岩芯钻探事故钻孔同径偏斜(绕障)钻进技术

李顺强　张　涛

(贵州省地矿局一0二地质大队)



岩芯钻探事故钻孔同径偏斜(绕障)钻进技术

李顺强张涛

(贵州省地矿局一0二地质大队)

摘要以贵州省遵义市红花岗区深溪锰矿ZK4007钻孔为例，分析了钻探施工中事故钻孔偏芯锲的制作、施工工艺、钻进方法，并对应用自制偏芯锲绕开孔内遗留物继续钻进的相关注意事项进行了探讨。实践表明，通过偏斜钻进，在保证钻孔质量的同时，达到了钻孔的地质目的。

关键词岩芯钻探事故钻孔偏芯锲偏斜钻进

钻探施工是地质工作中必要的验证工序，在固体矿产深孔岩芯钻探施工中，由于孔内事故和地质构造条件等诸多因素的存在，导致无法钻进至目的层或打漏、打掉矿层以及矿芯采取率达不到设计要求，进而致使钻孔质量达不到规范要求，影响了对矿区资源的准确评价[1-4]。处理深孔施工事故时费时费力且工序复杂，稍有疏忽便会导致钻孔报废，严重影响了钻探成果及经济效益。因此，对一些复杂且难以处理的重大孔内事故，选择合理的处理方案，对未达地质目的孔段采取偏斜(绕障)钻进或岩矿芯有效的弥补措施，可大幅度节约钻探事故处理成本。贵州省遵义市红花岗区深溪锰矿ZK4007钻孔设计孔深1 620.00 m，倾角90°，施工设备为YDX1800全液压动力头钻机，采用Q系列绳索取芯工艺钻进。当钻进至龙潭组煤系地层下部孔深 1 571.20 m时，钻具被卡住，无法起拔，在事故处理过程中发生钻杆和钻具连接处脱扣，导致钻具被孔壁松善层坍塌淹埋，无法处理。鉴于钻孔事故的复杂性以及该矿区龙潭组煤系有地下涌水现象(120 t/d)，首先采用重晶石以1∶0.3配比压井、NQ系列钻具同径偏斜绕开事故段钻进的处理方案和补救措施，实现终孔孔深为1 613.35 m，偏斜工作量为61.45 m，耗时120 h。

1　偏斜锲制作

选用一根长4．50 m的NQ绳索取芯钻杆(要求有一端丝扣完好，便于连接下部稳定体，丝扣上部预留0.30 m)作为母体，划线后进行氧焊切割，经热变形处理后，将焊疤用角磨机打磨平整，便于焊接。将氧焊割下的小部分反面紧贴母体(上部预留0.10 m,用于下放偏斜锲)形成斜面并进行焊接，在焊接时应注意热变形，且焊疤不宜过大以免下钻遇阻不到位引发事故。焊接完毕后用角磨机打磨，若NQ钻头试通过顺畅即表明偏斜锲主体已制作成功(图1)。为增强偏斜锲的强度和稳定性，将偏斜锲倒置竖立，搅拌水泥砂浆灌满偏斜锲的内部空间并用振动器振动夯实，待其凝固即可。

图1　NQ同径开口式偏斜锲(单位:mm)

2　孔内偏斜位置选择

2.1偏斜位置确定

偏斜位置主要根据钻孔内的事故头位置和岩层情况确定，通常将偏斜锲安装于距事故头孔段稍远、孔壁岩性相对较软的位置，以利于偏斜钻具顺利进行初始造孔钻进。由于该孔内有遗留物长4.00 m，事故段孔壁坍塌较严重，故该偏斜锲顶部位置确定为孔深1 550.90 m位置。

2.2事故头孔段严格处理及偏斜锲下放与固定

在下放偏斜锲之前用NQ钻具首先探孔，将搅拌水泥浆(水灰比0.8∶1，可加铁粉搅拌)送至事故孔段20.00 m后起钻。将偏斜锲下部丝扣清理干净，选一根与丝扣可连接的废旧NQ钻杆将偏斜锲下部氧焊切割成6等份爪形，并将爪形向外突出(用φ89 mm套管接箍)。对偏斜锲上部的预留部分钻2个直径8 mm小孔，孔距40 mm，取一根φ50 mm钻杆(长1.00 m有母扣接头即可)，卸下尖牙，在钻杆底部钻2个直径8 mm小孔，孔距与偏斜锲上部一致。用2颗直径8 mm螺丝将偏斜锲与φ50 mm钻杆连接牢固并下放至事先确定的位置(孔深1 550.90 m)。偏斜锲顶部距孔口 1 551.90 m，下钻用水泥浆封孔(水、水泥、食盐、三乙醇胺配比为0.7∶1∶0.02∶0.003)，用计算后的水泥用量封孔至深度1 560.00 m后起钻待凝固。

3　导斜钻进

3.1导斜钻头制作

采用φ73 mm圆钢加工成30°锥形钻头，钻头丝扣用φ57 mm锁接头母扣与φ42 mm钻杆(长约2.00 m)连接(图2)。钻头圆锥部分及圆柱部分错位等距镶焊硬质合金，圆柱部分最大外出刃的直径不宜大于77.5 mm。导斜钻头需有3～4个排水孔，确保导斜钻进时通水顺畅。

图2　锥形导斜钻头

3.2导斜钻进注意事项

水泥经过72 h已基本凝固，配钻具下钻进行预磨先导孔。钻具结构为导斜钻头→φ42 mm钻杆(长约2.00 m)→变丝接头→NQ钻杆→主动钻杆。预先导孔时钻机轻压慢转(转速控制在60～80 r/min)、小压力、小泵量低泵压(但泥浆应具备足够的润滑性能)进行。上述过程实际上是修磨孔壁，在此过程中若发现不进尺时，应及时上下活动钻具，有异常时应及时起钻检查处理。初始偏斜段孔深1 551.90～1 552.20 m时，先导钻进1 h，进尺0.30 m，当先导钻进不进尺且上下活动仍无效时，起钻检查钻头无异常磨损，并配备NQ钻具热压金刚石旧钻头下钻进行初磨，钻进技术参数与预磨控制一致甚至略高。正常磨孔钻进3.00 m时，起内管发现有由片状至柱状的完整岩芯，若加杆顺利，则说明偏斜成功。

孔内取出柱状岩芯后2回次采用小参数进行钻进，之后用正常钻进技术参数钻进。钻进中钻机、泥浆泵与未偏斜前一致，岩石与原孔岩性完全吻合，随着新孔的不断加深，应调高钻压和转速，直至恢复正常钻进参数为止。采用NQ绳索取芯工艺处理超深偏斜钻孔时，每一回次应检查卡簧的使用情况，以保证岩芯采取率，避免偏斜的孔段有残留岩芯；下大钻时应保持平稳，杜绝发生跑钻事故，避免因跑钻或起下钻造成偏斜锲变形损坏乃至钻孔报废。

4　应用效果

同径偏斜锲通过在ZK4007钻孔的试验运用，圆满完成了偏斜钻探工作量61.45 m，可解决因钻孔内事故和其他原因导致无法钻进至目的层或打丢矿层以及矿芯采取率达不到钻孔规范设计要求的相关难题，有助于提高钻孔采芯率、降低钻探施工成本。偏斜锲可在施工现场根据孔内事故和钻孔的实际情况因地制宜进行制作加工，结构简单、加工方便且成本低廉，一次性偏斜成功率高，缺点是无法对偏斜锲进行回收。采用偏斜锲与NQ钻杆连接的方式，特别适合于采用绳索取芯钻进工艺施工的矿区，可利用现有的绳索取芯钻进工艺，偏斜锲安装位置应准确、牢固、不转向，施工期间起下钻具应顺畅。本研究提出的同径偏斜(绕障)钻进技术方案不对事故以上孔段进行扩孔、下套管，无需另外选择小径钻具工艺，可有效降低钻探风险和成本，保证岩矿芯样品符合相关规范要求。

5　结　语

以贵州省遵义市红花岗区深溪锰矿ZK4007钻孔为例，对同径偏斜(绕障)钻进技术进行了研究，实践表明，该钻孔运用自制偏斜锲导斜钻进，偏斜工作量61.45 m，终孔孔深1 613.35 m，岩矿芯采取率达100%，成效显著，按相关地质技术规范可认定为优质钻孔。在绳索取芯金刚石钻进施工的中深孔和深孔中，采用NQ同径开口式偏斜锲(绕障)施工技术，可绕过孔内无法处理的事故钻具，直接钻进和补采岩矿芯，免去拔套管、扩孔、再下套管等工序，可减少报废工作量、节约施工成本和缩短施工工期，钻探生产实践验证了该技术的可行性和有效性。

参考文献

[1]孙一国.中深孔终孔后补打斜孔采取煤样施工技术[J].西部探矿工程，2008(3)：16-17.

[2]首照兵，陈礼仪，张统得，等.攀西钒钛磁铁矿整装勘查复杂地层钻探护壁堵漏技术[J].西部探矿工程，2012(2)：31-34.

[3]嫣泰宁.岩土钻掘工程学[M].武汉：中国地质大学出版社，2001.

[4]屠厚泽.钻探工程学[M].武汉：中国地质大学出版社，1988.

(收稿日期2015-12-28)

李顺强(1967—)，男，工程师，563000 贵州省遵义市汇川区。