定向鉆桿的工作條件與基本載荷

發(fā)布時間：

2021-03-02

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定向鉆桿組成的鉆桿柱是一個彈性系統(tǒng)，在定向鉆進過程中鉆桿所受載荷的大小和方向都在變化，定向式鉆桿在三維空間中承受著復(fù)雜交變的拉、壓、扭、彎曲、振動等載荷，加上磨損腐蝕等作用，在經(jīng)過一段時效后很可能在應(yīng)力集中部位斷裂。同時，伴隨著地質(zhì)條件的變化以及卡鉆、埋鉆等事故的發(fā)生，鉆桿的受力情況將變得更為復(fù)雜。定向式鉆桿的工作條件決定了定向式鉆桿將是鉆進過程中受力復(fù)雜、工況惡劣的部件。

鉆桿承受的基本載荷有:

1)拉力和壓力。鉆進過程中，鉆桿向鉆頭施加軸向壓力時鉆桿受壓，提鉆時鉆桿受拉。在處理孔內(nèi)事故進行起拔時，鉆桿會受到較大的拉力。

2)扭轉(zhuǎn)。由于鉆桿的主要功能之一就是承受或傳遞扭矩，因而使得鉆桿處于受扭狀態(tài)，產(chǎn)生扭應(yīng)力。特別是在處理孔內(nèi)事故時(定向式鉆桿在處理孔內(nèi)事故時可以回轉(zhuǎn))，鉆桿突然停止回轉(zhuǎn)，此時鉆機等設(shè)備的回轉(zhuǎn)部分和鉆桿柱的回轉(zhuǎn)動能使鉆桿受到扭轉(zhuǎn)沖擊，產(chǎn)生很大的扭應(yīng)力。

3)彎曲。在常規(guī)鉆進施工中，由于鉆桿在離心力以及軸向壓力作用下失穩(wěn)，產(chǎn)生彎曲，鉆桿柱內(nèi)部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。在施工定向孔的過程中，需要不斷地調(diào)整鉆孔軌跡，會引起鉆桿在孔內(nèi)的彎曲變形。彎曲的鉆桿柱進行回轉(zhuǎn)時，鉆桿內(nèi)產(chǎn)生的交變應(yīng)力易引起鉆桿的疲勞破壞。

4)彈性振動。鉆桿柱是一個彈性系統(tǒng)，在彎曲及扭轉(zhuǎn)等因素的復(fù)合作用下，會發(fā)生縱向和橫向振動。嚴重時，鉆桿柱的振動使得鉆機等配套設(shè)備受迫振動，影響鉆具及配套設(shè)備的壽命。