于保国

（河北省地矿局第四地质大队，河北 承德 067000）

金矿复杂地层深部地质详细勘察的勘探深度要从基础底面算起，是可以满足设计要求的深度。金矿复杂地层的深度不是一个长度的概念，可以理解为高程。在实际勘察时，并不会提前知道勘察深度的，因为不知道持力层的具体所在位置。所以要从地面开始钻探，一直钻到认为可以作为持力层的地方为止。由于传统钻探设备，为钻头链接在钻杆上的钻具，钻头通过钻杆转动而钻进。在深孔钻探时，一是钻杆在深孔变形，二是动力难以传送到深部，三是孔内事故多，四是更换钻头需提出所有钻杆。另一方面，金矿复杂地层深部地质钻探每根钻杆直径大概100mm，所以钻孔直径也大致相近。随着套管的逐渐下入，即便现在进行普通的地质钻探，要想保证钻杆竖直而不偏斜也是很困难的。因此，传统钻探设备难以打更深的孔。基于金矿复杂地层深部地质钻探的要求，必须要转变深孔钻探思维，优化钻孔的结构设计。

1 金矿复杂地层深部地质钻探的钻孔结构改进设计

根据金矿复杂地层深部地质特点，对钻孔结构改进设计的要求越来越高。考虑到前期的施工经验，钻孔设计一般在三级钻孔结构的基础上预留一级。在130mm处进行开孔，穿过覆盖层下入127mm套管，然后采用拟l10mm口径钻进穿透上部破碎地层，下入108mm套管，当遇到金矿复杂地层深部地质普通方法无法处理，可扩备用孔径96.5mm[1]。设计钻孔工艺结构如图1所示。

图1 复杂地层深部地质钻探钻孔结构设计图

对于优化后的钻孔结构改进设计，在增加备用孔径的基础上精准控制钻孔的钻压值。金矿复杂地层深部地质岩石的研磨性、可钻性，金刚石钻头的粒度，都会影响钻孔精度，降低钻头寿命，甚至使钻头折断。在一定的范围钻进速度会随着钻压的增加而提升，妨碍作业，引起钻头折损或阻碍切削液进入孔内。面对以上情况，可分别或联合采用增大进给量、断续进给、修磨横刃等方法提高钻进效率的同时降低钻头消耗。消除因钻压值引起的问题。与此同时，短碎的铁屑使冷却液更容易流至钻尖，进一步改善了加工过程中的散热效果和切削性能。而且因为新增的备用孔径穿了钻头的整个沟槽，经过多次修磨之后依然能够保持其形状和功能。除上述功能改善外，值得一提的是该设计强化了钻体的刚性，显著地增加了单次修磨前钻孔的数量。

扩孔是钻孔结构改进设计优化的必然选择。刀夹的摆动对孔径和孔的定位精度影响很大，因此当刀夹磨损严重时应及时更换新刀夹。钻削小孔时，摆动的测量及调整均较困难，所以最好采用刃部与柄部同轴度较好的粗柄小刃径钻头。使用重磨钻头加工时，造成孔精度下降的原因多是因为后面形状不对称所致。控制刃高差可有效抑制孔的切扩量。钻孔的精度主要由孔径尺寸、位置精度、同轴度、圆度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素构成[2]。

2 金矿复杂地层深部地质钻探的钻孔偏斜控制

考虑到金矿复杂地层深部地质的硬性条件，地下可能有刚性的地层也可能有韧性的底层，底层分布很复杂，高温高压，这些不但提升了钻探的难度，也造成钻探钻孔偏斜的原因比较复杂。

要想实现复杂地层深部地质钻探的钻孔偏斜控制，必须了解地温梯度，也就是深度每增加1000m时温度随之增加25℃。一万多米的深度，温度也达到了200℃～300℃，从上到下温度逐渐增加，在这么高的温度且温度分布不均匀的情况下，钻杆很难保证刚性不变形，一旦变形或者偏斜，再进行校正是很困难的。基于全角半距法对金矿复杂地层深部地质钻探的钻孔偏斜距离进行计算。设实际钻孔偏斜距离为NQ，可通过下式计算：

式中：βi指的是方位角差；li指的是控制测程；licosαi指的是垂直位移指的是累计垂直位移；lsinα指的ii是各测程水平长；指的是沿线位移；指的是累计沿线位移；指的是脱线位移；指的是累计脱线位移。

当θ=0时，即为对应孔深处的实际钻孔偏斜距离，公式（2）可换算为：

利用全角半距法，可对钻孔偏斜量进行实时精确地计算。再具体施工前不要急于落钻，应首先进行找正。找正有静态找正和动态找正。所谓静态找正，就是指在钻床启动之前进行找正，使钻床主轴中心线与工件十字线交点对正，较为易于掌握。但是由于未考虑例如钻床主轴的摆动等不确定因素，钻孔精度较低。动态找正是在钻床启动后进行找正，在找正的同时，把一些不确定因素均考虑在内，精度相对较高[3]。这样一来，可以使施工技术人员及时准确掌握施工钻孔孔内情况，控制钻孔偏斜状况。通过金矿复杂地层深部地质钻探的钻孔偏斜距离分析孔内地层情况。一旦在施工过程中出现偏斜的情况，所造成人力、财力上的损失都是不可及时止损的。因此，必须在正式施工之前做好预防、检测工作。在钻探施工过程中，如果发现钻孔出现了较大的偏斜，应根据金矿复杂地层深部地质具体情况采取最恰当、有效的方法进行纠偏。

3 结语

由于钻探工作向复杂地层深部地层开展，面对越来越艰难的钻探施工条件及复杂的深部地层状况，对钻探的钻孔结构设计的要求也更加严格。基于金矿复杂地层深部地质特点，对钻探的钻孔结构设计进行优化，致力于解决钻孔偏斜问题，采用全角半距法计算模型可准确、方便地计算钻孔实际偏斜距离，保证钻孔工程高质、高效地进行施工作业。