山東蘭陵鐵礦強(qiáng)造斜地層鉆探鉆孔軌跡控制技術(shù)

摘要：在新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)的指引下，小口徑繩索取心鉆探技術(shù)也向“深、斜、難”方面不斷創(chuàng)新發(fā)展。在“斜”這一方面，定向鉆進(jìn)技術(shù)仍然是一項(xiàng)重要的技術(shù)難題。隨著近幾年不同科研單位和鉆探施工隊(duì)伍對(duì)小口徑繩索取心鉆探鉆孔軌跡控制技術(shù)方面研究的逐漸深入，各種鉆孔軌跡偏斜、糾斜的方法也在不同類型的鉆孔中進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施，但糾斜的質(zhì)量效果不盡相同。本文以蘭陵鐵礦小寨子古林礦段施工的9個(gè)定向鉆孔為研究對(duì)象，通過研究強(qiáng)造斜地層中小口徑繩索取心鉆探鉆孔軌跡控制技術(shù)問題，對(duì)比分析不同的鉆孔軌跡控制技術(shù)方法，總結(jié)出一套專門應(yīng)對(duì)強(qiáng)造斜地層的綜合鉆孔軌跡控制技術(shù)體系。

關(guān)鍵詞：蘭陵鐵礦；強(qiáng)造斜地層；小口徑繩索取心鉆探；定向鉆進(jìn)；山東

中圖分類號(hào)：TD861.1" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " "doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.12.005

引文格式：張?jiān)讫?，黃建強(qiáng)，宋彬?yàn)I.山東蘭陵鐵礦強(qiáng)造斜地層鉆探鉆孔軌跡控制技術(shù)［J］.山東國(guó)土資源，2024，40（12）：33-41. ZHANG Yunlong，HUANG Jianqiang，SONG Binbin， et al. Borehole Trajectory Control Technology of Small-caliber Wireline Core Drilling in Strong Deflection Formation of Lanling Iron Deposit［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（12）：33-41.

0引言

在新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)的指引下，小口徑繩索取心鉆探技術(shù)向“深、斜、難”方面不斷創(chuàng)新發(fā)展［1］，小口徑繩索取心鉆探鉆進(jìn)強(qiáng)造斜地層極易發(fā)生鉆孔軌跡偏斜問題，利用小口徑繩索取心定向鉆進(jìn)技術(shù)解決鉆孔軌跡偏斜問題難度很大。最近幾年，不同科研單位和鉆探施工隊(duì)伍對(duì)小口徑繩索取心鉆探鉆孔軌跡控制技術(shù)方面研究的逐漸深入［2］，各種鉆孔軌跡偏斜、糾斜的方法也在不同類型的鉆孔中進(jìn)行試驗(yàn)實(shí)施，但糾斜的質(zhì)量效果不盡相同［3］。山東省蘭陵縣古林蘭陵礦區(qū)小寨子古林礦段鐵礦勘探轉(zhuǎn)采工程項(xiàng)目是臨沂市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目［4］。該礦床是目前蒼嶧鐵礦帶發(fā)現(xiàn)的埋深最大的大型磁鐵礦床［56］，同時(shí)也是在強(qiáng)造斜地層中實(shí)施鉆探工作。在強(qiáng)造斜地層中實(shí)施小口徑繩索取心鉆探技術(shù)極易發(fā)生鉆孔軌跡偏斜，若軌跡偏斜過大會(huì)造成鉆孔質(zhì)量無法達(dá)到鉆探地質(zhì)目的，造成鉆孔報(bào)廢，因此解決好鉆孔軌跡控制問題十分必要。本次鉆探共施工9個(gè)定向鉆孔，在強(qiáng)造斜地層中實(shí)施小口徑繩索取心鉆探鉆孔軌跡控制技術(shù)，均圓滿完成了靶心距離不超過25 m的技術(shù)要求。本文通過對(duì)比分析施工過程中不同的鉆孔軌跡控制技術(shù)方法，總結(jié)出了一套專門應(yīng)對(duì)強(qiáng)造斜地層的綜合鉆孔軌跡控制技術(shù)體系。

1概況

1.1項(xiàng)目概況

山東蘭陵縣古林-蘭陵礦區(qū)小寨子古林段鐵礦勘探轉(zhuǎn)采工程項(xiàng)目，位于蘭陵縣新興鎮(zhèn)古林村東（圖1）。共施工鉆孔9個(gè)，孔深在982.05～1 255.85 m之間，完成鉆探總工作量10 017.7 m，于2023年9月18日正式開鉆施工，2024年5月10日完成所有工作量，鉆孔合格率100%。

1.2地質(zhì)概況

礦區(qū)位于華北陸塊（Ⅰ）魯西隆起（Ⅱ）魯中隆起區(qū)（Ⅲ）棗莊斷隆帶（Ⅳ）磨山凸起（Ⅴ）的西北緣，蒼嶧鐵礦帶南部礦帶，區(qū)內(nèi)基底和蓋層中褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造均較發(fā)育，屬于地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜區(qū)。蓋層褶皺構(gòu)造主要表現(xiàn)為近EW向展布的舒緩褶皺帶，為區(qū)內(nèi)的主干構(gòu)造，斷裂構(gòu)造以近EW向及NW向構(gòu)造為主，2組主要斷裂構(gòu)成了區(qū)內(nèi)復(fù)雜的格子狀構(gòu)造格局（圖1）［7］。

礦區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較全，新太古界、新元古界、古生界、新生界皆有出露，由老至新分別為：新太古代泰山巖群山草峪組、新元古代土門群、古生代長(zhǎng)清群及新生代第四系。

礦區(qū)內(nèi)鉆遇巖石巖性主要分為變質(zhì)巖和沉積巖兩類，沉積巖上部古生代長(zhǎng)清群地層以軟弱—較堅(jiān)硬層狀碎屑巖夾碳酸鹽巖巖性以灰?guī)r、白云巖、頁巖夾砂巖為主，受風(fēng)化帶和構(gòu)造影響，破碎帶較為發(fā)育；下部新元古代土門群地層以堅(jiān)硬、較堅(jiān)硬中厚層狀碎屑巖夾碳酸鹽巖巖性以泥巖、泥灰?guī)r、砂巖、夾頁巖為主，厚層狀分布，泥巖、頁巖相對(duì)較軟弱，抗壓抗剪強(qiáng)度均較差。

由于沉積蓋層軟硬互層復(fù)雜，鉆孔軌跡易發(fā)生偏斜現(xiàn)象。同時(shí)礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，且傾角在48°～75°之間，產(chǎn)狀較為陡峭，施工過程中鉆孔遇層角較小，鉆孔軌跡偏斜情況同樣明顯。

1.3鉆探技術(shù)要求及難點(diǎn)

鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按《固體礦產(chǎn)勘查工作規(guī)范》（GB/T 33444）、《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》（DZ/T 0227—2010）及《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB/T 12719—1991）等相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，主要技術(shù)質(zhì)量要求為：

（1）設(shè)計(jì)開孔直徑150 mm，機(jī)械巖心鉆孔終孔直徑不小于75 mm，水文孔終孔直徑不小于91 mm。

（2）除地表覆蓋層外，全孔取心，巖心采取率不得低于80%，礦心及礦層上下3 m內(nèi)巖心采取率不低于85%。

（3）每鉆進(jìn)50 m或見礦前后必須丈量鉆具一次，每次孔深最大允許誤差為1/1000，超過時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正。

（4）每鉆進(jìn)50 m或見礦前后必須測(cè)量天頂角及方位角一次，每百米頂角偏差不得超過3°，方位角允許偏差為1°～2°，終孔及見礦位置各增測(cè)1次，終孔位置距離設(shè)計(jì)靶點(diǎn)位置偏離不允許超過探明工程間距（100 m×100 m）的1/4。

本勘探項(xiàng)目勘探線間距為100 m，則終孔偏離靶心距離不能超過25 m。在勘探線距確定的條件下，鉆孔越深則允許超差頂角越小，1 200 m深鉆孔頂角則不允許超過1.19°。根據(jù)該地區(qū)的施工地質(zhì)條件，地層軟硬互層且礦層產(chǎn)狀陡峭，屬于強(qiáng)造斜地層，要滿足質(zhì)量技術(shù)要求，鉆探施工技術(shù)難度非常大。

2鉆探工藝

本次工作共施工9個(gè)鉆孔，完成鉆探工作量10 017.7 m，鉆孔頂角在77.5°～90°之間。主要鉆探方法除第四系覆蓋層使用硬質(zhì)合金或金剛石單管鉆具開孔外，其他孔段均采用小口徑繩索取心鉆探技術(shù)施工。

2.1設(shè)備及機(jī)具選擇本次工作使用XY-6B立軸式巖心鉆機(jī)，配套BW320泥漿泵用于繩索取心鉆探， NBB390泥漿泵用于驅(qū)動(dòng)螺桿鉆具進(jìn)行定向鉆進(jìn)。主要孔斜監(jiān)測(cè)設(shè)備為JTL-40FW無纜光纖陀螺測(cè)斜儀，主要鉆孔軌跡定向設(shè)備為JDZ-1定向儀。主要鉆探設(shè)備、儀器、鉆具見表1。

2.2鉆孔結(jié)構(gòu)

本次工作實(shí)施的9個(gè)鉆孔采用的鉆孔結(jié)構(gòu)為以150 mm金剛石單管鉆具開孔，鉆進(jìn)至完整巖石后下146 mm套管保護(hù)孔壁。一開采用127 mm孕鑲金剛石繩索取心鉆具鉆進(jìn)，穿過上部破碎帶復(fù)雜地層后下入114 mm套管。二開采用98 mm孕鑲金剛石繩索取心鉆具鉆進(jìn)。按照防斜技術(shù)要求，若地層條件允許，盡量使用該口徑鉆進(jìn)至終孔，實(shí)際施工時(shí)有2個(gè)鉆孔以98 mm孔徑終孔，其余7個(gè)鉆孔以75 mm口徑鉆進(jìn)至終孔，鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

3鉆孔軌跡控制技術(shù)體系

3.1鉆探設(shè)備安裝

鉆探設(shè)備安裝是控制鉆孔軌跡的第一步，也是較為重要的一步。本次設(shè)備安裝工作做到了周正、水平、穩(wěn)固，滿足“三點(diǎn)一線”的安裝要求，使用陀螺測(cè)斜儀確定鉆機(jī)開孔頂角，使用RTK按照“兩點(diǎn)一線”的方法確定鉆機(jī)開孔方位角，安裝完成后再次進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，確保鉆孔頂角和方位角開孔正確。

3.2鉆孔軌跡監(jiān)測(cè)

按照《固體礦產(chǎn)勘查工作規(guī)范》（GB/T 33444）和《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》（DZ/T 0227—2010）要求，斜孔應(yīng)每鉆進(jìn)50 m測(cè)量一次方位角和頂角，本次工作在鉆探施工過程中對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行了加密測(cè)量，每25 m測(cè)量一次頂角和方位角，一方面可以及時(shí)獲取鉆孔軌跡技術(shù)參數(shù)，第一時(shí)間根據(jù)計(jì)算預(yù)測(cè)鉆孔軌跡偏斜方向和偏斜距離；另一方面加密鉆孔軌跡檢查頻次也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并實(shí)施糾偏，提高鉆孔技術(shù)質(zhì)量。本次施工的9個(gè)鉆孔均滿足偏離靶心距離不超過25 m的技術(shù)要求（表2，按照施工先后排序）。

3.3不同鉆孔軌跡控制技術(shù)對(duì)比研究

3.3.1螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)

螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)是利用螺桿鉆具和定向儀配合使用的一種鉆孔軌跡控制方法，在定向時(shí)可測(cè)量頂角和方位角，實(shí)現(xiàn)隨鉆定向，可對(duì)鉆孔軌跡起到直接干預(yù)作用［8-15］。

本次施工的ZK801孔、ZK601孔、ZK1101孔和ZK1102孔4個(gè)鉆孔使用LZ73螺桿鉆具和JDZ-1定向儀（圖3）進(jìn)行定向鉆進(jìn)。

本文以ZK801孔為例介紹螺桿鉆具定向鉆進(jìn)效果，該孔設(shè)計(jì)孔深1 100 m，設(shè)計(jì)頂角5.5°，設(shè)計(jì)方位角120°，終孔直徑75 mm，全孔采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝，使用低固相聚合物沖洗液。為預(yù)防頂角下垂，開孔頂角定為6°，開孔方位角是120°，表層套管下入后，測(cè)量頂角為6.01°，方位角為117.9°，開孔較為準(zhǔn)確。一開采用127 mm孕鑲金剛石繩索取心鉆具鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至180 m處測(cè)量頂角為5.11°，方位角為119.9°，鉆孔軌跡總體保持較好。下146 mm套管后，換98 mm孕鑲金剛石繩索取心鉆具鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至480 m處頂角下垂至3.39°，方位角偏離至145.8°，按照均角全距法計(jì)算480 m處鉆孔偏心距為10.32 m，預(yù)算至1 100 m時(shí)偏心距將達(dá)到28 m，無法滿足偏離靶心距離小于25 m的技術(shù)要求。為保證鉆孔質(zhì)量，施工團(tuán)隊(duì)立即停鉆并先后實(shí)施了4次螺桿鉆具定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡控制技術(shù)進(jìn)行糾正。

（1）480 m處，選用彎曲度為0.5°的螺桿鉆具進(jìn)行定向糾斜，鉆進(jìn)10 m后測(cè)量鉆孔頂角和方位角，糾斜效果不理想，鉆孔孔斜參數(shù)幾乎沒有變化，提鉆檢查鉆具運(yùn)轉(zhuǎn)情況，經(jīng)檢查鉆具運(yùn)轉(zhuǎn)正常，推測(cè)彎曲度為0.5°的螺桿鉆具偏斜角度較小導(dǎo)致糾斜效果不理想。

（2）520 m處，換用0.75°的螺桿鉆具進(jìn)行定向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)10 m后測(cè)量頂角和方位角，頂角逐漸上升，方位角幾乎不變。表明彎曲度為0.75°的螺桿鉆具定向糾斜有一定效果，且方位角控制穩(wěn)定。但由于頂角和方位角2個(gè)參數(shù)均偏離設(shè)計(jì)過大，定向糾斜效果仍不夠理想，需重新對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行定位。

（3）553 m處，用螺桿鉆具進(jìn)行定向鉆進(jìn)，頂角和方位角同時(shí)進(jìn)行糾正，鉆進(jìn)6 m后，559 m處測(cè)量頂角和方位角參數(shù)比較理想，頂角提升至4.11°，方位角降低至149.6°。但本次定向鉆進(jìn)只表明定向方位正確，并未達(dá)到鉆孔軌跡設(shè)計(jì)方案的要求，后續(xù)每10 m左右測(cè)量一次頂角和方位角，穩(wěn)斜鉆進(jìn)至600 m處測(cè)量發(fā)現(xiàn)，頂角再次發(fā)生了下垂。

（4）630 m處，使用螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行糾正。本次為提高螺桿鉆具的糾斜效果，在彎曲度為0.75°的螺桿基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提高了螺桿鉆具的彎曲度，鉆進(jìn)10 m后頂角達(dá)到了6.0°，方位角幾乎不變，鉆進(jìn)至660 m處頂角已達(dá)到7.10°，方位角穩(wěn)定在126.6°，根據(jù)計(jì)算該位置處的偏心距為15.63 m，鉆孔軌跡控制效果超出預(yù)期，不僅穩(wěn)定住了鉆孔軌跡的偏斜趨勢(shì)，而且鉆孔軌跡發(fā)生了拐點(diǎn)，向目標(biāo)靶心越來越近。

最終該孔在1 029.67 m處終孔，圓滿達(dá)到了偏離靶心距離小于25 m的設(shè)計(jì)要求（表3）。從該孔的糾斜效果來看，螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是定向精度高，可實(shí)現(xiàn)同徑糾斜，糾斜效果明顯，缺點(diǎn)是一次性設(shè)備投入較高，糾斜孔段巖心消耗只能采取巖粉樣品。此外，從該孔700 m以后，穩(wěn)斜鉆進(jìn)階段的鉆孔軌跡來看，鉆進(jìn)至目標(biāo)礦層后鉆孔軌跡始終處于上漂趨勢(shì)，“頂層進(jìn)”的情況非常明顯。在該鉆孔中還試驗(yàn)了泥漿脈沖無線隨鉆定向鉆進(jìn)設(shè)備，但由于設(shè)備的信號(hào)傳輸問題，實(shí)驗(yàn)效果不理想。

3.3.2偏心楔定向鉆進(jìn)技術(shù)

偏心楔定向鉆進(jìn)技術(shù)是小口徑繩索取心鉆探常用的一種鉆孔軌跡控制手段，需不同口徑鉆桿配合使用，利用89 mm繩索取心鉆桿制作偏心楔，75 mm繩索取心鉆具進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)，鉆孔軌跡達(dá)到設(shè)計(jì)要求后可繼續(xù)使用75 mm繩索取心鉆具鉆進(jìn)，或利用導(dǎo)向鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)［16-21］。

本次施工的ZK701孔、ZK902孔和ZK501孔使用了偏心楔定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡控制技術(shù)。以ZK701孔為例，該孔開孔頂角為7°，方位角為120°，設(shè)計(jì)孔深1 150 m。鉆進(jìn)至750 m處鉆孔頂角和方位角規(guī)律性變化（表4），頂角逐漸下垂，方位角逐漸增大，鉆孔軌跡也逐漸偏離，頂角比設(shè)計(jì)頂角偏離1.57°，方位角比設(shè)計(jì)方位角偏離19.9°，靶心距離接近20 m，按照均角全距法計(jì)算，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深靶心距離將達(dá)到29.9 m，已無法完成偏離靶心距離小于25 m的技術(shù)要求。ZK701孔28天內(nèi)實(shí)施了3次偏心楔定向鉆進(jìn)，2次水泥封孔，最終在780 m處完成了鉆孔軌跡控制工作。該孔在982.05 m處終孔，靶心偏離距離21.73 m，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。但該孔施工經(jīng)濟(jì)性并不理想，延長(zhǎng)工期近一個(gè)月，偏心楔定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡控制技術(shù)并沒有起到降低施工成本的目的。

術(shù)人員掌握，其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都較為明顯。優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)制作方法簡(jiǎn)單，制作成本低。缺點(diǎn)也很明顯：一是偏心楔制作精度不夠，楔角的制作只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算出大概角度，糾斜效果和預(yù)計(jì)效果往往有很大差距；二是偏心楔糾斜定位不準(zhǔn)確，調(diào)整方位通過地面鉆桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)行定位，鉆孔越深定位越不準(zhǔn)確；三是使用偏心楔定向鉆進(jìn)技術(shù)糾斜施工風(fēng)險(xiǎn)較高，對(duì)技術(shù)人員的實(shí)際操作要求較高，易出現(xiàn)偏心楔磨透或者卡鉆等工程事故；四是對(duì)后續(xù)測(cè)井工作的影響也較大，測(cè)井要在偏心楔處進(jìn)行分段測(cè)井，在偏心楔底部易出現(xiàn)卡線纜現(xiàn)象，導(dǎo)致測(cè)井探頭卡住，引發(fā)測(cè)井事故；五是偏心楔糾斜屬于一次性糾斜，若糾斜效果不理想必須提鉆進(jìn)行擴(kuò)孔，重復(fù)進(jìn)行糾斜操作，增加了擴(kuò)孔事故風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也嚴(yán)重影響工期。

3.3.3優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)鉆孔軌跡控制技術(shù)

ZK1001孔是礦區(qū)內(nèi)施工工期最短（55 d）且唯一一個(gè)僅通過控制鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整鉆孔軌跡的鉆孔，終孔孔深1 134.18 m，靶心距離13.03 m。該控制技術(shù)的要點(diǎn)在于科學(xué)進(jìn)行鉆頭選型和合理優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)。

（1）鉆頭選型。

鉆頭選型是否合理直接影響鉆進(jìn)效率，同時(shí)也是控制鉆孔軌跡的關(guān)鍵。ZK1001孔頂角為11°，方位角為120°，鉆進(jìn)至150 m處，鉆孔頂角在11.33°～11.75°之間，方位角在119.9°～122.4°之間，偏心距在0.41～1.16 m之間，為進(jìn)一步提高鉆進(jìn)效率，在150 m處試驗(yàn)不同類型鉆頭。假定地層巖性一致，鉆壓轉(zhuǎn)速扭矩等鉆進(jìn)參數(shù)為定量，鉆頭形態(tài)為變量，每個(gè)鉆頭鉆進(jìn)進(jìn)尺20 m，共試驗(yàn)7個(gè)不同類型鉆頭（表5）。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，鉆孔軌跡控制效果最好的是九齒鋸齒同心圓階梯鉆頭。在后續(xù)的鉆進(jìn)施工中主要選用該型鉆頭（胎體硬度HRC 5～15，粒度46～60混目，含石英脈或硅化巖地層換用HRC 5～10，粒度69～100目），以減小鉆壓和增大破碎巖石自由面，達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的。

（2）優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)。

鉆進(jìn)參數(shù)的選擇會(huì)直接影響鉆孔軌跡的上漂或者下垂。鉆壓過大和過小都不利于鉆孔軌跡控制。為有效控制鉆孔軌跡，該孔盡量采用小鉆壓高轉(zhuǎn)速，調(diào)整至合適的鉆進(jìn)參數(shù)平穩(wěn)鉆進(jìn)。按照小時(shí)進(jìn)尺下發(fā)任務(wù)要求，即每個(gè)班純鉆進(jìn)效率每小時(shí)固定1.2 m，根據(jù)鉆孔軌跡參數(shù)由機(jī)長(zhǎng)統(tǒng)一下達(dá)調(diào)整通知。每次提鉆檢查鉆具、擴(kuò)孔器、鉆頭的磨損情況，磨損過大時(shí)分析原因并及時(shí)進(jìn)行更換（表6）。

鉆進(jìn)至300 m處頂角為10.07°，方位角為123.4°，為達(dá)到增頂角的目的，提鉆重新調(diào)整鉆具結(jié)構(gòu)，鉆具組合時(shí)上擴(kuò)孔器略小于下擴(kuò)孔器1 mm。下鉆后小壓力高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，鉆壓控制為6 kN，鉆速控制為360 r/min，正常鉆進(jìn)后，鉆壓控制在6～8 kN之間適當(dāng)變化，鉆進(jìn)參數(shù)由機(jī)長(zhǎng)一人統(tǒng)一調(diào)整。在調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆進(jìn)參數(shù)后，按照配置好的鉆具組合，達(dá)到了增頂角的目的，至550 m時(shí)頂角從10.07°提升到了11.28°。但增頂角的同時(shí)方位角增大，若繼續(xù)按照以上鉆壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)鉆進(jìn)施工，鉆孔軌跡將逐漸發(fā)生偏離，按照均角全距法計(jì)算終孔時(shí)靶心偏離距離將達(dá)到21 m。隨即提鉆調(diào)整鉆具結(jié)構(gòu)，上擴(kuò)孔器略大于下擴(kuò)孔器1mm，繼續(xù)保持鉆壓為7 kN，鉆速為360 r/min，控制鉆壓在6～9 kN之間適當(dāng)加大。在550～850 m之間共提鉆調(diào)整鉆具結(jié)構(gòu)6次，通過嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)并配合調(diào)整鉆具組合，頂角和方位角按照預(yù)期逐漸變化，達(dá)到了控制鉆孔軌跡的目的。

從糾偏效果來看，優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，投入成本低，鉆孔軌跡控制質(zhì)量較好。但也存在一些問題，一是對(duì)施工人員的技術(shù)水平要求較高；二是參數(shù)控制不固定，不同礦區(qū)根據(jù)地層情況、鉆具組合、鉆機(jī)型號(hào)、鉆井液性能等選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)也有不同；三是各班組按照統(tǒng)一技術(shù)參數(shù)施工的管理難度較大。

3.3.4鉆進(jìn)參數(shù)和螺桿糾斜復(fù)合軌跡控制技術(shù)

SZK901孔是礦區(qū)中孔深最深（1255.85 m），終孔直徑最大（98 mm），偏心距最?。?.95 m）的鉆孔，鉆孔質(zhì)量最優(yōu)（表7）。

該孔施工過程中綜合實(shí)施了控制鉆進(jìn)參數(shù)和螺桿鉆具定向鉆進(jìn)2種鉆孔軌跡控制技術(shù)。在鉆進(jìn)至800 m處偏離靶心距離14.9 m，通過控制鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整鉆孔軌跡，鉆孔頂角和方位角呈波動(dòng)變化，鉆孔軌跡控制效果良好。按照均角全距法計(jì)算，鉆至設(shè)計(jì)孔深能夠完成靶心距離25 m的技術(shù)要求，為提高鉆進(jìn)效率，采取螺桿鉆具定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡控制技術(shù)控制鉆孔軌跡。頂角從2.44°降低至1.88°，方位角從311.70°提高至339.7°，在穩(wěn)斜鉆進(jìn)階段，鉆孔頂角持續(xù)降低，在878 m處頂角降低至0.09°，方位角直接發(fā)生反轉(zhuǎn)降低至147.20°，在方位上沿東南方向鉆進(jìn)，幾乎接近反方向鉆進(jìn)，軌跡控制效果遠(yuǎn)超預(yù)期。隨后在穩(wěn)斜階段頂角逐漸增大，方位角逐漸降低，愈發(fā)接近靶心。

從該孔的施工效果來看，當(dāng)頂角偏離較小時(shí)采取鉆孔軌跡控制技術(shù)，能提高糾斜的成功率，降低糾斜難度，且控制方位角參數(shù)取得的軌跡調(diào)整效果要遠(yuǎn)大于控制頂角參數(shù)調(diào)整鉆孔軌跡的效果，而復(fù)合鉆孔軌跡控制技術(shù)是未來定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡控制技術(shù)的發(fā)展方向。

4結(jié)論

蘭陵縣古林-蘭陵礦區(qū)小寨子-古林段鐵礦鉆探工作，受地層軟硬互層且礦體產(chǎn)狀陡峭等地層因素影響，鉆孔易發(fā)生偏斜，鉆進(jìn)至目標(biāo)靶心技術(shù)難度大。通過實(shí)施多種定向鉆進(jìn)軌跡控制技術(shù)，取得了良好的施工效果。

（1）螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)的定向精度高，可實(shí)現(xiàn)同徑糾斜，糾斜效果明顯，但也存在一次性設(shè)備投入較高，糾斜孔段巖心消耗只能采取巖粉樣品等問題。

（2）偏心楔定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡控制技術(shù)操作簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是偏心楔制作精度不夠、偏心楔糾斜定位銷定位不準(zhǔn)確，易出現(xiàn)偏心楔磨透或者卡鉆等工程事故，影響施工工期。

（3）優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)鉆孔軌跡控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是投入成本低，鉆孔軌跡控制質(zhì)量較好。但對(duì)施工人員的技術(shù)水平要求較高，按照統(tǒng)一技術(shù)參數(shù)施工的管理難度較大。

（4）無線隨鉆定向鉆進(jìn)技術(shù)在大口徑鉆井中應(yīng)用成熟，但在小口徑繩索取心定向鉆進(jìn)方面尚不成熟。本項(xiàng)目試驗(yàn)的無線隨鉆定向鉆進(jìn)設(shè)備雖然存在信號(hào)傳輸不穩(wěn)定問題，但仍然是小口徑繩索取心定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。

（5）綜合運(yùn)用多種鉆孔軌跡控制技術(shù)能達(dá)到最好的鉆孔軌跡控制效果，復(fù)合鉆孔軌跡控制技術(shù)是推廣應(yīng)用的最佳方法。

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Abstract：Under the guidance of the new round of breakthrough strategic actions in mineral exploration， small-diameter rope core drilling technology is constantly innovating and developing towards \"deep， inclined， and difficult\" aspects. In terms of \"inclination\"， directional drilling technology remains an important technical challenge. Accompanying with gradual deepening of research on trajectory control technology for small-diameter rope coring drilling by different scientific research units and drilling construction teams in recent years， various methods for deviation and correction of drilling trajectories have also been tested and implemented in different types of drilling， but the quality and effectiveness of correction vary. In this paper， taking the construction of 9 directional boreholes in Lanling iron deposit in Xiaozhaizi-Gulin section as the research object， "by studying the trajectory control technology of small-diameter rope coring drilling in strong inclined strata， different drilling trajectory control technology methods have been compared and analyzed. A comprehensive drilling trajectory control technology system specifically designed for strong inclined strata has been summarized.

Key words：Lanling Iron deposit; strong inclined formation; small-diameter wireline core drilling; directional drilling; Shandong province

收稿日期：20240731；修訂日期：20240814；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

作者簡(jiǎn)介：張?jiān)讫垼?990—），男，黑龍江海林人，工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查鉆探工作;Email：574127361@qq.com*

通訊作者：劉瀟（1988—），男，山東臨沂人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查和研究工作;Email：286592034@qq.com