李 立

(甘肃工业职业技术学院地质学院)

地质钻探钻孔弯曲预防措施

李 立

(甘肃工业职业技术学院地质学院)

钻探施工中钻孔偏斜是一类常见事故，对此，通过分析钻孔偏斜的原因和规律，分别从地质因素控制、工艺因素控制以及技术因素控制等方面讨论了预防钻孔偏斜的主要措施，为确保钻探施工顺利进行提供参考。

钻探施工 钻孔偏斜 地质因素 工艺因素 技术因素 措施

在钻探施工过程中，由于各种因素的影响，使得实际钻孔轴线偏离设计钻孔轴线，即发生钻孔弯曲，钻孔弯曲程度是判断钻探工程质量优劣的重要指标之一。由于钻孔弯曲，给地质结果和钻井施工都带来不利影响：对于地质成果来说，由于靶点位置偏离，易造成矿体产状不明、矿体丢失、地质构造不清等，从而增加了矿体评价、地质构造判断以及储量计算的难度；对于钻井探施工来说，由于钻孔弯曲，使得孔壁与钻具摩擦加重，易导致钻具起降困难、钻杆折断事故增加，降低钻进效率[1-2]。在钻探过程中，钻孔发生弯曲是常见现象，就目前技术水平而言，弯曲控制钻孔弯曲难度较大，但可通过采取一定的技术措施，将钻孔弯曲程度控制在合理的范围之内。

1 钻孔弯曲的条件和原因

1.1 钻孔弯曲的条件

(1)孔壁间隙。在钻进过程中，为了保证钻井液能够顺利携带岩屑，钻头直径必须大于粗径钻具直径，同时还需要进行扩壁，因而孔壁间隙是客观存在的。

(2)具备偏倒或弯曲的力，为弯曲偏离形成动力。在钻进过程中，钻具较长，直径较小，可将其视为一细长柔性杆件，不论以何种形式对钻头施加轴向压力，都会导致粗径钻具倾倒或弯曲。

(3)钻具偏倒或弯曲的方向稳定。孔壁间隙和粗径钻具的倾倒或弯曲力是客观存在的，钻孔最终是否会发生弯曲，主要取决于粗径钻具倾倒或弯曲的方向是否稳定。在各向异性岩石钻进过程中，钻头穿过层理面和片理面时，由于孔底和孔壁的不均匀破碎，使得孔底截面为椭圆形，椭圆的长轴趋于与层面仰起线方向一致，该椭圆具有导向作用。如果在穿过软硬岩层界面时，由于孔底产生不同的阻力差，产生倾倒力矩，也会使得粗径钻具倾斜面稳定在垂直于岩层走向的方向。

1.2 钻孔弯曲原因

(1)地质。当钻进遇层角约45°时，岩层的各向异性系数越高，钻孔偏斜弯曲则越大。在钻进软硬交互岩层时，当遇层角小于临界值时，钻孔以锐角从软岩钻入到硬岩，钻孔则沿硬岩层面顺层移动，方位角变化较大且无规律；如果遇层角大于临界值时，则钻进时钻孔顶层进，方位趋于与层面走向垂直。当钻进时钻孔通过松散及非胶结岩层、大溶洞时，由于重力因素，使得钻孔向垂直方向偏斜，孔身变得陡直；当钻进时遇坚硬包裹体时，钻孔弯曲方向可以任意；钻孔穿过大裂隙且与大裂隙交角较小时，孔身顺裂隙面弯曲。

(2)工艺。不同钻进方法的碎岩特点各不相同，孔壁间隙也不一致。钻压过大、转速过高、冲洗液量过大等都会造成不同程度的弯曲，造成钻孔偏斜。

(3)技术。开孔时由于钻机安装基础面不平整，立轴安装不合理，未下孔口管或孔口管方向不符合相关技术要求；钻进时钻具的级配不合理，扩孔换径不合理，环状间隙过大等都会引起钻孔偏斜。

2 预防措施

2.1 地质因素控制

2.1.1 移动孔位法

移动孔位法是根据钻孔弯曲规律，首先预判钻孔倾角是上漂或下垂、方位角是左偏或右偏，然后根据规律确定新孔位置。以倾角上漂(图1)为例进行说明，步骤：①在勘探剖面线图上作一直线，直线起点为设计开孔点，终点为预测实际钻孔终点；②平移该直线，终点为设计钻孔终点，平移直线与地表相交的点即为新钻孔开孔点；③若钻孔倾角下漂或方位角左偏、右偏，移动方向与偏移方向相反，则方法同上。

图1 移动孔位法

2.1.2 改变倾角、方位角法

一般来说，钻孔原始设计都给出钻孔的倾角、方位角，当原设计确定的倾角和方位角无法满足见矿需求时，应根据原钻孔倾角上漂或下垂改变倾角或根据方位角左偏或右偏进行扭转安装角。倾角和方位角变化情况见图2。

图2 改变角度法

在采取上述措施改变设计达到见矿目的时，应严格遵守相应规律，明确岩层倾角和岩性、地质构造情况，并及时进行测斜工作，完成钻孔连图，确保可及时修改偏差纠斜。

2.1.3 特殊地层需注意事项

(1)在松散、水敏地层，应优先选用高品质泥浆，减小泵量，以防冲大孔径。

(2)在遇到溶洞时，首先应判断溶洞中是否有充填物，无充填物时，应慢速将钻具放至底部，测出溶洞高度；然后提升钻具加上导正，小心钻进1 m左右，方可下套管处理，若有充填物时，需要加大冲洗液量，慢扫探底，测出高度，再进行处理。

(3)在层理发育的岩层中钻进时，应尽量设计钻孔方向垂直于层理面，钻进过程中，应保持钻孔锋利，选用低钻压、低转速钻进。

(4)在破碎、裂隙发育地层中钻进，钻进的相关规程参数应适当较小。

2.2 钻进工艺因素控制

(1)在比较容易偏斜的地层钻进时，应尽可能选用冲击回转钻进。

(2)选择与地层、岩石物理力学性质相匹配的钻头结构，尽量使得钻头适应地层。

(3)采用孕镶金刚石钻头钻进时，选择合理的侧刃，确保钻探的稳定性。

(4)钻进时采用防斜金刚石钻头，如采用平底尖环槽式孕镶金刚石钻头或内阶梯式凹形表镶金刚石钻头。

(5)根据地层和钻具结构等条件，合理选择钻压、转速、泵量，尽可能减小孔壁间隙减少，以提高钻具在钻进时的稳定性。

2.3 钻进技术因素控制

2.3.1 钻前工作

(1)钻机必须合格，回转钻进及给进等各部分工作正常，变角机构牢靠，钻机滑轨和机器之间连接可靠。

(2)设备安装必须稳固准确，必须确保地基稳固、平整，塔上天轮边缘、立轴中心、孔位应在同一条直线上。倾斜钻孔的定位时，立轴应能够准确地固定于既定的倾角和方位上，钻进过程中必须定期检查，随时校正。

(3)开孔时钻具连应平直，随着钻孔的延深应及时加长钻具，孔口管应严格按照设计的倾角和方位下入孔内，上下固定，反之松动。

2.3.2 钻进工作

(1)换径前应清除孔低残留岩心，换径时务必采用同心导向钻具导向，导向管可适当加长，小径钻具应逐次加长，直至6 m以上方可去掉导向钻具，换径后立即进行测斜工作。

(2)扩径时应携带小径导正钻具并同心，应确保足够长。

3 结 语

针对地质钻探时钻孔弯曲的现象，在分析钻孔发生弯曲的条件和原因的基础上，分别从钻进地质因素控制、技术因素控制以及工艺因素控制等3个方面分析了预防钻孔弯曲的措施，为确保地质钻探的顺利进行提供参考。

[1] 檀力峰.钻孔垂直度影响因素的分析及预防措施[J].现代矿业，2014(5)：172-174.

[2] 付龙剑.浅析矿山旧孔处理及钻探施工工艺[J].现代矿业，2014(4)：163-166.

2015-02-03)

李 立(1983—)，男，助理工程师，741025 甘肃省天水市麦积区花牛镇廿铺街18号。