鉆孔彎曲產生的原因及預防糾正對策分析

杜 亮

遼寧省冶金地質勘查局四〇一隊，遼寧鞍山 114005

0 引言

在實際鉆孔施工過程中，受自然條件與技術條件的制約，鉆孔真實軸線經常與設計軸線常常錯位，這樣就會形成鉆孔彎曲。鉆孔彎曲對工程質量有很大的影響，所以一定要正確分析鉆孔彎曲形成的原因，并采取科學的鉆孔施工工藝減少彎曲鉆孔出現，也可以使設計鉆孔與實際鉆孔彎曲偏離位置相匹配，并結合預測的彎曲位置鉆進到預留的空間位置。另外，倘若鉆孔鉆進過程中遇到特殊地層構造時，要采取相應的策略將其繞過，并在設計和施工中做好預防對策，確保鉆孔彎曲不產生。

1 鉆孔彎曲產生的原因

在鉆孔施工時，鉆桿柱通常將自轉與公轉運動共同完成，鉆孔軸線就是其圍繞中心，此時鉆頭鉆進角度會隨著時間而變化。如果傾斜面穩定在某個位置不變動時，鉆桿柱只做自轉，導致鉆具軸線遠離設計軸線形成彎曲。下面將從分析鉆孔彎曲產生的具體原因。

1.1 地質構造原因

地質構造是產生鉆孔彎曲的主要原因，地質構造決定了巖層軟硬程度，那么必然會對鉆孔施工有較大影響，并且地質構造原因通常不可避免，只有提高施工技術來降低其影響。地質構造原因主要包括兩方面：一方面是巖石構造因素。巖石自身就有其度的的構造特征，不同巖石在層理與片理等方面有很大差別，所以對鉆頭的阻礙程度也會有所不同，如果是破碎率較低的巖石，鉆頭會順著巖層傾斜方向鉆入，那么就會形成與層面垂直的鉆孔彎曲。另一方面是巖層軟硬相互交錯。鉆孔通常是以銳角穿透層軟硬交錯的巖層位置，從軟巖層穿過硬巖層時，二者的分抗破碎能力有差別，導致鉆具向著垂直于層面垂線方向運動，而上方鉆具是處于堅硬巖層中，會阻礙鉆具偏離，鉆頭基本上向著原有的方向鉆進，這樣會導致上下層鉆具的鉆進方向偏離，形成鉆孔彎曲。

1.2 技術條件原因

技術原因相對于地質構造原因影響程度較小，是可以通過人為因素來減少的。鉆孔施工前，對場地缺少清理及平整等基本工序，導致鉆機基礎不穩，立軸傾斜，未下孔口管及孔口管方向不標準都會形成鉆孔彎曲。鉆孔進入時出現鉆孔彎曲的技術原因是鉆具結構尺寸缺少科學的設計，在實際鉆進過程中，考慮到不同條件的需要，鉆頭直徑常常超出鉆桿柱直徑，此外，在鉆進時必然會產生某種程度的擴壁，造成鉆具與孔壁間有較大空隙。鉆具時刻都在承受著軸向壓力，受上述空隙影響，鉆孔柱將形成鉆孔彎曲。鉆具越長，被軸向壓力壓彎的程度越明顯，就更容易形成鉆孔彎曲。

1.3 工藝條件原因

鉆進方法選用有差別必然會導致巖石破碎機理形成有差異的孔壁間隙，產生孔壁間隙最大的是采用鋼粒鉆，所以形成的鉆孔彎曲程度最明顯。硬質合金產生的彎曲程度一般，金剛石產生的鉆孔彎曲程度最小。鉆進參數決定了鉆孔的彎曲程度，鉆壓太大，導致鉆具彎曲，鉆頭會向孔壁側靠攏，那么鉆具和孔壁摩擦阻力加大，鉆具不在做公轉，鉆具有一定的偏離，形成鉆孔彎曲。轉速太快，鉆桿柱離心力也會加大，那么鉆具的橫向振動就會加大，造成孔壁間隙加大；而轉速不夠，鉆具和孔壁就會研磨，也能增加孔壁間隙。

2 鉆孔彎曲預防

2.1 結合地質構造設計鉆孔

根據勘探網確定鉆孔位置，保證鉆孔垂直于巖層層面及巖層走向。對于那些地質條件不好的地層，因為鉆具自重導致斜孔出現垂直方向的彎曲，所以要盡量采用垂直鉆孔。對于軟硬交錯復雜的地層，要求設計鉆孔的方向盡量和層理面垂直。

2.2 合理安裝鉆具，提高鉆孔質量

在鉆具安裝前要清理好場地，確保鉆具安裝時平穩，鉆機鉆塔要對準，立軸傾角方向要嚴格按照設計規范安裝，傾斜方向要符合設計方位角度要求，此外，在施工過程中要結合鉆孔進程適當調整，這樣才能保證設計與實踐相結合，設計方案只是一草參考方案，具體施工還是由實際條件決定。

2.3 選擇科學的鉆具結構

選擇科學的鉆具結構，能夠為鉆具規范的同心度提供保障，增加鉆具的韌性，有效降低鉆具和孔壁間的空隙，能做到孔底加壓，能夠達到提升鉆具穩定性及導正的目的，優化下部鉆具的彎曲傾向，切實起到了預防鉆孔彎曲的作用。

3 鉆孔彎曲糾正對策

如果鉆孔彎曲程度已經超出允許范圍，對后期的工作有很大的不利影響，那么就需要對這些鉆孔進行糾正，目前常見的糾正方法有下面幾大類。

3.1 上漂法糾正

鉆具在鉆進時會有自然上漂的傾向，上漂法就是將其加以利用，把較大的規格的鉆頭套在較小一級直徑的巖心管構成新形式的鉆具，巖心管通常使用短心管，可以結合實際調整鉆壓和沖洗液量，來增加孔壁間隙，提供鉆具上漂條件。

2.2 下垂法糾正

下垂法就是所謂的吊著打，就是應用底鉆鉆進的手段，確保鉆具在重力的作用下豎直進入，能有效減少鉆孔彎曲。特別是在地質構造偏差條件下使用更為有效，在其他地層，可使用重組式鉆具等手段逐步使鉆具沿設計鉆孔方向下沉。

2.3 封孔重開法糾正

如果頂角與方位角存在很大偏離時，普通的糾正方法根本不能起到作用，應該采用封孔重開法進行鉆孔彎曲糾正，其具體步驟是在彎曲的鉆孔中注入一定量水泥，再用導向鉆具重新開孔，這種方法在中硬巖層中有很好的效果。

3 結論

總之，在整個鉆孔施工中，會有很多影響因素存在，那么必然會產生鉆孔彎曲。雖然我們不可能完全消除鉆孔彎曲，但是可以采取合理的預防措施及糾正策略，盡量減少鉆孔彎曲的產生，這對提高鉆孔施工質量具有很重要的意義。

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