深孔鉆探防斜糾斜技術措施探究

夏建湘

(湖南省地質礦產勘查開發(fā)局四〇八隊，湖南 郴州 423000)

0 概述

隨著我國加強深部地質資源勘查工作不斷深化，開展深部找礦工作已經成為地質找礦工作的重點。在深部找礦過程中，除了利用更成熟的地質理論和更先進的物化探方法、遙感技術等新探測技術外，最終還需要使用鉆探技術來取心取樣，證實推斷和探測的正確性。經過近兩年的理論分析和工作實踐，現總結出了一套綜合的防斜糾斜措施，并通過采用繩索取心液動錘技術在防斜糾斜方面得到成功應用，突破了在軟硬互層及大傾角地層中深孔鉆探防斜糾斜工藝技術難題，為深部找礦及深孔勘察提供了技術支持。

1 鉆孔彎曲的危害

鉆孔彎曲度是衡量巖心鉆探鉆孔質量六大指標中關鍵控制指標之一，鉆孔偏離設計軸線過大，可能造成各種危害。

1.1 影響地質目的

鉆孔過大彎曲會歪曲礦層厚度、產狀及規(guī)模，甚至使鉆孔不能穿過礦體、構造帶或打丟礦體，這些都嚴重地影響對地層的了解和對礦產資源的正確評價。鉆孔穿礦點位置的偏移還會使相鄰鉆孔達不到對礦體控制的要求，造成鉆孔報廢或后期補加工作量。

1.2 影響鉆探施工

(1)增大與孔壁的摩擦，因而升降及回轉鉆具的阻力增大。

(2)鉆具摩損嚴重，易發(fā)生斷脫孔內事故，發(fā)生事故后處理的難度增大。

(3)引起孔壁失穩(wěn)、垮塌。

(4)消耗鉆壓、降低鉆速。

(5)防斜、糾斜、增加測斜次數等，甚至造成鉆孔報廢影響施工進度。

2 深孔鉆探防斜綜合技術措施

2.1 鉆孔設計

(1)松軟、松散、溶洞及構造發(fā)育地層中一般不設計施工斜孔。

(2)軟硬不均、層理發(fā)育的巖層中鉆進，鉆孔設計軸線盡可能垂直于層面。

(3)陡傾產狀和薄層狀地層等易斜地層中鉆進應考慮設計定向孔，盡量滿足沿巖層垂直方向施工鉆孔。

2.2 把好設備安裝關

設備狀況良好，不使用立軸曠動的鉆機，主動鉆桿回轉穩(wěn)定，上下卡盤定心良好，設備安裝周正穩(wěn)固，天車、立軸、孔位三點共線。

2.3 抓好開孔、換徑、擴孔工作

(1)開孔時要選用鋒利的鉆頭，加壓要均勻，操作要領是：

上余不要長，機上不可彎；上下都卡緊，導管不能曠；鉆具要對中，粗徑漸加長；慢轉多提動，輕壓是關犍。

(2)換徑要帶外導正器，用綜臺式異徑接頭連結，中心線必須一致。導正管要長于4 m，第一回次小徑巖心管長度要短于1 m。操作要領為：鉆具分上下，上部是導正；上部逐減短，下部漸增長；上下要同心，參數要控制。

(3)擴孔時必須要帶內導正器，內導正器要上緊。

2.4 合理的工藝技術措施

(1)鉆進方法。①推廣以繩索取心鉆進為主體的金剛石鉆進；②沖擊回轉鉆進及孔底動力機鉆進有利于防止鉆孔彎曲。

(2)鉆進技術參數。①鉆壓：保證體積破碎即可，不宜盲目加大，必要時還應適當控制；②轉速：破碎、松軟、松散地層及換層換徑時要降低轉速；③沖洗液量：不宜過大，防止擴大孔壁間隙。

2.5 合理的鉆具結構

(1)縮小鉆具與孔壁的間隙。①粗徑鉆具加扶正器或帶上擴孔器；②鉆桿上加扶正器、穩(wěn)定器、膠箍等。

(2)增強鉆具的剛性和抗磨能力。①改善鉆具材質、增加壁厚或表面熱處理；②雙層巖心管能提高粗徑鉆具剛性； ③深孔鉆進盡量采用鉆鋌加壓。

(3)巖心管長度適當。巖心管愈長，傾倒后形成的角度(導斜角)愈小，有利于防止鉆孔彎曲。但巖心管愈長．本身愈不穩(wěn)定(易彎曲)，所以應有合適長度。硬質合金鉆具長度7～9 m，金剛石小口徑鉆具3～4 m比較適宜。

綜合上述，防斜鉆具應具有鋒利的鉆頭和長、直、重、厚、剛的結構。

3 SYZX75型繩索取心液動錘在深孔鉆探防斜技術中的實踐應用

2013年初，我隊購入了中國地質科學院勘探技術研究所生產的SYZX75型繩索取心液動錘鉆具。繩索取心液動錘鉆進技術是在回轉和沖擊的聯(lián)合作用下碎巖，給鉆頭施加的是高頻脈動載荷，應力集中，瞬間可達極高值，易使巖石產生體積破碎，可大幅提高鉆進效率。而且沖擊回轉的聯(lián)合作用使鉆孔不易偏斜，對深孔及易斜地層鉆進有顯著的控斜防斜效果。2014年我隊承接了“貴州興仁縣野貓紅金礦礦區(qū)”項目，在6個深孔施工過程中推廣采用SYZX75繩索取心液動錘防斜等技術工藝措施, 解決了在深孔破碎地層施工中鉆進效率低、孔斜難控制及鉆孔孔斜易突變等技術難題。所完成的鉆孔均為優(yōu)質孔，平均終孔頂角偏斜僅6.5°，最大頂角偏斜為9°。鉆進效率高，成孔質量好，完全滿足地質設計要求，而且防斜效果明顯優(yōu)于其他礦區(qū)，進一步彰顯繩索取心液動錘的先進性和優(yōu)越性，取得了良好的經濟效益和社會效益。主要特點如下：

(1)為充分應用金剛石繩索取心鉆進工藝能基本實現滿眼鉆進的優(yōu)點，我隊使用了Ф122 mm規(guī)格的較大直徑金剛石繩索取心鉆具，即鉆具規(guī)格為Ф122、95、75 mm，鉆桿規(guī)格為Ф114、89、71 mm。大直徑金剛石鉆具具有的剛、厚、重的特點，有很好的控斜防斜功能，而且在生產實踐中要求依據鉆探設備的施工能力，在大口徑金剛石繩索取心鉆進時，盡可能地施工至最大孔深，充分利用大口徑鉆具剛性好、易控斜的優(yōu)點，實現鉆孔防斜目的。(2)重視“初級定向”，做好基礎研究工作，通過研究盡可能多的礦區(qū)地質資料，結合以往鉆孔孔斜規(guī)律的數據，再結合實際施工能力、技術水平，對施工鉆孔的孔斜數據進行不同孔段、不同口徑的預測，根據預測數值在地質剖面圖作出施工鉆孔的預測軌跡圖，然后依據靶點坐標確定施工鉆孔的開孔位置坐標，確保鉆機立軸朝向地質要求的鉆孔終孔方位。(3)把好鉆探設備安裝關：機臺地基四角都打好水泥墩，確保地基水平、穩(wěn)固，鉆機安裝也必須做好穩(wěn)固、周正、水平，確保天車、立軸、孔位三點共線，中心線偏差不大于10 mm，嚴格施工，認真檢查，不合格不開鉆。(4)嚴格檢查鉆桿、鉆具，確保鉆具同心度，彎曲的鉆具不得下入孔內，堅持使用垂直的鉆桿和防斜鉆桿，增加粗徑鉆具的長度，嚴格按照規(guī)程操作。擴孔時必須要帶內導正器，內導正器要上緊。(5)各班鉆進參數應保持一致，不得隨意增大鉆進參數，嚴禁盲目追求進尺而加大鉆壓。根據不同地層、不同巖石特性、不同口徑，及時科學合理地調整鉆進參數，控制鉆進速度，達到防斜、控斜的目的。鉆進復雜地層和易促斜地層時，更要注意合理調整鉆進參數以實現控斜，主要以減輕鉆壓，中等轉速，適當泵量為主。鉆進參數的選擇見表1。

表1 深孔鉆探防斜糾斜技術的探索

(6)鉆進過程中如發(fā)現鉆桿抖動厲害或周期性帶鉆現象，說明可能鉆遇斷裂破碎帶、強風化層、節(jié)理裂隙發(fā)育等復雜地層，應降低鉆壓，放慢鉆速，上下反復竄動鉆具修復孔壁，加強沖洗液循環(huán)效果，保持孔底清潔，防止發(fā)生鉆桿折斷、孔斜，確保鉆孔垂直度。

(7)為保證測斜數據的正確性，我隊各項目部都配備了上海地學儀器所生產的KXP—2D數字羅盤測斜儀，這種測斜儀價格相對便宜，操作簡便，頂角方位角讀數數字化顯示，普通鉆工可熟悉掌握。堅持50～100 m測斜一次，隨時監(jiān)控鉆孔偏斜情況。

經過在這個礦區(qū)多個深孔施工實踐證明，SYZX75型繩索取心液動錘在深孔復雜地層施工能夠在提高了鉆進效率的同時，有效地解決了巖心采取率低、打滑、跑斜現象。

4 結語

深孔鉆探防斜應針對不同地層條件和偏斜規(guī)律，嚴格按設計預案和金剛石繩索取心鉆進工藝要求施工，才能取得好的效果。SYZX75型繩索取心液動錘在深孔鉆探施工中防斜效果顯著，繩索取心液動錘鉆進工藝方法在深孔鉆探防斜應用中有廣泛的推廣使用前景。