朱溪礦區(qū)深孔孔斜問題淺見

黃忠高，李志強，王勤發(fā)

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊，江西鷹潭335001）

朱溪礦區(qū)深孔孔斜問題淺見

黃忠高*，李志強，王勤發(fā)

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊，江西鷹潭335001）

在引述了有關(guān)鉆孔孔斜的規(guī)程規(guī)范基礎(chǔ)上，分析了鉆孔一般孔斜的主要原因、規(guī)律、危害和預(yù)防措施，并通過朱溪礦區(qū)幾個深孔鉆孔施工實例，得出了常規(guī)的孔斜預(yù)防措施有一定效果、應(yīng)用螺桿定向鉆探技術(shù)可徹底解決常規(guī)鉆探工藝技術(shù)很難完全達到地質(zhì)方面對深孔孔斜的超高要求這一技術(shù)難題等結(jié)論。

深孔；孔斜；規(guī)程規(guī)范；糾斜；朱溪礦區(qū)

1　問題的提出

位于江西省東北部景德鎮(zhèn)—樂平之間的朱溪礦區(qū)及外圍，近年來取得重要找礦進展，發(fā)現(xiàn)了厚大的銅鎢礦體，揭示了該區(qū)具有尋找超大型以上鎢礦床和大中型以上銅礦床的資源潛力。

礦區(qū)地層主要由新元古代淺變質(zhì)巖基底、沉積蓋層和巖漿巖3部分組成。基底地層由泥砂質(zhì)沉積巖夾火山巖組成，已發(fā)生變質(zhì)作用，形成一套以千枚巖為主夾絹云板巖、變質(zhì)粉砂-細砂巖的巖石組合；沉積蓋層由石炭系-白堊系組成，基本上是礫巖、砂巖、灰?guī)r（夾白云質(zhì)灰?guī)r）、含煤碎屑巖建造；巖漿巖組合為：花崗閃長巖和花崗斑巖，且矽卡巖化蝕變強烈。

與一般鉆探工程相比，作為中央地勘基金與江西省地勘基金的聯(lián)動項目，朱溪礦區(qū)設(shè)計鉆孔深度大（大都2000m左右設(shè)計深度），施工質(zhì)量尤其是鉆孔彎曲度要求嚴（鉆孔在穿過主礦層后的終孔前沿勘探線偏離孔口與偏出勘探線距離不得＞100m，折算成頂角允許均勻彎曲度為＜3°/1000m，遠高于《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》規(guī)定通常情況下直孔頂角偏斜不超過2°/100m、斜孔不超過3°/100m的要求），常規(guī)鉆探工藝技術(shù)往往很難完全達到地質(zhì)方面孔斜要求。

2　孔斜的有關(guān)規(guī)定

（1）1982年《巖芯鉆探規(guī)程》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。原地質(zhì)礦產(chǎn)部1982年頒布實施的《巖芯鉆探規(guī)程》中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

①一般鉆孔不同孔深的各測點實測頂角與開孔設(shè)計頂角之差不得超過下表范圍：

表1　鉆孔彎曲度允許偏差

②定向鉆孔不同孔深各測點的實測頂角與該點設(shè)計頂角之差的范圍，可根據(jù)具體情況由地質(zhì)與探礦部門共同確定。

③某些易斜地層中，雖經(jīng)采取多種防、糾斜措施，鉆孔彎曲度仍達不到上述規(guī)定時，可根據(jù)需要與相關(guān)的原則，由探礦與地質(zhì)部門協(xié)商，另行確定指標。

④關(guān)于測量間距。應(yīng)依據(jù)地質(zhì)設(shè)計或?qū)崪y鉆孔頂角小于或等于5°時，每鉆進100m測一次頂角（不測方位角）；大于5°時，每鉆進50m測一次頂角和方位角。定向鉆孔和在易斜地層中鉆進的鉆孔，根據(jù)施工需要，應(yīng)適當(dāng)縮短測量間距。

（2）2002年《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。原國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局2002年8 月28日發(fā)布、2003年1月1日開始實施的《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》（GB/T13908-2002）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

鉆探工程的質(zhì)量應(yīng)符合鉆探規(guī)程的要求。鉆孔（井）進出礦體應(yīng)測頂角、方位角。鉆孔實際出礦點偏離設(shè)計出礦點的垂直勘探線距離，應(yīng)視礦床具體情況而定。

（3）2003年《鎢、錫、汞、銻礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。國土資源部2002年12月17日發(fā)布的、2003年3月1日開始實施的《鎢、錫、汞、銻礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T0201-2002）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

鉆探施工中除嚴格執(zhí)行有關(guān)規(guī)程外，根據(jù)礦床特征，必須認真測量鉆孔頂角和方位角，做好鉆孔測斜等工作。鉆孔彎曲度必須符合規(guī)程和地質(zhì)設(shè)計要求，鉆孔方位角偏斜距離的允許范圍不能超過勘探線間距的五分之一，偏斜超差時要及時設(shè)法補救，見礦點（及厚度大于30m的礦體出礦點）應(yīng)測定鉆孔彎曲度。

（4）2003年《銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質(zhì)勘查規(guī)范》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。國土資源部2002年12月17日發(fā)布的、2003年3月1日開始實施的《銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T0214-2002）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

鉆探工程質(zhì)量按《巖芯鉆探規(guī)程》執(zhí)行。認真測量鉆孔頂角和方位角，鉆孔彎曲度應(yīng)符合規(guī)程和地質(zhì)設(shè)計要求，鉆孔偏斜超差時要及時設(shè)法補救。見礦點（及厚度大于30m的礦體出礦點）應(yīng)測量鉆孔頂角和方位角。

（5）2007年《地質(zhì)鉆探鉆孔質(zhì)量暫行要求》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。中國地質(zhì)調(diào)查局《地質(zhì)鉆探鉆孔質(zhì)量暫行要求》［2007］中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

①垂直孔允許頂角每100m彎曲2°，斜孔每100m彎曲3°，按孔深累計計算。

②方位角偏差，在設(shè)計時與地質(zhì)商定，一般不超過勘探網(wǎng)1/3～1/4。

③測量間距，實測頂角小于5°時，每鉆進50m測一次頂角和方位（注：這一條的規(guī)定與鉆探規(guī)程中的規(guī)定相矛盾，但不是本文要討論的重點。）。

④磁性礦區(qū)要用防磁測斜方法。

⑤終孔測斜地質(zhì)編錄員應(yīng)在現(xiàn)場監(jiān)測。

（6）2010年《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。國土資源部2010年11月11日發(fā)布的、2010年12 月31日開始實施的《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》（DZ/T 0227-2010）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

①鉆孔軸線的形態(tài)及空間位置的三維坐標由設(shè)計部門提出，同時應(yīng)給出實際軸線與設(shè)計軸線偏離的最大允許值。

②機臺應(yīng)及時、定點測量鉆孔頂角及方位角，將測量結(jié)果填人“鉆孔彎曲測量記錄表”。通常情況下，在直孔施工中每100m頂角偏斜不應(yīng)超過2°，在斜孔施工中每100m頂角偏斜不應(yīng)超過3°。有特殊需要時，按設(shè)計書或合同的要求執(zhí)行。

③施工部門應(yīng)及時計算確定鉆孔軸線的形態(tài)及空間位置。

④設(shè)計或?qū)崪y鉆孔頂角小于或等于3°時，每鉆進100m測一次頂角（不測方位角）；頂角大于3°時，根據(jù)地質(zhì)要求每鉆進50m測一次頂角和方位角。定向和易斜鉆孔，應(yīng)適當(dāng)縮短測量間距。

不難看出，關(guān)于鉆孔孔斜的規(guī)定，部門之間有所不同，且無深孔方面諸如“頂角允許均勻彎曲度為＜3°/1000m”的明文規(guī)定。

3　孔斜的主要原因、規(guī)律、危害和預(yù)防措施

鉆探工程施工中由于自然和工藝技術(shù)因素的影響，實際鉆孔軌跡偏離設(shè)計軌跡的現(xiàn)象，稱為鉆孔彎曲或孔斜。鉆孔空間軌跡可用頂角、方位角和孔深3個參數(shù)進行描述。

（1）孔斜的主要原因。鉆孔彎曲的原因主要有地質(zhì)因素、技術(shù)因素和工藝因素。地質(zhì)因素如巖石各項異性系數(shù)的不同、巖石軟硬互層、地層復(fù)雜程度等；技術(shù)因素如設(shè)備性能及安裝情況、不同的鉆具結(jié)構(gòu)等；工藝因素如鉆進方法的不同、鉆進參數(shù)的不同等。

（2）孔斜的一般規(guī)律。在一定的地質(zhì)、技術(shù)和工藝條件下，鉆孔彎曲具有一定的規(guī)律性。如變質(zhì)巖中鉆進，鉆孔彎曲強度大于沉積巖，更大于巖漿巖；在層理、片理發(fā)育和軟硬互層巖石中鉆進，鉆孔呈“頂層進”規(guī)律；當(dāng)鉆孔遇層角小于50°～60°的臨界值，則鉆孔“順層跑”，方位角變化不定；在近似水平的巖層中鉆垂直孔，即使巖石各向異性強，軟硬不均，鉆孔也不會產(chǎn)生較大的歪曲；鉆孔頂角大時方位角變化小，反之變化大，等等。

（3）孔斜的危害。鉆孔彎曲的危害可分2個方面。一是對地質(zhì)成果的危害，如歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探網(wǎng)度，影響對礦體的評價、構(gòu)造的判斷和儲量計算的精確程度；二是對鉆探施工的危害，如鉆具在孔內(nèi)彎曲變形嚴重，摩擦阻力增加，磨損加劇，鉆桿折斷事故增多，升降鉆具困難，功耗增加和鉆進速度下降，增加鉆探施工成本。

（4）孔斜的預(yù)防措施。根據(jù)鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，可提出鉆孔彎曲的預(yù)防措施：

①合理布置和設(shè)計鉆孔。按勘探網(wǎng)布置鉆孔時，尤其在軟硬不均和層理、片理發(fā)育的地層，盡可能垂直于巖層面布置鉆孔，避免穿過溶洞、老窿，減少在破碎、松軟、砂卵石層的鉆探工作量；盡量設(shè)計垂直孔穿過松軟、破碎、厚砂礫覆蓋層、裂隙及溶洞地層；對方位角易產(chǎn)生偏斜的鉆孔，盡量設(shè)計較大的開孔頂角；在彎曲規(guī)律明顯的地層，要為鉆孔頂角和方位角設(shè)計一定的預(yù)留偏斜余量。

②確保設(shè)備安裝和開孔質(zhì)量。安裝設(shè)備的地基要平整、水平、穩(wěn)固，動滑輪、立軸中心、鉆孔三點一線，開孔前確保立軸角度、開孔方位與設(shè)計一致；孔口管要下正、固牢，開孔粗徑鉆具要直，不得使用立軸松動的鉆機，機上鉆桿或主動鉆桿不得過長。

③正確選用鉆具。鉆具要求直而圓，剛性好，連接同心度好，巖芯管應(yīng)盡量長；擴孔或換徑時，鉆具必須帶有導(dǎo)向裝置；采用滿眼鉆具、帶扶正器和防斜保直器等防斜鉆具。

④采用合理的鉆進方法和規(guī)程參數(shù)。盡可能采用金剛石鉆進，不要頻繁更換鉆進方法，以免造成孔壁間隙不均勻；合理控制鉆進規(guī)程，保持較高機械鉆速，減小孔壁間隙和下部鉆具彎曲；在易塌巖層中采用優(yōu)質(zhì)泥漿護孔，防止鉆孔超徑，穿過破碎帶、強裂隙帶及其他易垮巖層后，及時采用水泥或其他措施固孔，防止孔壁擴大。

4　工程實例

（1）ZK3001和ZK5409孔。已順利終孔的ZK3001 和 ZK5409鉆孔，終孔孔深分別為 1700.40m和2208.20m。均采用防斜鉆頭-擴孔器-粗徑鉆具-擴孔器-鉆桿（2根6m長）-擴孔器-鉆桿（2根6m長）-擴孔器-鉆桿-立軸鉆桿的穩(wěn)斜鉆具組合，取得不錯的效果：ZK3001開孔頂角5°，終孔頂角1°，方位角偏差也很小；ZK5409開孔頂角0°，終孔頂角5°。

（2）ZK3002和ZK3003孔。設(shè)計孔深2000m左右的ZK3002和ZK3003，盡管還沒有終孔，但采用液動潛孔錘進行金剛石繩索取心液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，孔深都已超過1400m了。目前孔深的測斜結(jié)果表明，孔斜很小，完全符合地質(zhì)方面要求，液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進穩(wěn)斜效果良好。

（3）ZK5407孔。ZK5407孔設(shè)計孔深2300m，設(shè)計開孔頂角0°（勘探線方位137°）。施工至孔深1641.70m時間，頂角11.4°，方位角35°，水平偏距＞120m。

采用螺桿定向鉆具糾斜。定向糾斜的總體思路如下：

①糾斜起始點定為1300m左右，即在1300m下部要人造孔底；

②糾斜口徑為?75（76）mm；

③糾斜工具為廊坊奧瑞拓石油機械有限公司生產(chǎn)的?65mm10單彎螺桿鉆配?75mm金剛石不取心鉆頭；

④采用上海力擎地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的單點定向儀和陀螺測斜儀進行定向和測斜；

⑤購置?55mm×5.5mm繩索鉆桿以代替大部分?71mm×5.5mm繩索鉆桿進行糾斜鉆進，從而解決全部使用?71mm繩索鉆桿糾斜鉆進時BW300-12水泵僅能滿足螺桿鉆具較大流量要求而無法同時滿足較高泵壓要求的矛盾。另，購置BW350/16水泵備用；

⑥先降頂角，后降方位角（在頂角3°左右再降方位角），因為頂角大時扭方位比較困難，頂角小時扭方位比較容易，且頂角小至1～2°可能方位角測量不準；

⑦采用間斷造斜法，即以20m左右長度進尺進行分段多次糾斜，控制每段糾斜進尺2～3m、穩(wěn)斜進尺17～18m左右，以達頂角彎曲強度（0.3°～0.4°）/m或方位角彎曲強度（10°～15°）/m而不斷鉆桿之要求；

⑧及時測斜，并根據(jù)測斜結(jié)果調(diào)整糾斜鉆進有關(guān)參數(shù)，進而預(yù)估鉆孔彎曲和水平偏距變化趨勢，確保滿足“ZK5407鉆孔見礦結(jié)束點（預(yù)計孔深2200m）在孔口所在水平面的投影位置與鉆孔開孔點的距離即水平位移≯100m”的地質(zhì)要求。

自孔深1288.70m開始至1637.25m結(jié)束的17次螺桿定向鉆探糾斜，糾斜總進尺47.80m，終孔孔深2047.60m，終孔水平位移91.39m，符合鉆孔在穿過主礦層后的終孔前水平位移＜100m之地質(zhì)要求。

5　幾點思考

（1）關(guān)于鉆孔尤其是深部鉆孔的孔斜規(guī)定，缺乏權(quán)威部門的規(guī)程規(guī)范，不利于野外勘探施工。

（2）鉆孔孔斜難以控制。深部地質(zhì)找礦鉆探，所鉆遇地層以基巖為主，往往存在各向異性。若地層層理、片理發(fā)育，軟硬互層變化頻繁，就很容易發(fā)生孔斜，不僅給鉆探施工帶來很大困難，造成鉆具磨損加劇，甚至頻繁斷裂，造成孔內(nèi)事故，而且鉆孔過度彎曲會影響鉆探工程質(zhì)量，嚴重時還會造成鉆孔報廢。特別是受鉆孔直徑小、鉆具（包括鉆桿）壁薄等因素的限制，難以采用像石油鉆井和科學(xué)鉆探所用的復(fù)雜防斜鉆具系統(tǒng)，因此，深部找礦鉆探鉆孔孔斜成為常見而又難以解決的問題。

（3）常規(guī)的孔斜預(yù)防措施有一定效果。

（4）應(yīng)用螺桿定向鉆探技術(shù)可徹底解決常規(guī)鉆探工藝技術(shù)很難完全達到地質(zhì)方面對鉆孔彎曲度的超高要求這一技術(shù)難題，同時可促進地質(zhì)找礦工作質(zhì)量和效率的提升。

（5）建議考慮進行分枝定向鉆孔群的施工。果如此，不但可大幅度節(jié)約鉆探工作量和征地、修路、平機臺、搬遷等費用，而且可更好滿足地質(zhì)設(shè)計要求，為該區(qū)找礦增儲起到明顯效果，對緩解2009年即被國務(wù)院列為第二批資源枯竭城市的景德鎮(zhèn)資源枯竭起到重要作用，將具有明顯的經(jīng)濟與社會效益。

［1］王達，何遠信，等.地質(zhì)鉆探手冊［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2014.

［2］DZ/T 0227-2010地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程［S］.

［3］孫丙倫，張敏，陳師遜，王天放，趙輝.深部找礦鉆探技術(shù)綜合研究與應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（增刊2）.

［4］朱永宜.地質(zhì)勘查與科學(xué)鉆探螺桿鉆深部定向鉆探技術(shù)［E］.中國地質(zhì)調(diào)查局定向鉆探技術(shù)培訓(xùn)交流會材料，2011.

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B

1004-5716（2016）03-0082-04

2015-03-12

黃忠高（1968-），男（漢族），江西撫州人，工程師，現(xiàn)從事探礦工程生產(chǎn)技術(shù)管理工作。