鄯善凌云礦區(qū)的孔斜預(yù)防與糾斜

沈建　張禮　陳會(huì)領(lǐng)　丁鋒

【摘 要】在地質(zhì)勘探的鉆孔施工中，由于鉆機(jī)安裝不正，施工不當(dāng)，軟硬巖層相間及巖層傾斜等原因，往往導(dǎo)致鉆孔發(fā)生彎曲，造成孔斜并影響成井工藝。由于鉆孔偏斜可能造成礦體打丟、打薄或打厚，達(dá)不到預(yù)期的地質(zhì)勘探目的，甚至造成鉆孔報(bào)廢，浪費(fèi)大量人力物力，因此需要隨時(shí)控制鉆孔在空間位置的變化，預(yù)防和糾正鉆孔的偏斜。筆者根據(jù)凌云礦區(qū)的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出本礦區(qū)的預(yù)防孔斜的相關(guān)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】凌云礦區(qū)；鉆孔彎曲；孔斜；預(yù)防孔斜

一、鉆孔偏斜概念分析

鉆孔的施工過程中的實(shí)際空間位置偏離設(shè)計(jì)空間位置，即偏離設(shè)計(jì)軸線，稱之為鉆孔偏斜或孔斜。

鉆孔空間形態(tài)三要素：鉆孔深度、鉆孔的頂角（或傾角）及鉆孔方位角決定了鉆孔在地下空間的位置，這三個(gè)因素稱鉆孔空間形態(tài)三要素。

孔斜的條件：鉆孔發(fā)生偏斜的根本原因是粗徑鉆具在孔內(nèi)歪倒，其軸線偏離鉆孔軸線。而能使其歪倒的條件主要是：孔壁間隙大，為它提供空間條件；同時(shí)還要有傾倒力矩為它提供歪倒動(dòng)力，再就是一個(gè)固定的歪倒方向。

凌云礦區(qū)巖層以侵入巖為主，堅(jiān)硬的花崗巖與較軟的灰黑色黑云母長(zhǎng)英質(zhì)角巖交替出現(xiàn)，形成軟硬互層。

二、鉆孔發(fā)生偏斜的原因

第一個(gè)方面原因：地質(zhì)因素，一是巖石的各向異性在鉆頭處產(chǎn)生歪倒力矩使粗徑鉆具傾斜而導(dǎo)致孔斜；二是鉆進(jìn)軟硬夾層時(shí)，鉆頭處產(chǎn)生鉆壓差或鉆頭沿巖石節(jié)理面滑移；三是鉆進(jìn)中遇到溶洞或大裂隙；四是在卵礫石層中鉆進(jìn)。

第二個(gè)方面是鉆進(jìn)工藝及操作方面的原因：換徑不帶導(dǎo)向或粗徑鉆具本身就彎曲；沖洗液量大沖刷孔壁使孔壁間隙過大，造成粗徑鉆具或巖心管與鉆孔軸線產(chǎn)生偏斜角；采用的鉆壓過大與轉(zhuǎn)速過快，鉆桿柱受軸心壓力及回轉(zhuǎn)的影響而呈撓曲狀態(tài)影響了鉆具的穩(wěn)定性，促使粗徑鉆具歪倒。

第三個(gè)方面的原因是：設(shè)備安裝時(shí)不合乎要求，主要表現(xiàn)在基臺(tái)不穩(wěn)固或發(fā)生偏斜；開孔時(shí)沒有校正鉆機(jī)的頂角和方位角，致使開孔即發(fā)生偏斜；另外鉆機(jī)立軸過度磨損曠動(dòng)太大也是一個(gè)因素。

三、鉆進(jìn)過程中巖層分布與鉆桿受力分析

鉆進(jìn)過程中，如果不考慮控制方向的問題隨意鉆進(jìn)，從力學(xué)的角度分析，鉆頭肯定會(huì)避開較硬的巖層，朝著鉆頭周圍巖層最軟弱的方向推進(jìn)，從而造成鉆孔傾斜。

在凌云礦區(qū)，鉆進(jìn)的巖層主要呈傾斜分布，且軟硬互層明顯；所以對(duì)鉆頭小范圍附近的巖層進(jìn)行局部分析。

一、現(xiàn)主要從鉆桿鉆進(jìn)所需用力的角度來初步判斷與鉆孔傾斜的關(guān)系。如果在鉆進(jìn)過程中遇到了傾斜分布的巖層，鉆頭發(fā)生傾斜的可能性會(huì)更大，這時(shí)調(diào)整的難度也最大。一般情況下，鉆頭會(huì)沿著巖層的接觸面發(fā)生傾斜，這時(shí)要放慢鉆進(jìn)速度，減小鉆桿的振動(dòng)。

由于鉆頭要受到鉆桿的扭矩的傳遞作用，其在傾斜巖層中推進(jìn)時(shí)，如果遇到巖層接觸面，兩側(cè)分布為不同巖層，此時(shí)鉆頭兩側(cè)受到的摩擦阻力F1和F2就不相等（如圖1所示），此時(shí)鉆頭又會(huì)沿著巖層走向發(fā)生傾斜。

所以，鉆桿在傾斜巖層中推進(jìn)時(shí)，有可能發(fā)生沿著巖層接觸面向下的方向和巖層走向這兩個(gè)方向傾斜。可采用邊回提鉆桿邊鉆進(jìn)的方式，鉆進(jìn)一定深度后稍微向上提升鉆桿，待下層鉆頭處的巖石破壞穩(wěn)定并將鉆桿調(diào)整垂直后繼續(xù)鉆進(jìn)，可增加下層鉆頭處巖石的抗滑力，適當(dāng)避免傾斜。

四、鉆孔孔斜的預(yù)防

1.在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮預(yù)防鉆孔偏斜

按照地層條件設(shè)計(jì)鉆孔：1）布置鉆孔時(shí)盡量使鉆孔垂直于巖層層面及巖層走向；2）對(duì)于疏松和破碎地層、厚覆蓋層、裂隙及溶洞發(fā)育地層應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)垂直孔，因?yàn)樵谶@些地層中常因鉆具自重而使斜孔產(chǎn)生鉛垂方向的偏斜。

按鉆孔偏斜規(guī)律設(shè)計(jì)鉆孔：1）對(duì)孔斜規(guī)律明顯的地層或巖層傾角較大、鉆孔軸線無法與之垂直相交的地層，應(yīng)充分利用造斜地層的自然偏斜規(guī)律，輔以人工控制偏斜措施，設(shè)計(jì)“初級(jí)定向孔”；2）若已知鉆孔偏斜規(guī)律是方位基本穩(wěn)定而頂角偏離設(shè)計(jì)值較大時(shí)，應(yīng)改變頂角的設(shè)計(jì)，使之能達(dá)到預(yù)定見礦點(diǎn)的位置，常用的有沿勘探線平移鉆孔設(shè)計(jì)點(diǎn)和增大開孔傾角兩種方法；3）若已知鉆孔偏斜規(guī)律是傾角基本穩(wěn)定而方位角變化較大時(shí)，應(yīng)按方位角變化規(guī)律調(diào)整鉆孔設(shè)計(jì)，常用的有設(shè)計(jì)鉆孔點(diǎn)平移法和扭轉(zhuǎn)鉆機(jī)立軸法兩種。

2.保證安裝和換徑質(zhì)量

安裝設(shè)備前地基要平整、堅(jiān)實(shí)，填方部分不超過1/3，基臺(tái)木要水平、穩(wěn)固。

鉆機(jī)立軸傾角的方向要符合設(shè)計(jì)要求，上對(duì)塔上天車、下對(duì)設(shè)計(jì)孔位，同時(shí)在鉆進(jìn)過程中還需經(jīng)常檢查和校正立軸方向。

換徑時(shí)應(yīng)采用帶導(dǎo)向的綜合式異徑鉆具。

3.采用合理的鉆具結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)參數(shù)

采用合理的鉆具結(jié)構(gòu)是為了保證較高的同心度、提高鉆具的剛性、減小鉆具與孔壁的間隙、實(shí)現(xiàn)孔底加壓、增強(qiáng)鉆具的穩(wěn)定性和導(dǎo)正作用，以改善下部鉆具的偏斜形態(tài)，提高鉆進(jìn)時(shí)的防斜能力。鐘擺、偏重和滿眼鉆具等形式的組合鉆具對(duì)防止和糾正鉆孔偏斜有明顯的效果。采用合理的鉆壓和轉(zhuǎn)速，在易偏斜的地層，可選用輕壓慢轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)參數(shù)降低鉆孔的彎曲率，同時(shí)盡量選用較小的泵量以減少對(duì)孔壁的沖刷。

五、鉆孔彎曲的糾偏方法

在該凌云礦區(qū)施工過程中，數(shù)次發(fā)現(xiàn)鉆孔出現(xiàn)了較大的彎曲，致使鉆孔嚴(yán)重偏離目標(biāo)控制點(diǎn)時(shí)，采取立即停止鉆進(jìn)，對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)量的措施，以確定鉆孔發(fā)生嚴(yán)重彎曲的深度、偏斜的方位角和傾角大小，然后根據(jù)具體情況采取以下的方法進(jìn)行糾偏。

（1）根據(jù)測(cè)得的鉆孔傾角的大小制作偏心楔子，然后按測(cè)量所確定的深度和方位角將偏心楔子下落到孔內(nèi)相應(yīng)位置并固定，之后開機(jī)輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，逐漸把孔斜糾正。

（2）根據(jù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，在孔內(nèi)相應(yīng)位置灌注高強(qiáng)度水泥漿，待水泥漿凝固硬化后再開機(jī)輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，逐漸把孔斜糾正。

（3）根據(jù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)資料，選用合適的糾偏器進(jìn)行糾偏。

六、總結(jié)

（1）鉆探人員的操作經(jīng)驗(yàn)、技能水平和熟練程度，是影響鉆孔彎曲的重要因素之一。

（2）目前所用測(cè)斜儀的精確度偏低，直接影響到測(cè)斜結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，建議購(gòu)買一臺(tái)性能先進(jìn)、精確度更高的測(cè)斜儀器，以提高鉆孔彎曲測(cè)量的準(zhǔn)確性。

（3）收集更多的鉆孔彎曲資料進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，找出該礦區(qū)鉆探鉆孔彎曲的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及規(guī)律，以調(diào)整、校正以后的測(cè)斜數(shù)據(jù)，使它更接鉆孔的實(shí)際彎曲形態(tài)，以進(jìn)一步提高礦區(qū)鉆探中的鉆孔質(zhì)量。

（4）由于鉆孔偏斜將直接影響地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性和礦床儲(chǔ)量的計(jì)算，所以在施工中要盡量避免偏斜，而且要及時(shí)了解鉆孔偏斜情況，以便采取相應(yīng)措施：

鉆孔偏斜雖不可避免，但建議采取合理布孔、嚴(yán)格鉆機(jī)安裝、謹(jǐn)慎操作等預(yù)防措施以減少偏斜強(qiáng)度。當(dāng)鉆孔偏斜時(shí)，可采取反方向給力并多次測(cè)量以便及時(shí)校正，減少給工程帶來的損失。在磁性礦體區(qū)不能采用一般的測(cè)斜儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，須采用地面定向原理的陀螺測(cè)斜儀等防磁型儀器進(jìn)行測(cè)量。測(cè)斜儀探管在使用過程中應(yīng)輕拿輕放，防止其重力及電力元件因震動(dòng)而造成損壞。

參考文獻(xiàn)：

1.《鉆探工藝》，三所地質(zhì)技校合編，地質(zhì)出版社，1985

2.《巖心鉆探規(guī)程》，地質(zhì)部編，地質(zhì)出版社，1982

3.《定向鉆進(jìn)原理與應(yīng)用》，吳翔等編，地質(zhì)出版社

第一作者簡(jiǎn)介：沈建，男，新疆昌吉市，漢族，1977年1月生，1996年7月參加工作。