全州縣大龍礦區鉆孔彎曲規律及應對措施分析

摘要：在施工過程中，鉆孔的實際空間位置可能偏離設計空間位置，這種現象被稱為鉆孔彎曲，又稱孔斜。孔斜是鉆孔的6項評價指標之一，對鉆孔質量起著決定性作用。鉆孔彎曲一般受地質地層和鉆探工藝影響。鉆孔過度彎曲給施工帶來困難，降低鉆進效率，孔壁失穩引發卡鉆、斷鉆、埋鉆等孔內事故，更嚴重的是不能穿過設計的見礦點，從而得不到符合客觀實際的地質資料，造成地質情況失真，影響礦床的合理評價。

關鍵詞：大龍礦區；鉆孔彎曲；防斜糾斜；造斜；全州縣

中圖分類號：P634.5 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）02-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.02.007

Analysis of the Bending Law and Response Measures of Drilling in Dalong Mining Area of Quanzhou County

CHEN Min

（310 Nuclear Geology Brigade of Guangxi Zhuang Autonomous Region， Guilin 541000， China）

Abstract： During the construction process， the actual spatial position of the borehole may deviate from the design spatial position， which is called borehole bending or borehole inclination. Hole inclination is one of the six evaluation indicators for drilling， which plays a decisive role in the quality of drilling. The bending of drilling holes is generally influenced by geological formations and drilling techniques. Excessive bending of drilling holes brings difficulties to construction and reduces drilling efficiency， instability of the borehole wall can lead to accidents such as stuck， broken， and buried drilling in the borehole， and what’s more serious is the inability to pass through the designed mining points， resulting in the inability to obtain geological data that meets objective reality， causing distortion of the geological situation and affecting the reasonable evaluation of the ore deposit.

Keywords： Dalong Mining Area; drilling bending; anti inclination and correction; slanting; Quanzhou County

大龍礦區位于廣西壯族自治區桂林市全州縣，施工區域地層復雜，軟硬交替頻繁，主要巖性分為

4類：黏土和破碎白云巖；灰巖、粉砂巖和細晶白云巖；破碎白云巖和構造泥；石英砂巖和花崗質砂礫巖。鉆孔設計深度為500～900 m，多為深孔，選用的勘探設備為巖心鉆機，采用金剛石繩索取芯鉆進，根據直徑，鉆孔分為3級，即110 mm、91 mm和75 mm。

1 施工區內鉆孔彎曲的原因

1.1 地層及構造原因

受施工區巖層的節理、層理、斷層、裂隙、軟硬互層、溶洞等結構構造影響，巖層具有不均質性，再加上巖層的硬度、研磨性、可鉆性等物理性質不同，使得鉆頭在孔底受力不平衡，引起鉆孔偏斜。大龍礦區巖石產狀較陡（30°～70°），節理片理發育，標高0～200 m易遇見斷層、溶洞，巖層軟硬不均，如灰巖、白云巖和石英砂巖，軟硬互層頻繁，它是典型的強自然造斜地層。

實踐證明，當鉆孔由軟巖層進入硬巖層時，因孔底軟、硬巖石的巖性不同，抵抗轉速、壓力等機械破碎能力也不同，軟巖石鉆進快，硬巖石鉆進慢，使得鉆孔彎曲；鉆孔彎曲方向及大小取決于鉆孔與巖層換層面的夾角大小和軟、硬巖層的硬度差[1]。施工中，當鉆孔由軟巖層進入硬巖層，鉆孔軸線與巖層換層面的夾角大于30°時，鉆孔趨向垂直于巖層換層面彎曲；鉆孔軸線與巖層換層面的夾角不大于30°時，鉆孔沿硬巖層傾斜方向彎曲。當鉆孔由硬巖層進入軟巖層時，由于鉆具的剛、直、滿，巖層較硬等因素，鉆具與孔壁間隙小，即使孔底破碎不均勻，也不易發生鉆孔彎曲。如軟巖層面傾角過大，鉆孔將向硬巖方向彎曲。

1.2 設備安裝和鉆具選材、級配原因

施工中，設備不正確的安裝也是導致鉆孔彎曲的原因。例如，鉆塔底座的填土部分超過塔基面積的1/4，地基不穩定，水浸、震動及承受載荷后地基下沉，使鉆塔鉆機偏斜；開孔時方位角、傾角校核錯誤，未按設計施工；設備未進行水平校正，立軸鉆桿安裝過長，鉆進時設備及立軸擺動較大；使用彎曲的立軸、巖心管和鉆桿等，造成動滑輪、鉆具與鉆孔不在同一條中心線上；巖心管過短，鉆具剛性不夠，鉆具連接后同心度差或鉆具的穩定性差等因素都會導致鉆孔彎曲。

1.3 施工技術工藝原因

施工中，不根據地層變化和設備條件，盲目采用大鉆壓、高轉速，片面追求鉆進米數，是施工技術工藝方面造成鉆孔彎曲的主要原因。鉆孔換徑或擴孔時，未清除孔底殘留巖心，鉆壓過大，進尺過快，沒有使用導向鉆具，或導向鉆具太短等都容易造成鉆孔彎曲[1]。施工中，鉆壓過大，鉆具受壓，呈波浪形彎曲，部分鉆具偏向孔壁一側，造成孔壁失穩；隨著孔壁間隙變大，鉆孔彎曲也會顯得更為突出，嚴重的還會造成斷鉆桿、掉塊、埋鉆等孔內事故。鉆進至深部后，在軟巖中開高轉速，鉆具離心力及橫向力增大，從而增大擴壁作用，加大孔壁間隙，造成鉆孔彎曲。在強風化巖、構造泥等松散易坍塌地層中，泵量過大或采用的沖洗液無護壁防塌作用，造成沖塌孔壁、鉆孔超徑等現象，引起鉆孔彎曲。

2 鉆孔彎曲的解決方法

施工中，針對鉆孔彎曲的原因、深度的不同，全州縣大龍礦區可以采取多項措施。

2.1 墊鉆機設備

施工期間，在淺孔條件下，鉆孔頂角、方位角發生變化時，可利用鉆具的剛性，采用反方向墊鉆機的方法，迫使鉆孔頂角、方位角回調。操作時，鉆進壓力適當減輕，反復修正鉆孔。

2.2 封水泥法

選取不彎曲的孔段灌注高標號水泥，待凝固后，采用長、粗、重的粗徑鉆具，輕壓慢轉，要避免鉆回老孔。待鉆進0.5 m左右，要反復掃孔幾次，使孔徑均勻一致，并在鉆進過程中及時測斜。此法用于頂角和方位角均有較大偏斜時的糾正，在中硬巖石中，糾斜效果較好。

2.3 簡易固定偏心楔

2.3.1 簡易偏心楔制作

偏心楔一般用于鉆孔彎曲度跑偏較大或繞開事故偏斜的情況，選用孔徑相同規格的廢舊巖心管制作，根據式（1）計算導斜槽長度。按所計算的導斜槽長度在巖心管上對角畫線，然后按畫線剖開巖心管，尾部留1.0～1.5 m做人工孔底，將偏心楔上部尖端處向外翹，以便下入孔內與孔壁緊貼。加工的倒斜槽必須打磨平滑或做校直處理，嚴禁凹凸不平或有焊渣。

l=1+d/sinγ（1）

式中：l為導斜槽長度；d為巖心管孔徑；γ為楔頂角，一般采用2°～5°，最大不超過7°。

2.3.2 固定偏心楔下入

偏心楔與鉆桿之間用一根長1.5 m的73 mm厚壁巖心管連接，巖心管的下部鉆2個小孔，用螺桿連接固定偏心楔，小孔與螺桿直徑5～8 mm為宜。偏心楔下放至孔底后算準機上余尺，并用測斜儀確定好方位角，上提鉆具30～40 cm，下蹲，剪斷螺桿。操作人員要注意下蹲的力度不可過大，若下蹲成功，鉆具可自行下發為0.7～0.9 m。不提鉆，通過鉆具灌注高標號混凝土或下入卡物，以固定偏心楔。

2.3.3 固定偏心楔偏斜

偏斜需要采用偏斜鉆頭，以引導鉆孔通過偏斜槽出現新的鉆孔，增加偏孔成功率。下入偏心楔后，鉆具必須遵循先短后長的原則鉆進施工，第一次使用50 cm長的鉆具，待完全偏斜過去后，再鉆進1 m，換成80 cm長的巖心管，繼續鉆進1 m，然后換成

1.5 m長的鉆具，待偏斜鉆進超過4 m后，可換成更長一點的鉆具正常施工[2]。造斜過程中，應輕壓慢轉，避免鉆具過度磨楔子面、鉆頭崩齒并破壞偏心楔的穩固性。偏斜成功后，要輕轉慢壓，反復多次掃孔修正，避免再次出現事故。經過多次施工總結，下固定偏心楔雖然加工簡單方便，但易出現偏心楔固定不穩，造斜過程發生轉動，偏斜位置有斷鉆桿現象。

2.4 采用連續造斜器

選擇偏斜位置，做人工孔底，將連續造斜器與鉆桿連接偏斜，通過地面定位確定方位，在鉆壓的作用下，造斜器工作彈簧被壓縮，主動軸下移，跟隨鉆具一起轉動，同時滑塊被橫向擠出，與孔壁接觸產生側推力，造成孔斜。大龍礦區使用連續造斜器7次。其中，ZK1、ZK2鉆孔受地層影響而偏斜，造斜3次成功；ZK3鉆孔為鉆桿斷裂，無法打撈上來而偏斜，造斜2次成功；ZK4鉆孔受地層影響造斜2次，未成功（見表1）。該造斜器偏斜成功率較高，操作簡單，可持續使用，但零件多，易損壞，壓力不好控制，孔深定位不準確，頂角過大時偏斜成功率低。

3 鉆孔彎曲的預防措施

在強自斜地層中，影響鉆孔彎曲的因素有很多，可以采取防斜措施，有效避免鉆孔彎曲，減少孔內事故，提升鉆孔質量。

3.1 合理布置和設計鉆孔

在布置鉆孔時，特別是在節理、層理發育，軟硬互層頻繁的地層，盡可能垂直于巖層面布置鉆孔；盡可能避開大斷裂、大溶洞，并減少在破碎、松軟層的鉆探工作量。根據施工經驗，掌握礦區地層傾向及鉆孔偏斜的概率，為鉆孔頂角和方位角留有一定的偏斜余量[1]。

3.2 確保設備安裝和開孔質量

機坪須平整、水平、穩固，機架要坐落在實土上；動滑輪、立軸、鉆孔要保持三點一線；開孔前要測量好鉆機的傾角、方位角，測量時羅盤遠離金屬，確保方位角的準確。開孔時用開刃鋒利的鉆頭，機上余尺不能過長，避免立軸大幅擺動，鉆具要直，嚴禁下入彎曲鉆桿或巖心管，上下卡盤要卡緊，以輕壓慢轉鉆進，粗徑鉆具要隨鉆孔加深逐漸加長。

3.3 合理選用鉆具

選用直而圓的鉆具，要求剛性好，抗磨能力強，連接同心度好。采用滿眼鉆具鉆進，以縮小鉆具與孔壁的間隙力，可在鉆具上加扶正器或擴孔器，防止鉆孔彎曲。要適當選擇巖心管長度，巖心管長有利于防止鉆孔彎曲，但巖心管愈長，愈不穩定，容易彎曲，經實踐，金剛石小口徑鉆具4～6 m比較適宜。

3.4 采用合理的鉆進工藝

盡可能采用金剛石繩索取心鉆具施工，以減少鉆孔彎曲。換徑前應清除孔底殘留巖心，換徑時要用導向鉆具，導向鉆具要同心，導向管應適當加長，導向鉆進6 m以上，才可去掉導向鉆具，換徑后應及時測斜檢查。根據地層的風化程度、研磨性、軟硬度等物理性質，合理選擇泵量、轉速和軸向壓力。施工中不宜盲目加大鉆壓，深孔可采取鉆鋌加壓或減壓鉆進。嚴禁高轉速盲目追求進尺，施工中遇到破碎、松散地層及換層換徑時要輕轉慢壓，勻速鉆進。破碎、松散的地層沖洗液量不宜過大，防止對孔壁沖刷破壞，擴大孔壁間隙。

4 結語

根據每個鉆孔的彎曲原因，結合人、材、機，選擇正確的防斜糾斜措施，采取適當的技術工藝，提高鉆孔質量。只有按照設計的鉆孔軌跡施工，才能更精更準更快地找到礦產資源，計算礦產儲備量。

參考文獻

1 郭紹什.鉆探手冊[M].武漢：中國地質大學出版社，1993：31-32.

2 汪學春.鉆孔彎曲的預防和糾正[J].新疆有色金屬，2014（1）：39-41.