钻孔定向钻进钻孔弯曲的预防

张鸿飞

摘 要：钻孔弯曲主要有地质和工艺技术方面的原因。钻孔弯曲的预防措施主要有：合理设计钻孔，把好设备安装关，把好开孔、换径、扩孔关，采用科学合理的钻具结构和工艺技术。

关键词：钻孔；定向；钻进

中图分类号：TD852 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）13-0113-01

煤田地质钻探的每个钻孔的设计都要从地质要求出发，按照地层特点及施工条件，合理设计钻孔。钻孔弯曲度是衡量钻孔质量指标之一，必须保证使它符合设计的要求。钻孔偏离设计轴线的现象叫钻孔弯曲。由于地质和工艺因素影响，钻孔弯曲可能发生，必须把弯曲控制在允许范围内。钻孔偏离设计轴心线过大，容易造成各种危害。

1 钻孔弯曲的原因分析

1.1 地质因素

（1）岩层产状的影响。岩层各向异性，垂直层面方向抗压入强度最小，易于破碎；平行层理方向抗压入强度最大，最难破碎；斜交于层理的方向强度及破碎难易程度居中。（2）软硬互层的影响。岩石不但可能有层理，而层与层的硬度也可能有差异，岩石软硬变化对钻孔弯曲的影响与遇层角有关。钻孔轴线与其在地质界面上投影的夹角即遇层角。岩石由硬到软，由于孔壁间隙小等原因，钻孔弯曲不大，趋势不明显。在软硬互层中钻进，钻孔弯曲总趋势与地层由软到硬时相同。（3）松软、松散及破碎地层的影响。此类地层中钻进，孔径易扩大，直孔不易斜，斜孔易下垂，总趋势是使顶角减小。有些地区覆盖层深达200m以上，采用钻杆直接连接三翼钻头钻进直孔，到达基岩前，钻孔基本保持垂直。为什么最易造成孔斜的钻具组合却获得最好的防斜效果呢？因为这类地层中钻进，钻孔只要略往上漂，就会产生靠向下帮的分力，扩大下帮并使钻孔下垂。如果采用导向性能很好的钻具组合，反而会限制其自动纠斜的作用。此外，松软、松散段较长时不宜施工斜孔，除钻孔会下垂外，还会使下套管困难。（4）老窿、砾石、断层等的影响。钻具进入老窿、断层破碎带，可以将其视作松软、松散地层，钻具会有下垂趋，势。而达断层面或老窿底板后，可视作地层由软到硬。溶洞底部形态不规则，和钻遇大砾石一样，钻孔将向阻力小的方向“跑”，如沿砾石侧面下滑，因而事先无法预知钻孔趋向亦即没有确切的弯曲规律。

1.2 工艺技术因素

（1）设备及安装。钻机机件导向性差，运转不稳定；设备安装不周正、不稳固，角度不准，天车、立轴、孔位不共线；地基不平、不实。（2）开孔及换径。开孔钻具不直或接头不同心，钻具不及时加长，开孔压力、转速过大，定向管不及时下或不正不稳固；换径没有带导向，钻进技术参数没适当控制等，可造成换径后偏离原孔轴线。（3）钻具结构。钻头直径比岩心管直径大很多；粗径钻具长度不当；钻具级配不合理，钻杆易弯曲；粗径钻具弯曲或连接不正。（4）钻进工艺。一是钻进方法。钢粒钻进由于切削具不固定，对孔壁破坏大，金刚石钻进不易孔斜。钢粒钻进孔壁间隙大，而且孔底钢粒分布不均。二是钻进技术参数。钻压过大，钻杆弯曲、钻具倾倒；转速过高，横向振动大、离心力大，扩大孔壁作用增大；泵量过大，孔壁将扩大；投砂过多或一次投砂，使孔壁间隙增大。盲目强化规程易导致钻孔弯曲，尤其是开孔、换径、钻进砾石层或换层时，应适当控制规程。三是钻进操作。换径、换层时技术参数控制不当，换径时孔内留有岩心等；松软地层中下钻过快、扫脱落岩心、扫事故钻具、扫水泥等操作不当。

2 鉆孔弯曲的预防

2.1 合理设计钻孔

松软、松散、构造发育地层中一般不设计斜孔；软硬不均、层理发育地层钻进，尽可能使钻孔轴线垂直于层面；强造斜地层可考虑设计定向孔。

2.2 把好设备安装关

地基坚实平整，有排水通道，填方不超过1/3。设备安装周正稳固。

2.3 把好开孔、换径和扩孔关

开孔时要选用锋利的钻头，加压要均匀，操作要领是：上余不要长，机上不可弯，上下都卡紧，导管不能旷，钻具要对中，粗径渐加长，慢转多提动，轻压是关键。换径要带外导正器，用综合式异径接头连接，中心线必须一致。扩孔时必须要带内导正器，内导正器要上紧。

2.4 合理的钻具结构

缩小钻具与孔壁的间隙。粗径钻具加扶正器或带上扩孔器；钻杆上加扶正器、稳定器、胶箍等。增强钻具的刚性和抗磨力。改善钻具材质、增加壁厚或表面热处理；双层岩心管能提高粗径钻具刚性；深孔钻进尽量采用钻铤加压。岩心管长度适当。岩心管愈长，倾倒后形成的角度（导斜角）愈小，有利于防止钻孔弯曲。但岩心管愈长，本身愈不稳定，应有合适长度。硬质合金及钢粒粗径钻具长度7-9m，金刚石小口径钻具3m—4m比较适宜。

2.5 合理的工艺技术措施

（1）钻进方法。推广以绳索取心钻进为主体的金刚石钻进；冲击回转钻进及孔底动力机钻进有利于防止钻孔弯曲；钢粒喷反钻进比正循环钻进钻孔弯曲小，如方位角有规律弯曲，采用正反转交替钻进有防止方位角弯曲的效果。（2）钻进技术参数。一是钻压：保证体积破碎即可，不宜盲目加大，必要时还应适当控制；二是转速：破碎、松软（松散）地层及换层换径时要降低转速；三是冲洗液量：不宜过大。钻压不宜过大，必要时采用钻铤加压；破碎、松软、松散地层及换层、换径时要降低转速；松散破碎地层冲洗液量应控制，防止对孔壁的破坏。

参考文献

[1]王生.钻孔工程[M].北京：地质出版社，2002.5.

[2]魏孔明.钻探工程[M].北京：煤炭工业出版社，2006.3.