準格爾臼溝礦區(qū)鉆孔彎曲的預防研究

【摘 要】鉆孔彎曲問題，歷來被人們所重視，而且在不斷的總結經(jīng)驗。本文從兩個方面論述了鉆孔彎曲的原因，提出了預防措施。

【關鍵詞】鉆孔彎曲 防斜鉆鋌 預防

鉆孔彎曲度，在勘探地質(zhì)和其他工程鉆孔中，是一項重要的技術指標，特殊工程孔要求的則更嚴格一些。在勘探設計上，往往把鉆孔設計成為一條垂直于地心的直線，這是理想要求。要想達到這一要求是很困難的，也是不可能的。所以，在勘探規(guī)程中，允許有一定的彎曲度。但是要想達到這一規(guī)定標準，也不是輕而易舉的事。因為鉆孔彎曲是由多方面的因素構成的，是很復雜的，這些因素在整個鉆探工藝過程都在起作用。只有掌握了這些因素，采取有效措施去克服這些因素，才能將鉆孔彎曲度限制在規(guī)定范圍之內(nèi)，從而取得良好的設計效果。

在我隊以往鉆探施工中，由于這個問題沒有得到重視，使工程質(zhì)量受到了影響，出現(xiàn)過丙級孔和報廢孔，而且拖延了地質(zhì)報告的時間。所以，孔斜這一課題對于我們是一個利害攸關而又迫切需要解決的技術難題。

一、孔斜原因的分析

（一）地質(zhì)構造與巖性上的原因

臼溝礦區(qū)的勘探是在二疊紀煤系地層中鉆進，地質(zhì)構造復雜，地層傾角變化大，常在20-81度之間，軟硬互層較多，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、鋁土質(zhì)泥巖均比較軟，合金容易鉆進。中細粒砂巖、細砂巖、礫狀細砂巖硬度大，合金不易啃動，只有用鋼粒和部分金剛石鉆進，由于有上述條件，使鉆孔容易彎曲。

巖層傾角的影響：巖層傾角若在20—30度之間則孔斜率大（順層跑），若巖層傾角在40-81度之間孔斜率較小如ZK-7號孔和ZK-9、ZK-17號孔，頂角均合乎規(guī)范要求。

方位角變化，大部分沿順時針方向偏轉，只有個別孔反時針方向偏轉，這是由于地質(zhì)設計上使鉆孔中心平面沒有正交巖層走向（成銳角）而造成的。

（二）操作上的原因

1.安裝開孔在這兩個問題上往往注意不夠，尤其是現(xiàn)在將安裝人員分給鉆機上，為了早開鉆多進尺，在安裝質(zhì)量上很不重視，不是鉆塔四角不水平，就是天車、立軸、孔口三點不在一直線上，如ZK-17號孔一個腿是墊起的，同時天車、立軸、孔口不在一直線上距孔口差了200 mm多，經(jīng)過上級檢查發(fā)現(xiàn)這一問題，也只好移移鉆機對附著開鉆。在ZK-9 號孔也是三點不在一直線上（相差200 mm多）不僅使鉆孔偏斜而且造成鍵槽卡鉆，鉆具折斷，找不到斷頭的惡性事故。開孔由于風化地層厚度大，一兩個班就鉆進30一40米，加上地層漏水，注意力都集中在堵漏上去了，等到把漏堵好，套管下好，一測量頂角，在套管中就差了2一3度。如ZK ---7號孔就是這樣。

2.在使用鋼粒上也控制不嚴，合金換鋼粒由小班自己掌握，合金鉆進進尺慢一點就換鋼粒鉆進，造成孔壁時大時小，在該礦區(qū)有8號和10號兩臺鉆機施工，8號機喜歡用鋼粒，孔斜就嚴重，10號機堅持用合金頂角控制在乙級標準以內(nèi)。

3.在防斜工具的使用上也不夠重視。感到問題嚴重時就用一用，碰到頂角沒有超限，連工具丟到那里去了也找不到，如8號機既有扶正器，也有偏重鉆鋌，他們施工的鉆孔總是彎曲，頂角常常超過規(guī)范要求，其重要原因之一是對防斜措施不重視。

二、防斜措施

鉆孔彎曲給我隊工程質(zhì)量帶來巨大的影響，在經(jīng)濟上也造成了不少損失，不采取切實有效的措施，很難完成技術指標，我們除在管理上和控制上（崗位責任制與獎金掛鉤）加強外，在技術上采取了如下措施：

（一）偏重鉆鋌

如用68mm鉆鋌外套由91xlOmm厚壁管，在偏輕一側（短徑一邊）鉆一排直徑為30mm深14mm孔間距300 mm共7個孔，鉆鋌長4.8米，厚壁管長4.2米套在鉆鋌上，一邊靠緊鉆鋌一邊離開3mm，兩頭用電焊焊牢，直徑91mm厚壁管中心線與直徑68mm鉆鋌中心線偏1、5 mm，用時下頭接巖心管《粗徑鉆具，上頭接鉆鋌。

防斜原理：1.鉆鋌外面再套厚壁管重量增大，使整個鉆具的重心下移；2.增加了鉆具的剛性，鉆具的剛性是與軸慣性矩（J）成正比。軸慣性矩與鉆具直徑的四次方成正比，且壁厚愈厚，軸慣性矩愈大。3.減少了粗徑鉆具與孔壁之間的間隙。直徑91mm是與鉆頭口徑—樣的，加上偏出3mm使長軸半徑為47mm，短軸半徑為44mm，47mm半徑園為直徑94mm，所以間隙較小。4.偏重離心力的沖磨作用，由于它一邊重一邊輕，當偏重鉆鋌圍繞鉆孔中心旋轉時，將產(chǎn)生一個朝向重方的離心力，當鉆孔歪斜后，偏重鉆鋌在重力作用下將產(chǎn)生一個分力，使鉆頭靠向孔壁下幫有自然減斜作用，由于離心力永遠朝向偏重鉆鋌的重邊，因此鉆具每轉一圈，分力和離心力便重合一次，使孔壁下幫受到一個較大的周期性的沖擊磨擦，從而使已偏斜了的鉆孔逐漸復直，從使用過的偏重鉆鋌磨損情況看也證實了這種原理。我們在臼溝礦區(qū)使用效果較好。

（二）防斜鉆鋌

偏重鉆鋌防斜，直孔施工頂角，并且超限3度才會起作用，另外偏重鉆鋌直徑91xlOmm厚壁管磨損大，材料來源不易，這樣也就限制了它的使用條件，為此不得不另謀出路，根據(jù)扶正器原理同時考現(xiàn)場工人操作方便而設計出防斜鉆鋌，防斜鉆鋌材料是用4.3-4.4米長的鉆鋌兩頭空出l米，中間距2.3 -2.5米用電焊焊6片筋，筋原為20 x13 x 300 mm，焊筋處的最大外徑分94mm每根鉆鋌焊兩組，一個孔內(nèi)用三根焊筋的鉆鋌編出一個立根，同時最下面一頭與粗徑鉆具（巖心管）相接，最上面一頭與晉通鉆鋌相接。

防斜原理：1.筋片起扶正作用，在并壁上有一個接觸點，其接觸點的間距為半波長度的一半（直徑68mm鉆鋌半波短為4.3--4.5）。2.相當于延長了粗徑鉆具，使用長度達到20米（對鋼粒鉆進的要求合金鉆進為7-9米）故能起到防斜作用。3.減少了與井壁之間的間隙。

鉆孔彎曲的防治，幾年來我們?nèi)〉昧艘欢ǔ尚?，但由于開動鉆機少，實踐機會不多，偶而因素不可預計，因此對事物的必然性還認識不足，有待于進一步研究和探討。