均速鉆進(jìn)在礦區(qū)易斜地層的應(yīng)用

何 亮

（湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三0二大隊(duì)，湖南 郴州，423000）

前期鉆探施工情況：

湖南攸縣蘭村礦區(qū)，鉆孔ZK1301，6月7日開孔，在150米的位置頂角偏4度，在350米的位置頂角已達(dá)10度，中途鉆桿折斷2次，鉆孔ZK902，6月3日開孔，在150米位置偏差5度，在300米的位置鉆孔彎曲達(dá)12度，不得不重新起撥套管采取糾斜措施，大大延長了施工周期。鉆孔ZK1914，7月11開孔，也因彎曲嚴(yán)重，鉆至300多米時(shí)重新挪位開孔，以上情況，由于對(duì)煤系地層判斷不夠，認(rèn)識(shí)不足，施工時(shí)過分追求進(jìn)度，麻弊大意，結(jié)果對(duì)生產(chǎn)進(jìn)展造成嚴(yán)重影響，結(jié)合上述情況我們從煤系地層的特點(diǎn)和鉆探操作工藝方面的因素進(jìn)行全面的問題剖折[1]。

1 地層概況

攸縣蘭村礦區(qū)地層從新到老有：第四系、下三疊統(tǒng)大冶組、上二疊統(tǒng)大隆組、上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M上段及上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M下段。此巖層產(chǎn)狀比較大，灰?guī)r、泥巖、石英砂巖軟硬不均、層理發(fā)育且局部地區(qū)軟硬互層比較頻繁，在鉆進(jìn)中扱易促斜，是典型的易斜地層。

表1 施工斟探區(qū)巖石等級(jí)表

2 地層因素

（1）巖石的各向異性。此巖層比較復(fù)雜，巖層產(chǎn)狀變化較大，而巖層層理發(fā)育，這樣就使得巖石不同方向上的物理力學(xué)性質(zhì)不相同，當(dāng)平行于層理方向與垂直于層理方向上的硬度比越大時(shí)，鉆孔彎曲趨勢(shì)越強(qiáng)烈，因此在關(guān)健點(diǎn)改變趨勢(shì)很重要。

（2）巖石的軟硬互層。此地層巖石軟硬互層 、交替、 頻繁，在鉆進(jìn)中極易促斜，造成鉆孔彎曲 。 當(dāng)鉆孔以銳角穿過軟硬巖層界面時(shí)，從軟巖進(jìn)入硬巖時(shí)，由于軟硬部分抗破碎阻力不同，使鉆孔朝著垂直于層面的方向彎曲；從硬巖進(jìn)入軟巖時(shí)，由于鉆進(jìn)參數(shù)沒有及時(shí)改變，時(shí)效進(jìn)尺加快，鉆具軸線有偏離層面法線方向的趨勢(shì)[2]。

3 鉆探工藝因素

鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)是影響孔斜的重要因素，鉆壓過大,會(huì)造成鉆桿鉆具甚至粗徑鉆具彎曲，使鉆頭緊靠孔壁一邊，此時(shí)偏倒角可能最大,并且鉆具與孔壁之間摩擦阻力增加。隨著摩擦阻力的增大，鉆具圍繞鉆孔軸線回轉(zhuǎn)的頻數(shù)下降，甚至只圍繞自身軸線自轉(zhuǎn)而不作公轉(zhuǎn)。此時(shí)，鉆具傾面有固定方向，從而導(dǎo)致鉆孔彎曲。

轉(zhuǎn)速過高，鉆桿離心力增大，從而加劇了鉆具的橫向振動(dòng)和擴(kuò)壁作用，結(jié)果孔壁間隙增加。但是鉆壓過小，轉(zhuǎn)速過低，則進(jìn)尺慢，效率低，鉆頭停留在孔底的時(shí)間過長，也會(huì)擴(kuò)大孔壁間隙，使孔斜增加[3]。

沖洗液量過大，特別是在較軟的巖層中，液流會(huì)沖刷，破壞孔壁，沖洗液質(zhì)量不好，某些塌巖地層形成“大肚子”。這些都會(huì)使孔壁間隙劇增，為鉆具偏倒，鉆孔彎曲提供條件。鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)過大,不僅會(huì)增大孔壁間隙，而且會(huì)使鉆桿柱強(qiáng)烈彎曲。此時(shí)鉆桿柱產(chǎn)生多次彎曲，與孔壁可能有多個(gè)接觸點(diǎn)，如果鉆桿直徑與粗徑鉆具直徑相差較大，粗徑鉆具鋼度高，則多次彎曲的鉆桿會(huì)使粗徑鉆具在孔底偏倒；如果鉆桿直徑與粗徑鉆具基本相同，則粗徑鉆具與鉆桿柱可視為一體，在孔底呈彎曲狀態(tài)，也會(huì)使粗徑鉆具軸線偏離鉆孔軸線而造成孔斜。

4 鉆頭的選型

鉆頭質(zhì)量的好壞、鉆頭類型與地層巖性是否適應(yīng)，對(duì)鉆孔彎曲有重要影響，如果鉆頭不適應(yīng)，勢(shì)必影響鉆進(jìn)壓力參數(shù)，在壓力碎巖的情況下促使鉆桿彎曲，從而加快鉆孔彎曲，對(duì)均勻進(jìn)尺速度和提高單只鉆頭進(jìn)尺起著重要的作用，鉆進(jìn)進(jìn)尺的多少主要取決于鉆頭的尺寸、類型、地層的軟硬和鉆進(jìn)參數(shù)的配合。

表2 幾種金鋼石鉆頭在攸縣蘭村鉆孔施工的鉆進(jìn)情況表

結(jié)合鉆頭實(shí)際應(yīng)用情況，我們選用金誠胎體硬度15－35尖環(huán)槽形鉆頭。

5 沖洗液的選擇

巖石結(jié)構(gòu)完整，正常條件下，沖洗介質(zhì)擬采用清水加我隊(duì)自己研制的“TS-302繩鉆高效潤滑劑或者潤滑膏”，其配比為每立方米水中加量3-5‰，高效潤滑膏水中加量1-3‰。結(jié)合繩索取心金剛石鉆進(jìn)的特點(diǎn)，為保持孔壁穩(wěn)固，孔底干凈，以免在破碎地層發(fā)生坍塌，造成鉆桿折斷和彎曲，影響鉆孔孔斜，在煤夾層破碎地段采用底固相沖洗液，即在清水中加入聚丙烯酰胺、纖維素、植物膠等高分子聚合物,結(jié)合煤層的特點(diǎn)加入腐植酸鉀，低熒光粉等相融材料,主要是在清水中加入高分子聚合物、澎潤士及植物膠攪拌而成。一般配比是每噸水中加入鈉基澎潤士25-50公斤、聚丙烯酰胺、纖維素各1.5公斤、加植物膠5公斤至10公斤、腐植酸鉀，低熒光粉各5公斤即可，在使用中注意保證添加劑的消耗，不斷及時(shí)補(bǔ)充。

6 確立均速鉆進(jìn)的理念

表3 幾種鉆進(jìn)速度在鉆孔孔段彎曲的對(duì)比圖

通過以上鉆孔易斜原因分折，我們編緝均速鉆進(jìn)的操作手冊(cè)，控制鉆進(jìn)速度保持均速時(shí)效進(jìn)尺，操作者通過巖層變化改變鉆壓和泵壓的大小，控制好進(jìn)尺速度，根據(jù)前期施工的經(jīng)驗(yàn)，選用合適的鉆進(jìn)方法與鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)鉆孔彎曲度和鉆進(jìn)效率有非常大的變化。我們對(duì)鉆孔ZK704,ZK501,進(jìn)行了測(cè)斜跟蹤，并通過了數(shù)據(jù)對(duì)比。鉆孔ZK501,952米終孔，在450米時(shí)就已經(jīng)是頂角4.5度，后采用均速鉆進(jìn)，鉆孔彎曲沒有大的變化，后終孔測(cè)頂角4.6度，孔斜每一百米沒超過1度，達(dá)到甲級(jí)孔要求。通過后期改進(jìn)鉆進(jìn)工藝和鉆進(jìn)方法，以及對(duì)鉆頭的選型，確立均速鉆進(jìn)理念，取得明顯成效。

通過上面數(shù)椐的綜合對(duì)比，進(jìn)尺時(shí)速過快，鉆孔彎曲度有加大趨勢(shì)，一般在巖層較軟的情況下保持每小時(shí)1-2米的進(jìn)尺效果最好，所以均速鉆進(jìn)的理念是減少鉆孔易斜的重要措施。

7 前期與后期施工情況對(duì)比圖

時(shí)間段 鉆孔編號(hào) 孔深〔米〕 施工周期〔天〕頂角偏差〔度〕 級(jí)別前期zk2101 918 28 30 zk902 1095 101 20 zk1301 890 49 35后期zk1914 1068 78 9.8 甲zk1303 1027 49 8.9 甲zk501 976 35 4.6 甲zk704 952 75 6.7 甲zk901 1051 51 10.5 乙

根據(jù)前期施工的經(jīng)驗(yàn),選用合適的鉆進(jìn)方法與鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)鉆孔彎曲度和鉆進(jìn)效率有非常大的變化,有了鉆孔質(zhì)量的保證就有了鉆進(jìn)效率,有幾個(gè)鉆孔因鉆孔偏斜嚴(yán)重,鉆到300多米不得不重新移孔重鉆,這樣既影響鉆進(jìn)效率又造成財(cái)力物力的浪費(fèi)，后期改正鉆進(jìn)工藝和鉆進(jìn)方法，以及對(duì)鉆頭的選型，確立均速鉆進(jìn)的理念，取得明顯成效。

8 綜述

在攸縣蘭村地區(qū)易斜地層鉆進(jìn)首先要考慮地基平整,鉆塔、鉆機(jī)的安裝穩(wěn)固，然后要解決是鉆頭與地層相適應(yīng)，如果不適應(yīng)容易造成鉆頭在孔內(nèi)空耗，操作人員便會(huì)加大鉆壓，彌補(bǔ)鉆頭不進(jìn)尺的情況，容易導(dǎo)致繩索取心鉆具在鉆孔內(nèi)發(fā)生彎曲，對(duì)鉆孔的側(cè)壓力加大，再加上地層原因，便發(fā)生鉆孔彎曲，其次要有均速鉆進(jìn)的理念，控制好時(shí)效進(jìn)尺，在易斜地層鉆進(jìn)一定要做到軟而不欺、硬而不妥,要有不急不燥的鉆進(jìn)心態(tài),通過對(duì)鉆進(jìn)工藝的改善，樹立正確的鉆進(jìn)理念，我們?cè)跒榻鉀Q這類易斜地層鉆探的思路提供了有根據(jù)的數(shù)據(jù) ，取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。需要改正的地方就是繩索取心鉆具在這類地層的結(jié)構(gòu)和剛性不足的問題 ，由于鉆具壁薄，小口徑更容易彎曲拆斷，目前能選用的只有加厚敦粗的鉆桿，在材資上有待改良，另外環(huán)狀間隙與鉆孔彎曲存在矛盾，有些鉆頭外徑加大1.5個(gè)毫米，有些加大到3個(gè)毫米，這需要有可行的理論依據(jù)，有待研究。