钻孔弯曲的预防与纠正浅析

李江雷郑肖亮

河北腾飞太行井业有限公司河北邯郸056400

摘要：在钻探施工过程中，钻孔的实际轴线往往不能和设计的轴线完全一致，会或多或少地发生偏离。为了提高地质勘探质量，必须对钻孔弯曲进行预防，对已经弯曲的钻孔进行纠正。笔者在多年的钻探施工中，摸索到一套钻孔弯曲的预防与纠正的办法，希望能对勘探工作者有所帮助。

关键词：钻孔弯曲预防措施钻孔纠正

1.概述。

1.1钻孔弯曲的概念。钻进工程施工中由于自然和技术因素的影响，实际钻孔轨迹往往偏离设计轨迹—称为钻孔弯曲或钻孔偏斜，也称孔斜。钻孔弯曲是钻孔施工质量的六大指标之一。

1.2钻孔弯曲的危害。钻孔弯曲的地质危害是，歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探网度，影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度。对钻探施工的危害是，摩擦阻力增加，磨损加剧，钻杆折断事故增多，升降钻具困难，功效增加和钻探效率下降。水井钻探中无法深井泵下入或过早损坏。如果是钻孔桩施工，钻孔弯曲会引起桩基倾斜，影响桩基承载力。

1.3钻孔轨迹的基本要素。顶角（θ）：钻孔轨迹某点切线与铅垂线之间夹角。方位角（α）：钻孔轨迹某点切线在水平面上的投影与真北方向夹角，按顺时针方向计。孔深：孔口到钻孔轨迹上某点的钻轴线长度。垂深：孔口到钻孔轨迹上某点的Z坐标长度。见图1所示。

2.钻孔弯曲的原因。

2.1地层原因。

生产实践证明，岩石的软硬互层、岩层倾角大、层理及片理发育等是导致钻孔弯曲的重要原因，而且具有一定的规律性。断层、坚硬岩脉、破碎带、地层中的坚硬包裹体、大裂隙和溶洞、厚煤层等将会导致钻孔弯曲，而由这些特殊地质因素所造成的孔斜没有一定的规律性。当钻头在松软的第四纪地层中遇到大砾石时，钻孔易沿砾石斜面弯曲。当钻孔遇到裂隙，而裂隙的方向与钻孔轴向相近时，钻孔沿裂隙方向弯曲。当钻孔遇到溶洞和老窑时，钻孔也易发生弯曲，弯曲方向与其下部的倾斜方向和倾斜程度有关。钻孔穿过软硬岩层互层时，钻孔的顶角和方位角均会发生变化。岩石的各向异性也会引起钻孔的弯曲。

2.2技术原因。

钻机的基础不平、立轴安装不正确，未下孔口管或孔口管方向不合要求，都会使钻孔偏离设计轨迹。这些因素主要是在开始阶段起作用，但钻孔开始的弯曲会给以后的钻孔留下严重的影响。

2.2.1机械设备。使用钻机的回转给进部件的导向性能差，如立轴导管松旷、横立轴齿轮咬合不严、立轴枢纽轴松旷、油压钻机滑道松旷等，就会使钻头在克取岩石时，产生立轴摆动，进而使粗径钻具的回转不稳定，导致钻孔弯曲。

2.2.2设备安装。地基修筑不平，不坚固，地基填方超过四分之一，或基台木放在虚土上，开钻前检查虽平稳，但在钻进时经水浸并受震动后，虚土和填方部分下沉，使钻塔、钻机发生轻微偏斜，导致钻孔弯曲。钻机安装不平、不稳，立轴倾角没有按钻孔设计测准；提引器中心、立轴中心、孔口中心三心不在一直线上。

2.2.3开孔与换径。开孔时使用的钻具弯曲，连接后又不同心；粗径钻具未及时加长；井口管下的不正、不牢，或水泥墩埋设得不正、不牢；变换孔径时没有使用导向钻具或导向钻具太短；开孔时的技术操作不当，压力、转数、水量等不合理。

2.2.4钻具结构。钻具结构是导致钻孔弯曲的重要因素之一。在大口径钻进时，如煤田勘探中的水源钻探，往往由于粗径钻具与钻杆直径相差较大，钻进中在轴心压力、钻具自重及回转力作用下，钻具呈波浪状弯曲，并给粗径钻具上端一个较大的偏斜力，使钻具轴线偏离了原设计钻孔方向，造成孔斜；粗径钻具长度不同，其导向作用也不同。粗径钻具长度不宜过长，过长的粗径钻具本身刚度降低，在孔内产生单行变性弯曲，会造成钻孔弯曲。

2.2.5管材因素。如果岩心管刚性差，易弯曲变形，不耐磨，也是形成钻孔弯曲的原因。如果管材两头加工丝扣后不同心，造成钻具不同心回转，钻具旋转不稳定，钻孔易弯曲。

2.3工艺原因。

2.3.1钻进方法。不同的钻进方法导致不同的孔壁间隙。一般钢粒钻进孔斜最大，硬合金钻进次之，金刚石钻进最小。冲击回转钻进较低的轴向压力和转数，钻孔弯曲强度较小。钻具与孔壁之间的间隙大小是造成钻具在孔内偏离原设计方向的主要前提。而钻具环状间隙的大小，与采用的钻进方法关系较大。

2.3.2钻进规程参数。钻压过大→粗径钻具弯曲→钻头靠壁侧→偏倒角达最大→钻具回转摩擦阻力增加→钻具自转几率上长→导致钻孔弯曲；转速过高→钻具离心力增大→横向震动和扩壁增强→孔壁间隙增大→导致钻孔弯曲；泵量过大→冲刷、破坏软岩孔壁→孔壁间隙增大→导致钻孔弯曲；如果钻进规程参数不合理，转速过低，钻具在孔壁长时间钻磨，也会扩大间隙，造成孔斜。

3.钻孔弯曲的规律。

均质岩石钻孔弯曲强度<不均质岩石，岩石各向异性增强，钻孔弯曲程度增大；层理、片理发育的岩石钻孔“顶层进”弯曲。遇层角45度左右钻孔弯曲强度大；软硬互层岩石中钻孔从软入硬时，弯曲强度大，虽然从硬如软岩层时，弯曲强度较小，但最终弯曲趋势仍与“顶层进”；穿过松软非胶结岩石、大溶洞时，钻孔趋于下垂。钻孔碰到硬包裹体时可能朝任意方向弯曲；钻孔顶角大时方位角变化小；反之变化大。一般，方位角弯曲与钻具回转方向一致。顶角接近零时方位变化不定；在近似水平的岩层中钻垂直孔，即使岩石各向异性强，软硬不均，钻孔也不会产生较大的弯曲；孔壁间隙大，粗径钻具短，钻具刚度差，钻孔弯曲强度大。立轴与导向管安装不正，钻孔朝安装不正的方向倾斜；钢粒钻斜孔时，由于钢粒集中于孔底左下方，孔身向右上方斜。

4.钻孔弯曲的预防与纠正。

4.1钻孔弯曲的预防

坚持开孔验收制度，确保设备安装质量，“天车、立轴、孔口”三点一线。不能使用旷动的立轴导管及弯曲的立轴钻杆；安装地基要平整、坚实、

稳固。孔口管固定牢，方位和倾角符合设计要求；开孔时选用锋利钻头；随孔深加长岩心管，直至正常长度；随孔深增加钻铤，直至钻铤总质量超过所需钻压20%—30%为止。回次结束前，钻头切削具已磨钝时，严禁加压强行钻进；应选择合理的钻具结构与级配。在保证冲洗液畅通及孔内安全情况下，尽量选择满眼钻进，优先选用钻铤加压；换径时，应采用外导向钻具，其长度不短于5米。第一次钻进时，小径岩心管要短。扩孔时应采用内导向钻具，并增加粗径钻具长度。应保证换径、扩孔钻具的同心度；在倾角较大（>60度）岩层、破碎带、软硬互层、溶洞、老窑或纵向节理发育的岩层中钻进时，应采用“长、直、厚、重、刚”的钻具和锋利钻头，并合理控制钻压钻速。可采用偏重钻铤防斜；在易斜岩层地区施工，应根据地层、见矿深度等条件合理设计开孔角度和弯曲强度。已经掌握钻孔弯曲规律的矿区应设计定向孔；采用合理的钻具结构，例如钟摆钻具、偏重钻具和满眼钻具等形式的组合钻具对防止和纠正钻孔弯曲有明显的效果。

4.2钻孔弯曲的纠正。

4.2.1钻孔纠斜方法。使顶角下垂的方法：在松散、溶洞地层中钻进时，钻具具有自然下垂的趋势。而在其他地层，可采用组合式钻具等。使用顶角上漂的方法：一般具有自然上漂的倾向。采用短岩心管，适当加大钻压与水量。钢粒钻进时可选大钢粒、增大投砂量。或采用大直径钻头配小直径岩心管组成塔式钻具，扩大孔壁间隙，促使钻具上漂；方位角偏斜纠正：在钻孔方位顺钻头回转方向偏斜时（右转），采取左旋钻具的方法纠正。这种方法对钢粒钻进具有一定的效果。对顶角和方位角均有较大偏斜时的纠正：采用一般纠斜方式没有效果时，可在弯曲异常的孔段灌注水泥，然后用导向钻具重新开孔的方法纠斜，此法使用与中硬以上的岩层。此外，还可以采用在孔内下偏心楔或用连续造斜器的方法纠斜。

4.2.2钻孔纠斜注意事项。及时测量钻孔弯曲，准确测知钻孔的空间位置，在处理地质资料时加以校正；研究钻孔弯曲规律和原因，采取措施进行钻孔弯曲的预防和治理；结合施工条件采用定向钻进技术。在进行防斜、治斜和定向钻进时，都必须定期测斜，并作图计算，做到心中有数；当钻孔实际轴线的偏离值超过设计最大允许值时，应进行纠斜；当钻孔局部弯曲很大时，可选用偏心楔、弯接头、螺杆钻、连续造斜器纠斜；属于因回转产生孔斜的钻孔，可采用反转钻进方法进行纠斜；应选择中硬、完整的岩层作为纠斜起点。下入纠斜钻具前，应将孔内岩心及岩屑捞取干净，并磨平孔底；纠斜钻具应缓慢下到孔底，先轻压慢转，然后加大压力进行钻进。钻进中禁止提动钻具；使用偏心楔时，应将其卡牢，防止转动或下沉。

5.结束语：

在钻探施工过程中，会有很多影响钻孔弯曲的原因，必然造成钻孔弯曲。我们在钻探施工中虽不能避免钻孔弯曲，但是我们可以采取适当合理的方法进行预防和纠正，尽量使钻孔弯曲在设计允许范围之内，从而提高钻孔施工质量。

参考文献

[1]赵廷严.浅析钻孔弯曲的原因及预防纠正措施[J].中国煤田地质，2009,14（z1）:186-188.

[2]胡燕群.钻孔弯曲的预防及其纠正方法研究[J].技术与市场，2011,13（7）：241-243.