深孔钻探防斜纠斜技术措施探究

夏建湘

(湖南省地质矿产勘查开发局四〇八队，湖南 郴州 423000)

0 概述

随着我国加强深部地质资源勘查工作不断深化，开展深部找矿工作已经成为地质找矿工作的重点。在深部找矿过程中，除了利用更成熟的地质理论和更先进的物化探方法、遥感技术等新探测技术外，最终还需要使用钻探技术来取心取样，证实推断和探测的正确性。经过近两年的理论分析和工作实践，现总结出了一套综合的防斜纠斜措施，并通过采用绳索取心液动锤技术在防斜纠斜方面得到成功应用，突破了在软硬互层及大倾角地层中深孔钻探防斜纠斜工艺技术难题，为深部找矿及深孔勘察提供了技术支持。

1 钻孔弯曲的危害

钻孔弯曲度是衡量岩心钻探钻孔质量六大指标中关键控制指标之一，钻孔偏离设计轴线过大，可能造成各种危害。

1.1 影响地质目的

钻孔过大弯曲会歪曲矿层厚度、产状及规模，甚至使钻孔不能穿过矿体、构造带或打丢矿体，这些都严重地影响对地层的了解和对矿产资源的正确评价。钻孔穿矿点位置的偏移还会使相邻钻孔达不到对矿体控制的要求，造成钻孔报废或后期补加工作量。

1.2 影响钻探施工

(1)增大与孔壁的摩擦，因而升降及回转钻具的阻力增大。

(2)钻具摩损严重，易发生断脱孔内事故，发生事故后处理的难度增大。

(3)引起孔壁失稳、垮塌。

(4)消耗钻压、降低钻速。

(5)防斜、纠斜、增加测斜次数等，甚至造成钻孔报废影响施工进度。

2 深孔钻探防斜综合技术措施

2.1 钻孔设计

(1)松软、松散、溶洞及构造发育地层中一般不设计施工斜孔。

(2)软硬不均、层理发育的岩层中钻进，钻孔设计轴线尽可能垂直于层面。

(3)陡倾产状和薄层状地层等易斜地层中钻进应考虑设计定向孔，尽量满足沿岩层垂直方向施工钻孔。

2.2 把好设备安装关

设备状况良好，不使用立轴旷动的钻机，主动钻杆回转稳定，上下卡盘定心良好，设备安装周正稳固，天车、立轴、孔位三点共线。

2.3 抓好开孔、换径、扩孔工作

(1)开孔时要选用锋利的钻头，加压要均匀，操作要领是：

上余不要长，机上不可弯；上下都卡紧，导管不能旷；钻具要对中，粗径渐加长；慢转多提动，轻压是关犍。

(2)换径要带外导正器，用综台式异径接头连结，中心线必须一致。导正管要长于4 m，第一回次小径岩心管长度要短于1 m。操作要领为：钻具分上下，上部是导正；上部逐减短，下部渐增长；上下要同心，参数要控制。

(3)扩孔时必须要带内导正器，内导正器要上紧。

2.4 合理的工艺技术措施

(1)钻进方法。①推广以绳索取心钻进为主体的金刚石钻进；②冲击回转钻进及孔底动力机钻进有利于防止钻孔弯曲。

(2)钻进技术参数。①钻压：保证体积破碎即可，不宜盲目加大，必要时还应适当控制；②转速：破碎、松软、松散地层及换层换径时要降低转速；③冲洗液量：不宜过大，防止扩大孔壁间隙。

2.5 合理的钻具结构

(1)缩小钻具与孔壁的间隙。①粗径钻具加扶正器或带上扩孔器；②钻杆上加扶正器、稳定器、胶箍等。

(2)增强钻具的刚性和抗磨能力。①改善钻具材质、增加壁厚或表面热处理；②双层岩心管能提高粗径钻具刚性； ③深孔钻进尽量采用钻铤加压。

(3)岩心管长度适当。岩心管愈长，倾倒后形成的角度(导斜角)愈小，有利于防止钻孔弯曲。但岩心管愈长．本身愈不稳定(易弯曲)，所以应有合适长度。硬质合金钻具长度7～9 m，金刚石小口径钻具3～4 m比较适宜。

综合上述，防斜钻具应具有锋利的钻头和长、直、重、厚、刚的结构。

3 SYZX75型绳索取心液动锤在深孔钻探防斜技术中的实践应用

2013年初，我队购入了中国地质科学院勘探技术研究所生产的SYZX75型绳索取心液动锤钻具。绳索取心液动锤钻进技术是在回转和冲击的联合作用下碎岩，给钻头施加的是高频脉动载荷，应力集中，瞬间可达极高值，易使岩石产生体积破碎，可大幅提高钻进效率。而且冲击回转的联合作用使钻孔不易偏斜，对深孔及易斜地层钻进有显著的控斜防斜效果。2014年我队承接了“贵州兴仁县野猫红金矿矿区”项目，在6个深孔施工过程中推广采用SYZX75绳索取心液动锤防斜等技术工艺措施, 解决了在深孔破碎地层施工中钻进效率低、孔斜难控制及钻孔孔斜易突变等技术难题。所完成的钻孔均为优质孔，平均终孔顶角偏斜仅6.5°，最大顶角偏斜为9°。钻进效率高，成孔质量好，完全满足地质设计要求，而且防斜效果明显优于其他矿区，进一步彰显绳索取心液动锤的先进性和优越性，取得了良好的经济效益和社会效益。主要特点如下：

(1)为充分应用金刚石绳索取心钻进工艺能基本实现满眼钻进的优点，我队使用了Ф122 mm规格的较大直径金刚石绳索取心钻具，即钻具规格为Ф122、95、75 mm，钻杆规格为Ф114、89、71 mm。大直径金刚石钻具具有的刚、厚、重的特点，有很好的控斜防斜功能，而且在生产实践中要求依据钻探设备的施工能力，在大口径金刚石绳索取心钻进时，尽可能地施工至最大孔深，充分利用大口径钻具刚性好、易控斜的优点，实现钻孔防斜目的。(2)重视“初级定向”，做好基础研究工作，通过研究尽可能多的矿区地质资料，结合以往钻孔孔斜规律的数据，再结合实际施工能力、技术水平，对施工钻孔的孔斜数据进行不同孔段、不同口径的预测，根据预测数值在地质剖面图作出施工钻孔的预测轨迹图，然后依据靶点坐标确定施工钻孔的开孔位置坐标，确保钻机立轴朝向地质要求的钻孔终孔方位。(3)把好钻探设备安装关：机台地基四角都打好水泥墩，确保地基水平、稳固，钻机安装也必须做好稳固、周正、水平，确保天车、立轴、孔位三点共线，中心线偏差不大于10 mm，严格施工，认真检查，不合格不开钻。(4)严格检查钻杆、钻具，确保钻具同心度，弯曲的钻具不得下入孔内，坚持使用垂直的钻杆和防斜钻杆，增加粗径钻具的长度，严格按照规程操作。扩孔时必须要带内导正器，内导正器要上紧。(5)各班钻进参数应保持一致，不得随意增大钻进参数，严禁盲目追求进尺而加大钻压。根据不同地层、不同岩石特性、不同口径，及时科学合理地调整钻进参数，控制钻进速度，达到防斜、控斜的目的。钻进复杂地层和易促斜地层时，更要注意合理调整钻进参数以实现控斜，主要以减轻钻压，中等转速，适当泵量为主。钻进参数的选择见表1。

表1 深孔钻探防斜纠斜技术的探索

(6)钻进过程中如发现钻杆抖动厉害或周期性带钻现象，说明可能钻遇断裂破碎带、强风化层、节理裂隙发育等复杂地层，应降低钻压，放慢钻速，上下反复窜动钻具修复孔壁，加强冲洗液循环效果，保持孔底清洁，防止发生钻杆折断、孔斜，确保钻孔垂直度。

(7)为保证测斜数据的正确性，我队各项目部都配备了上海地学仪器所生产的KXP—2D数字罗盘测斜仪，这种测斜仪价格相对便宜，操作简便，顶角方位角读数数字化显示，普通钻工可熟悉掌握。坚持50～100 m测斜一次，随时监控钻孔偏斜情况。

经过在这个矿区多个深孔施工实践证明，SYZX75型绳索取心液动锤在深孔复杂地层施工能够在提高了钻进效率的同时，有效地解决了岩心采取率低、打滑、跑斜现象。

4 结语

深孔钻探防斜应针对不同地层条件和偏斜规律，严格按设计预案和金刚石绳索取心钻进工艺要求施工，才能取得好的效果。SYZX75型绳索取心液动锤在深孔钻探施工中防斜效果显著，绳索取心液动锤钻进工艺方法在深孔钻探防斜应用中有广泛的推广使用前景。