第52卷第4期 2016年4月
设计与研究·
甘肃水利水电技术
GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY
深孔钻进中钻杆振动机理及其预防措施
蒋辽1,张明明2,邱世廷2.高亮德3
（1.贵州省六盘水月照机场有限责任公司，贵州六盘水553000； 2.中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031；
3.四川省地质工程集团公司，四川成都610000）
Vol.52,No.4 Apr.，2016
摘要：深孔钻进中，由于钻杆在孔内受到不同组合力的共同作用，使钻杆在孔内的运动特征十分复杂，细长弹性杆件在孔内自传和公转时，会产生多种形式的振动。而摄动大多是不利的，会大大降低钻孔质量和减小钻具的寿命。近年来，随着钻柱运动学、动力学研究的深入，借助仿真软件的模拟分析，已对钻柱的振动特征有了一定的了解。结合某工程实，通过大量的现场记录资料，分析引发钻柱振动的原因，从而再针对性地采取防振动措施，削弱振动带来的不利影响，使钻探成果能够满足设计需要。
关键词：深孔；钻杆振动；形成机理；预防措施；应用效果
中图分类号：TG523 1前言
文献标志码：A
文章编号：2095-0144(2016)04-0041-03
错、陡产状硬质岩层、破碎层中钻进，钻柱发生振动
在地质钻探中，由钻杆组成的钻杆柱向孔底钻头传递扭矩和回转运动，并将地面钻机的轴向压力传递到钻头唇面，可以说钻头在孔底连续碎岩进尺行为及其他一切工作都与钻杆柱的工作性能密切相关。钻杆柱内腔承受着高压脉冲液流，文与孔睡构成复杂的运动系统，承受着磨损和腐蚀，同时对于自身已处在失稳状态的柔性杆件，其工作状态十分复杂，工作负担十分沉重。大量的工程实践表明钻进效率的高低和钻探作业的安全性都有钻杆柱的性能直接相关，而导致杆柱疲劳失效，断钻杆与钻杆的振动密切相关。因此，作为钻探工作必不可缺的关键组件，同时又为了保证其平稳运转，研究其振动特性是十分必要的。
针对钻柱振动的研究，形成了从早期传统弹塑性理论分析方法到数值模拟分析，从一维到三维空间，从线性到非线性的重大跨越。对钻杆受力形式
和工作理论有了一定的认识。 2钻柱振动机理分析
振动的形成多于钻头结构、地层岩性、钻探工
艺、钻探机具的材质有关。 2.1地层因素
大量的深孔钻柱振动信号监测显示，在软硬交收稿日期：2016-04-19
是非常普遍的，这主要是因为钻头在高钻速剪切碎岩时间款性的刻人岩层中，钻柱自身积累的应变能反复释放，使钻柱产生绕其自身旋转的扭转波动，并将能量以弹性波的形式传到地面，到达地面后再沿着杆柱反向传给钻头。孔内阻尼介质的吸收了一部分弹性能，使钻柱内的弹性能量逐渐降低，振动波形和振幅发生变化；当外界引起钻头振动的频率与钻柱固有频率接近时，将引起钻柱的共振，导致杆柱内
的交变剪应力增大。 2.2
钻柱管材属性
普通钻杆都是由不同成分的合金无缝钢管制成的，其外形尺寸、硬度、弹模对杆柱的振动频率影响很大。通常，质量越大的频率就越低，硬度越高的频率就越高。对于超深孔，虽然存在地下高温（温度般不会超过200℃），引起钻杆钢材内部晶体的重排、外形尺寸的变化，但温度的改变对灌注的外形和弹模的影响非常小，可忽略不计。
同时不均匀的温度场下，钻柱自身的力学行为很不稳定，温度引起钻柱轴向伸缩量不同，弹性管产生的附加热应力引起钢构特性的变化，在外界环境的激励下，很容易使钻柱发生弯曲并引起杆柱的共
作者简介：蒋辽（1978-），男，贵州盘县人，工程师，学士，主要从事机场岩土工程建设管理，E-mail:jiangliao1978@163.com。
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