摘要针对赣北地区第一个深斜钻孔施工探讨了钻孔弯曲的原因通过加强钻孔设计加固基础和钻机安装采用合理钻孔结构与钻具级配金刚石绳索取芯钻进小钻压适当转速等技术工艺预防孔斜措施以及测斜方法和测斜数据的处理并与物探测井数据进行对比表明钻孔施工防斜措施效果明显达到地质设计要求
关键词复杂地层弯曲预防测斜技术深斜钻孔
九瑞地区是我国长江中下游重要的多金属成矿带随着浅部资源的遂渐枯竭矿床勘查进入攻深找盲阶段深度超1000m的钻孔己占到施工钻孔总数的80以上最大深度已经超过1500m
近年来赣西北大队实施江西省九江市九瑞矿山密集区深部铜多金属矿战略性勘查项目东雷湾矿区ZK11孔该孔设计孔深1350m倾角80方位角180实际终孔孔深140908m倾角815方位角1884是赣北地区目前施工的第一个深斜钻孔1钻孔地质设计剖面见图1
图1ZK11孔地质设计剖面
钻孔弯曲是钻探质量的重要技术指标之一由于钻孔弯曲程度倾角方位角超出规范的限值不能满足地质要求而需要纠斜或报废造成施工成本增加钻孔施工过程中产生钻孔弯曲是必然的但如何防止或减小钻孔弯曲保证钻孔弯曲程度在规范限值或地质设计要求的限值之内是钻探施工的关键环节2
1钻孔弯曲的原因
理论和实践经验表明造成钻孔弯曲的原因是多方面的一般来说主要有地质钻探技术和钻进工艺等方面因素3
11地质原因
东雷湾矿区位于长江中下游铁铜金成矿带大冶九江成矿亚带的九瑞铜金矿田中钻孔位于矿区东雷湾向斜东西走向南倾倾角7080矿区内断层由北东东北西北北西北东三组断裂构成裂隙构造发育ZK11孔地层结构见表1
从地层的结构构造方面来看地层产状陡倾岩层构成复杂有灰岩白云质灰岩含炭质灰岩含燧石结核灰岩页岩石英砂岩泥质砂岩粉砂岩粉砂质泥岩等沉积岩有花岗闪长斑岩煌斑岩等火成岩有大理岩矽卡岩等变质岩岩层破碎构造节理裂隙发育软硬互层这些都是引起钻孔弯曲的地质因素
12钻探技术原因
1钻机安装基础不稳固基础面不平整
2孔口管埋设不牢固钻具级配不合理扩孔换径未带导向3
表1ZK11孔地层结构
3钻孔换径或套取脱落岩芯换径前未清除孔底岩芯或取芯过程中途岩芯脱落形成架桥未专门套取4
13钻探工艺原因
1钻进压力钻进压力过大将造成孔内钻杆弯曲产生弯曲力矩5对于软硬互层产状陡倾的地层容易引起顺层滑和顶层进
2立轴转速过高的转速使钻具离心力增大从而增大了钻具的横向力增大扩壁作用加大孔壁间隙降低粗径钻具的导向作用造成钻孔弯曲
2钻孔弯曲预防
为确保ZK11孔孔斜满足地质设计要求根据实际地层和地质构造特点钻探设备钻进工艺经分析研究主要采取以下防斜措施
21钻孔设计与基础防斜措施
1适当增大钻孔开孔倾角过大的钻孔开孔倾角既不利于地面操作也会增加钻具磨损过小的开孔倾角易引起顺层滑经与地质技术人员协商钻孔开孔倾角采用80
2加固基础为避免钻进过程中地基发生不均匀沉降基础采用混凝土浇注场地进行硬化
22钻探技术防斜措施
1孔口管埋设采用水泥浆固定防止钻进过程中松动
2增加导向机构塔顶到孔口安装导向钢丝绳减小主动钻杆弯曲力矩
3钻孔结构与钻具组合钻孔采取四开结构图2全孔采用金刚石钻进方法除开孔外其余三开均采取金刚石绳索取芯钻进
图2ZK11孔钻孔结构
4套取岩芯套取孔底残留岩芯或脱落孔内架桥岩芯时应采用原钻头不得采用新钻头避免新钻头扩孔造成孔斜
23钻探工艺防斜措施
1轻钻压过大的钻进压力容易引起孔斜尤其是易斜的页岩地层或软硬互层孔段更是如此钻进过程中应以较小压力一般来说钻压应采用正常钻进压力的1314
2合理转速正常情况下地层完整孔段同一岩性孔段钻孔口径小采用较高转速来确保钻孔孔斜的控制但在地层破碎孔段岩性互换频繁钻孔口径大则应限制钻机转速
3优质冲洗液冲洗液采用纳米材料生产的PHPCoreSMART无固相冲洗液体系该冲洗液具有良好的护壁减阻效果增加钻具运转的稳定性
3钻孔测斜及防斜效果
测斜数据准确精确与否与所使用的测斜仪器测斜方法及测斜数据的读取有直接的关系与数据处理方法有重要关系严重影响到钻孔质量乃至地质成果质量
31测斜仪器选择
测斜仪器选择上海地质仪器研究所生产的多点数字式测斜仪该测斜仪器能够对同一测点进行多次测量或同时对多个点进行测量具有精度高轻便使用方便等特点仪器测量精度倾斜角0180001方位角036010
表2钻孔测斜与物探测井数据对照表
32测斜方法与测斜数据的处理
孔斜测量间距以500m一个测点一般来说一个测点只进行一次测量数据具有随机性偶然性可信度相对较差不能将其作为测斜数据读取因此为确保测斜数据的可靠性准确性可信度同一个测点均进行三次测量用三次测量数据的平均值作为代表值若三次测量数据的极差不大于平均值的20时取三次读数的平均值当极差大于平均值的20时应分析原因进行重新测量67
33测斜数据对比
为验证测斜数据的准确性钻孔终孔后采用物探测井方法对钻孔倾角和方位角进行了自上而下和自下而上再次测量数据取两次物探测井数据的平均值两种测斜方法数据对比见表2
两种测斜方法计算的140908m处相对于孔口偏离值见表3表4
表3测斜数据计算靶点偏离值
表4物探测井数据计算靶点偏离值
计算结果表明根据多点式电子测斜仪器孔斜数据计算的偏离地质设计靶点为Z058mX417mY1148m根据物探测井孔斜数据计算的偏离地质设计靶点为Z493mX3601mY989m均达到地质设计偏离限值的要求
4结语
实践经验表明在深孔以及易引起孔斜的地层中钻进要减小钻孔弯曲应根据施工地层岩性构造产状等特征做好钻孔设计分析钻孔施工过程中可能引起孔斜的因素应筑牢基础设备安装周正水平钻孔结构合理以及采用金刚石绳索取芯技术优化钻具级配等技术措施而且要采用小压力正常钻进压力的1314合适的转速和采用优质无固相冲洗液护壁等工艺措施