固體礦產大傾角深孔有纜隨鉆定向鉆進技術應用與示范

楊光學

（四川省煤田地質局一四一隊，四川 德陽 618000）

1 項目概況

2014年我單位承擔了四川省珙縣筠連礦區大雪山礦段普查任務，項目區位于落木柔背斜南翼、大雪山向斜之北翼，總體呈一傾向向南的單斜構造，地層傾角72°～83°。地質設計了兩個75°斜孔，分別為：ZK13-2設計井深1450m，頂角12°，方位角350°；ZK17-2設計井深1400m，頂角14°，方位角355°。

面對國內繩索取芯隨鉆測量技術、螺桿鉆具受控定向鉆進技術應用較少、技術不成熟的現狀。為了達到即保有繩索取心鉆進工藝的優質高效，又能應用受控定向鉆進技術來達到地質目的，我隊以項目為載體，成立科研課題組，研究繩索取心鉆孔采用有纜隨鉆定向鉆進技術，以解決該項目大傾角深孔鉆探工藝。

2 定向孔軌跡測量儀的選擇及鉆進工藝確定

經課題組調研現有的定向孔軌跡測量儀的優缺點，并對比分析，選用了有纜隨鉆定向鉆進技術，軌跡測量儀選用有纜隨鉆測量儀（ADST）。該技術成本低，國內技術已經成熟，可據孔內定向鉆進情況實現隨鉆監控。即采用繩索取心鉆桿、有纜隨鉆測斜儀、螺桿鉆具定向鉆進技術，促使鉆孔軌跡按設計軌跡達到地質目的層及控制標高的工藝技術進行應用研究，以期掌握及大力推廣繩索取芯有纜隨鉆定向鉆進工藝在小口徑固體礦產鉆探中的先進技術，增強我單位鉆探施工技術能力。

3 定向鉆探施工技術

3.1 主要鉆探設備配備

根據項目情況，在綜合各方面影響因素后選取的主要鉆探設備為：

23 m直斜兩用塔；XY-2000型鉆機；BW320泥漿泵；旋流除砂器。

3.2 鉆進工藝及主要鉆具

采用繩索取心金剛石鉆進工藝，定向鉆進，能大幅度提高鉆進效率及巖礦心采取率，滿足地質采心要求；配備的主要鉆具為：HC、NC繩索取心鉆桿、ADST有纜隨鉆測斜儀、通纜水龍頭、無磁鉆桿、定向接頭、螺桿鉆具、PDC造斜鉆頭等。

3.3 鉆孔軌跡設計

在綜合考慮機械設備、鉆進工藝及造斜強度等因素后，經計算，為達到ZK13-2遇到礦體頂角為12°，ZK17-2遇礦床頂角為14°的斜孔需要，設計ZK13-2以頂角4°、方位角352°開孔，每100 m增斜1.0°～1.5°；ZK17-2以頂角4.5°，方位角355°開孔，每100 m增斜1.5°～2.0°。從而控制鉆孔軌跡達預計標高后穩斜及自然增斜達目的層控制標高。

3.4 定向鉆進工藝、參數選擇

（1）孔徑要與造斜鉆頭匹配：繩索取心鉆頭外徑φ98mm，選取外徑φ95mm的PDC鉆頭，單側間隙1.5mm，造斜鉆具能順利通過。

（2）沖洗液類型選擇及性能指標：

沖洗液性能：要求便于攜帶巖粉，能抑制泥頁巖水化保護孔壁，潤滑鉆具。據固體礦產勘探地層特點，選用鉀基抑制型沖洗液，泥漿主要性能指標見表1。其中低固相泥漿用于礦系地層鉆進，無固相泥漿用于普通地層鉆進。

表1 泥漿主要性能指標

（3）造斜鉆具組合：基本鉆具組合為：通纜水龍頭+φ89主動鉆桿+下接手+φ91繩索鉆桿+專用接手+φ71無磁鉆桿+定向接頭+φ73螺桿鉆具+螺桿接頭+φ95造斜鉆頭。

（4）鉆壓：根據定向鉆進鉆速調節控制鉆壓，保持定向鉆進勻速進尺，過大的鉆壓將使螺桿鉆“制動”。在實際操作中，鉆壓略低于正常取心鉆進時鉆壓，一般控制為1000kg～1200kg。

（5）泵量泵壓：造斜時水泵2檔165L/min泵量，泵的壓力4MP左右。

3.5 調整綜合角差

儀器綜合角差值指測斜儀器絲扣連接本身產生的儀器誤差，需校正，校正后的儀器校正值，綜合角差值=裝合差+儀器校正值，將校正后的綜合角差值輸入電腦以消除設備誤差。

3.6 有纜隨鉆定向鉆進操作

鉆具下入孔底，將鉆頭提離井底0.3m～0.5m。隨鉆測斜儀器經通纜水龍頭、鉆桿、無磁鉆桿到定向接頭，將螺桿鉆具工作面方向調整到預留扭轉角方位后，開始定向造斜鉆進。鉆進過程中隨時監測鉆進的方位角是否穩定，并及時糾偏。

3.7 鉆進過程中的頂角及方位調整

在鉆進過程中，發現鉆孔頂角、方位角與設計預期偏離較大時，需要及時予以調整，方法是通過調整磁性、重力兩種狀態高邊下的工具面，在計算機隨鉆軟件顯示界面中，按實際所需糾斜目的進行調整，并進行糾斜鉆進。

4 定向鉆進成果統計及效果分析

4.1 定向鉆進成果統計

課題研究應用階段ZK13-2、ZK17-2兩個深孔均使用上述工藝、技術及PDC鉆頭，共造斜33回次，總造斜進尺84.42m。造斜成果詳見定向鉆進數據統計表2、造斜設計與實際測斜數據統計表2。

表2 定向鉆進數據統計

表3 造斜設計與測斜數據對比（600米以下）

4.2 定向鉆進效果分析

從成果統計中可以看出：ZK13-2鉆孔定向鉆進深度1100m左右時，頂角增量與設計差1.7°，方位角偏差5.2°，進入深部礦床系未再造斜，終孔頂角偏差2.9°，方位偏差1°；ZK17-2定向鉆進深度至1000m左右時，頂角增量與設計差2.0°，方位角偏差1°，進入礦床未再造斜，終孔頂角偏差1.6°，方位偏差1°。

經分析定向的頂角及方位角與設計值偏差均較小，均基本滿足設計要求，且在地質設計要求的允許偏差范圍內，兩孔驗收均為甲級孔，即：繩索取芯有纜隨鉆定向鉆進工藝技術在本項目的研究應用較好的達到了地質目的及經濟目的。

2015年四川省筠連縣筠邊礦區大雪山礦段固體礦產資源詳查項目中，我單位在總結課題應用研究的基礎上再次采用了有纜隨鉆定向造斜技術施工了四個鉆孔，均達到了地質設計的預期目標，標志著有纜隨鉆定向鉆進技術在我單位固體礦產大傾角地層深孔鉆探中的研究、應用較成功。

5 取得的成果

（1）研究和掌握了繩索取心工藝條件下的定向鉆孔軌跡設計、定向鉆孔空間軌跡的測控技術及方法，積累了川南固體礦產勘探鉆孔采用繩索取心工藝適宜的定向鉆進彎曲強度數據，初步建立地層、彎螺桿度數、造斜鉆頭類型、繩索取心鉆桿、彎曲強度之間的相互關系。

（2）掌握了有纜隨鉆定向鉆進程序、操作、技術控制要點。

（3）探索了鉆孔結構與鉆具組合之間的組配。

本課題研究采用繩索取心鉆桿、有纜隨鉆測斜儀、螺桿鉆具定向鉆進使鉆孔軌跡按設計軌跡達到地質目的層及控制標高的工藝技術，螺桿鉆具造斜深度超過千米，定向鉆孔軌跡受控精度較高，研究試驗階段施工的2個定向孔，終孔與設計相比偏差均較小，處于行業先進水平。