黄忠高，李志强，王勤发

（江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西鹰潭335001）

朱溪矿区深孔孔斜问题浅见

黄忠高*，李志强，王勤发

（江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西鹰潭335001）

在引述了有关钻孔孔斜的规程规范基础上，分析了钻孔一般孔斜的主要原因、规律、危害和预防措施，并通过朱溪矿区几个深孔钻孔施工实例，得出了常规的孔斜预防措施有一定效果、应用螺杆定向钻探技术可彻底解决常规钻探工艺技术很难完全达到地质方面对深孔孔斜的超高要求这一技术难题等结论。

深孔；孔斜；规程规范；纠斜；朱溪矿区

1　问题的提出

位于江西省东北部景德镇—乐平之间的朱溪矿区及外围，近年来取得重要找矿进展，发现了厚大的铜钨矿体，揭示了该区具有寻找超大型以上钨矿床和大中型以上铜矿床的资源潜力。

矿区地层主要由新元古代浅变质岩基底、沉积盖层和岩浆岩3部分组成。基底地层由泥砂质沉积岩夹火山岩组成，已发生变质作用，形成一套以千枚岩为主夹绢云板岩、变质粉砂-细砂岩的岩石组合；沉积盖层由石炭系-白垩系组成，基本上是砾岩、砂岩、灰岩（夹白云质灰岩）、含煤碎屑岩建造；岩浆岩组合为：花岗闪长岩和花岗斑岩，且矽卡岩化蚀变强烈。

与一般钻探工程相比，作为中央地勘基金与江西省地勘基金的联动项目，朱溪矿区设计钻孔深度大（大都2000m左右设计深度），施工质量尤其是钻孔弯曲度要求严（钻孔在穿过主矿层后的终孔前沿勘探线偏离孔口与偏出勘探线距离不得＞100m，折算成顶角允许均匀弯曲度为＜3°/1000m，远高于《地质岩芯钻探规程》规定通常情况下直孔顶角偏斜不超过2°/100m、斜孔不超过3°/100m的要求），常规钻探工艺技术往往很难完全达到地质方面孔斜要求。

2　孔斜的有关规定

（1）1982年《岩芯钻探规程》中关于孔斜的规定。原地质矿产部1982年颁布实施的《岩芯钻探规程》中有关钻孔弯曲的规定如下：

①一般钻孔不同孔深的各测点实测顶角与开孔设计顶角之差不得超过下表范围：

表1　钻孔弯曲度允许偏差

②定向钻孔不同孔深各测点的实测顶角与该点设计顶角之差的范围，可根据具体情况由地质与探矿部门共同确定。

③某些易斜地层中，虽经采取多种防、纠斜措施，钻孔弯曲度仍达不到上述规定时，可根据需要与相关的原则，由探矿与地质部门协商，另行确定指标。

④关于测量间距。应依据地质设计或实测钻孔顶角小于或等于5°时，每钻进100m测一次顶角（不测方位角）；大于5°时，每钻进50m测一次顶角和方位角。定向钻孔和在易斜地层中钻进的钻孔，根据施工需要，应适当缩短测量间距。

（2）2002年《固体矿产地质勘查规范总则》中关于孔斜的规定。原国家质量监督检验检疫总局2002年8 月28日发布、2003年1月1日开始实施的《固体矿产地质勘查规范总则》（GB/T13908-2002）中有关钻孔弯曲的规定如下：

钻探工程的质量应符合钻探规程的要求。钻孔（井）进出矿体应测顶角、方位角。钻孔实际出矿点偏离设计出矿点的垂直勘探线距离，应视矿床具体情况而定。

（3）2003年《钨、锡、汞、锑矿产地质勘查规范》中关于孔斜的规定。国土资源部2002年12月17日发布的、2003年3月1日开始实施的《钨、锡、汞、锑矿产地质勘查规范》（DZ/T0201-2002）中有关钻孔弯曲的规定如下：

钻探施工中除严格执行有关规程外，根据矿床特征，必须认真测量钻孔顶角和方位角，做好钻孔测斜等工作。钻孔弯曲度必须符合规程和地质设计要求，钻孔方位角偏斜距离的允许范围不能超过勘探线间距的五分之一，偏斜超差时要及时设法补救，见矿点（及厚度大于30m的矿体出矿点）应测定钻孔弯曲度。

（4）2003年《铜、铅、锌、银、镍、钼矿地质勘查规范》中关于孔斜的规定。国土资源部2002年12月17日发布的、2003年3月1日开始实施的《铜、铅、锌、银、镍、钼矿地质勘查规范》（DZ/T0214-2002）中有关钻孔弯曲的规定如下：

钻探工程质量按《岩芯钻探规程》执行。认真测量钻孔顶角和方位角，钻孔弯曲度应符合规程和地质设计要求，钻孔偏斜超差时要及时设法补救。见矿点（及厚度大于30m的矿体出矿点）应测量钻孔顶角和方位角。

（5）2007年《地质钻探钻孔质量暂行要求》中关于孔斜的规定。中国地质调查局《地质钻探钻孔质量暂行要求》［2007］中有关钻孔弯曲的规定如下：

①垂直孔允许顶角每100m弯曲2°，斜孔每100m弯曲3°，按孔深累计计算。

②方位角偏差，在设计时与地质商定，一般不超过勘探网1/3～1/4。

③测量间距，实测顶角小于5°时，每钻进50m测一次顶角和方位（注：这一条的规定与钻探规程中的规定相矛盾，但不是本文要讨论的重点。）。

④磁性矿区要用防磁测斜方法。

⑤终孔测斜地质编录员应在现场监测。

（6）2010年《地质岩芯钻探规程》中关于孔斜的规定。国土资源部2010年11月11日发布的、2010年12 月31日开始实施的《地质岩芯钻探规程》（DZ/T 0227-2010）中有关钻孔弯曲的规定如下：

①钻孔轴线的形态及空间位置的三维坐标由设计部门提出，同时应给出实际轴线与设计轴线偏离的最大允许值。

②机台应及时、定点测量钻孔顶角及方位角，将测量结果填人“钻孔弯曲测量记录表”。通常情况下，在直孔施工中每100m顶角偏斜不应超过2°，在斜孔施工中每100m顶角偏斜不应超过3°。有特殊需要时，按设计书或合同的要求执行。

③施工部门应及时计算确定钻孔轴线的形态及空间位置。

④设计或实测钻孔顶角小于或等于3°时，每钻进100m测一次顶角（不测方位角）；顶角大于3°时，根据地质要求每钻进50m测一次顶角和方位角。定向和易斜钻孔，应适当缩短测量间距。

不难看出，关于钻孔孔斜的规定，部门之间有所不同，且无深孔方面诸如“顶角允许均匀弯曲度为＜3°/1000m”的明文规定。

3　孔斜的主要原因、规律、危害和预防措施

钻探工程施工中由于自然和工艺技术因素的影响，实际钻孔轨迹偏离设计轨迹的现象，称为钻孔弯曲或孔斜。钻孔空间轨迹可用顶角、方位角和孔深3个参数进行描述。

（1）孔斜的主要原因。钻孔弯曲的原因主要有地质因素、技术因素和工艺因素。地质因素如岩石各项异性系数的不同、岩石软硬互层、地层复杂程度等；技术因素如设备性能及安装情况、不同的钻具结构等；工艺因素如钻进方法的不同、钻进参数的不同等。

（2）孔斜的一般规律。在一定的地质、技术和工艺条件下，钻孔弯曲具有一定的规律性。如变质岩中钻进，钻孔弯曲强度大于沉积岩，更大于岩浆岩；在层理、片理发育和软硬互层岩石中钻进，钻孔呈“顶层进”规律；当钻孔遇层角小于50°～60°的临界值，则钻孔“顺层跑”，方位角变化不定；在近似水平的岩层中钻垂直孔，即使岩石各向异性强，软硬不均，钻孔也不会产生较大的歪曲；钻孔顶角大时方位角变化小，反之变化大，等等。

（3）孔斜的危害。钻孔弯曲的危害可分2个方面。一是对地质成果的危害，如歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探网度，影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度；二是对钻探施工的危害，如钻具在孔内弯曲变形严重，摩擦阻力增加，磨损加剧，钻杆折断事故增多，升降钻具困难，功耗增加和钻进速度下降，增加钻探施工成本。

（4）孔斜的预防措施。根据钻孔弯曲的原因和规律，可提出钻孔弯曲的预防措施：

①合理布置和设计钻孔。按勘探网布置钻孔时，尤其在软硬不均和层理、片理发育的地层，尽可能垂直于岩层面布置钻孔，避免穿过溶洞、老窿，减少在破碎、松软、砂卵石层的钻探工作量；尽量设计垂直孔穿过松软、破碎、厚砂砾覆盖层、裂隙及溶洞地层；对方位角易产生偏斜的钻孔，尽量设计较大的开孔顶角；在弯曲规律明显的地层，要为钻孔顶角和方位角设计一定的预留偏斜余量。

②确保设备安装和开孔质量。安装设备的地基要平整、水平、稳固，动滑轮、立轴中心、钻孔三点一线，开孔前确保立轴角度、开孔方位与设计一致；孔口管要下正、固牢，开孔粗径钻具要直，不得使用立轴松动的钻机，机上钻杆或主动钻杆不得过长。

③正确选用钻具。钻具要求直而圆，刚性好，连接同心度好，岩芯管应尽量长；扩孔或换径时，钻具必须带有导向装置；采用满眼钻具、带扶正器和防斜保直器等防斜钻具。

④采用合理的钻进方法和规程参数。尽可能采用金刚石钻进，不要频繁更换钻进方法，以免造成孔壁间隙不均匀；合理控制钻进规程，保持较高机械钻速，减小孔壁间隙和下部钻具弯曲；在易塌岩层中采用优质泥浆护孔，防止钻孔超径，穿过破碎带、强裂隙带及其他易垮岩层后，及时采用水泥或其他措施固孔，防止孔壁扩大。

4　工程实例

（1）ZK3001和ZK5409孔。已顺利终孔的ZK3001 和 ZK5409钻孔，终孔孔深分别为 1700.40m和2208.20m。均采用防斜钻头-扩孔器-粗径钻具-扩孔器-钻杆（2根6m长）-扩孔器-钻杆（2根6m长）-扩孔器-钻杆-立轴钻杆的稳斜钻具组合，取得不错的效果：ZK3001开孔顶角5°，终孔顶角1°，方位角偏差也很小；ZK5409开孔顶角0°，终孔顶角5°。

（2）ZK3002和ZK3003孔。设计孔深2000m左右的ZK3002和ZK3003，尽管还没有终孔，但采用液动潜孔锤进行金刚石绳索取心液动冲击回转钻进，孔深都已超过1400m了。目前孔深的测斜结果表明，孔斜很小，完全符合地质方面要求，液动冲击回转钻进稳斜效果良好。

（3）ZK5407孔。ZK5407孔设计孔深2300m，设计开孔顶角0°（勘探线方位137°）。施工至孔深1641.70m时间，顶角11.4°，方位角35°，水平偏距＞120m。

采用螺杆定向钻具纠斜。定向纠斜的总体思路如下：

①纠斜起始点定为1300m左右，即在1300m下部要人造孔底；

②纠斜口径为Ø75（76）mm；

③纠斜工具为廊坊奥瑞拓石油机械有限公司生产的Ø65mm10单弯螺杆钻配Ø75mm金刚石不取心钻头；

④采用上海力擎地质仪器有限公司生产的单点定向仪和陀螺测斜仪进行定向和测斜；

⑤购置Ø55mm×5.5mm绳索钻杆以代替大部分Ø71mm×5.5mm绳索钻杆进行纠斜钻进，从而解决全部使用Ø71mm绳索钻杆纠斜钻进时BW300-12水泵仅能满足螺杆钻具较大流量要求而无法同时满足较高泵压要求的矛盾。另，购置BW350/16水泵备用；

⑥先降顶角，后降方位角（在顶角3°左右再降方位角），因为顶角大时扭方位比较困难，顶角小时扭方位比较容易，且顶角小至1～2°可能方位角测量不准；

⑦采用间断造斜法，即以20m左右长度进尺进行分段多次纠斜，控制每段纠斜进尺2～3m、稳斜进尺17～18m左右，以达顶角弯曲强度（0.3°～0.4°）/m或方位角弯曲强度（10°～15°）/m而不断钻杆之要求；

⑧及时测斜，并根据测斜结果调整纠斜钻进有关参数，进而预估钻孔弯曲和水平偏距变化趋势，确保满足“ZK5407钻孔见矿结束点（预计孔深2200m）在孔口所在水平面的投影位置与钻孔开孔点的距离即水平位移≯100m”的地质要求。

自孔深1288.70m开始至1637.25m结束的17次螺杆定向钻探纠斜，纠斜总进尺47.80m，终孔孔深2047.60m，终孔水平位移91.39m，符合钻孔在穿过主矿层后的终孔前水平位移＜100m之地质要求。

5　几点思考

（1）关于钻孔尤其是深部钻孔的孔斜规定，缺乏权威部门的规程规范，不利于野外勘探施工。

（2）钻孔孔斜难以控制。深部地质找矿钻探，所钻遇地层以基岩为主，往往存在各向异性。若地层层理、片理发育，软硬互层变化频繁，就很容易发生孔斜，不仅给钻探施工带来很大困难，造成钻具磨损加剧，甚至频繁断裂，造成孔内事故，而且钻孔过度弯曲会影响钻探工程质量，严重时还会造成钻孔报废。特别是受钻孔直径小、钻具（包括钻杆）壁薄等因素的限制，难以采用像石油钻井和科学钻探所用的复杂防斜钻具系统，因此，深部找矿钻探钻孔孔斜成为常见而又难以解决的问题。

（3）常规的孔斜预防措施有一定效果。

（4）应用螺杆定向钻探技术可彻底解决常规钻探工艺技术很难完全达到地质方面对钻孔弯曲度的超高要求这一技术难题，同时可促进地质找矿工作质量和效率的提升。

（5）建议考虑进行分枝定向钻孔群的施工。果如此，不但可大幅度节约钻探工作量和征地、修路、平机台、搬迁等费用，而且可更好满足地质设计要求，为该区找矿增储起到明显效果，对缓解2009年即被国务院列为第二批资源枯竭城市的景德镇资源枯竭起到重要作用，将具有明显的经济与社会效益。

［1］王达，何远信，等.地质钻探手册［M］.长沙：中南大学出版社，2014.

［2］DZ/T 0227-2010地质岩芯钻探规程［S］.

［3］孙丙伦，张敏，陈师逊，王天放，赵辉.深部找矿钻探技术综合研究与应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2012，39（增刊2）.

［4］朱永宜.地质勘查与科学钻探螺杆钻深部定向钻探技术［E］.中国地质调查局定向钻探技术培训交流会材料，2011.

P634

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1004-5716（2016）03-0082-04

2015-03-12

黄忠高（1968-），男（汉族），江西抚州人，工程师，现从事探矿工程生产技术管理工作。