻探中，钻进垂直孔时，在正常钻进的条件下，回转钻杆柱所需的功率为：321NNNNdＷＮd：钻进功率；Ｎ1：空转钻杆柱的功率；Ｎ2：克服磨擦阻力时增加的功率；Ｎ3：钻头破碎岩石所需的功率。各项的确定可参考相关书籍。在确定钻杆柱上端所传送的总功率后，在一定的转速条件下，可以算得钻杆柱上端所承受的最大扭矩。由前知，在钻进中钻杆柱各断面上所受的扭矩是不相等的。有人提出，在计算钻杆柱某断面的扭矩时，可把空转功率和增加功率之和设定为自孔口至孔底由最大降为零的等比变化，而破碎岩石功率在钻杆柱中始终不变。pIMMNN：功率；M：扭矩；：角速度；ρ：回转半径；IP：极惯性矩。五：提升钻杆柱所产生的拉应力在垂直孔中提升钻杆柱最大的拉力Ｑ为：321QQQQＱ1：钻杆柱本身的重量；Ｑ2：提升钻杆柱时孔内增加的阻力；Ｑ3：提升加速度的惯性力；smLqQ101123.0~2.0QQ13QgaQa：提升加速度