2024年4月23日发(作者：考幼晴)
绳索取芯在山区施工的孔斜规律及防治措施
S75 绳索取芯金刚石钻进工艺以其浅部能液压加压、高转速、高效率、不提钻取芯,在
西南地区地质勘探中心发挥优势,西南地区90 %以上钻机采用该工艺。S75 绳钻其钻头、钻
具配置合理,与孔壁的环状间隙小,具备满眼钻具的优点,具有很好的防斜效果,但另一方面,由
于绳索取芯钻具本身的机构组合特点,具有稳斜作用,一旦出现孔斜,不易纠正,致使钻具受拉
(压) 应力、扭力、弯曲应力,极易破坏。四队在贵州省金沙煤田龙凤井田完成钻孔60 余个,
总进尺20000 余m ,95 %以上的钻孔垂直度良好,一般斜度不超过0. 5°P100m ,但也有少量孔
严重偏斜,导致无法继续施工。
1 钻孔偏斜的危害
(1) 钻速降低。钻孔一旦出现偏斜,由于钻柱弯曲在孔壁上的支付点的支付力加大,孔底
的钻压大大低于显示钻压,常不能满足钻压需要;钻头工作不平稳;钻具磨损严重;金刚石钻进
要求的高转速无法满足。
(2) 钻具磨损加快。
(3) 钻具折断频繁。
(4) 钻具丝扣根部、局部裂缝,导致钻具中途漏水,易引起烧钻。
(5) 钻具对孔壁的敲帮现象突出,易引起脆性岩石或破碎带坍塌。
2 钻孔弯曲的特点及原因分析
龙凤井田的3307 # 、2907 # 、3103 # 孔,由于孔斜造成钻具频繁折断,统计数据如表1。
孔号 开孔层位 开孔孔径mm
2907
3307
3303
九级滩泥岩
玉龙灰岩
玉龙灰岩
127
110
127
变径孔径mm
77
77
77
变径深
度
25
20
10
折断深度
m
170
140
110
设计孔深
m
520
400
380
终孔层位
茅口灰岩
煤9
煤9
2. 1 钻孔弯曲的特点
(1) 孔斜具较强的隐蔽性,难以及早发现。
(2) 孔斜开始点为钻孔变径处,增斜至一定程度,往往稳定不再增加。
(3) 在增斜段,增斜速度较快,往往“狗腿”度较大。
(4) 增斜过程中,钻具折断次数较少。
2. 2 原因分析
(1) 开孔孔径相对较大,变径后,绳钻钻具在大径钻孔中丧失防斜效果。没有及时下入Φ89
技术套管导正。
(2) 在浅孔段(增斜段) ,钻进为加压钻进,而稳斜段钻压为钻具自重并逐步改为减压钻进。
(3) 随钻孔延伸,钻进中上提钻具重量增大,钻具折断频繁。下部加压钻具重量不变,“狗腿”
点位置不变的情况下,随钻孔的延伸,中和点以下钻具的重量逐步增大,导致在“狗腿”点位置
孔壁对钻具的作用力加大,对钻杆的破坏力增加,造成钻杆的损坏周期缩短。
(4) 钻孔增斜一段孔距后,孔斜度增加速度逐步减小,孔斜趋于稳定。从钻孔的测斜资料
来看,这一段距与加压钻具的重量密切相关(接近加压钻具的长度) 。S75 绳钻钻杆的重量是
8kgPm ,在该孔段的钻压是700～800kgf 左右,孔斜趋于稳定的孔深在100～120m左右。了解
这个范围利于防斜。
(5) 加压钻进孔段,钻具受液压系统的压力而失稳,而在减压钻进中,下部钻具自重失稳。
这两种情况下产生的钻杆的弯曲应力、弯曲度是不同的。后一种情况,钻具要达到一定长度
(这一长度的钻具重量等于钻压) ,而这一定长度的钻具具有相当的稳斜、保直能力;前一种情
况,钻具弯曲与外力大小有关。
3 孔斜的判断分析
3. 1 经验判断法
(1) 钻具严重偏磨或折断频繁。
(2) 在无其他异常的情况下,钻进时效持续偏低。
(3) 孔内正常情况下,钻具回转阻力大,动力设备的电流表、功率表高于正常值。
(4) 钻具提离孔底后,用牙钳轻轻转动感觉有明显阻力。
(5) 提钻过程中卸扣时,在钻具不同部位,卸扣扭矩差异较大。
3. 2 工具、仪器判断法
①采用测斜仪器进行全孔测斜,可每10m一点。能查出孔斜位置。
②采用传统的HF 酸测斜法,大致找出孔斜位置、判断孔斜程度。通常是先大致推测孔
斜可能出现的位置,再定点测量。测出一个孔斜点后,向上、下移动测量,可宏观把握钻孔偏斜
情况。
4 纠斜方法
机台发现孔斜,往往已是难以继续施工,纠正也比较困难。而且S75 钻杆与孔壁的环状间
隙小,钻杆刚度相对大,从孔底一次纠正往往造成新的钻孔“狗腿”结构;而从增斜点开始纠正,
往往造成大段工程量报废。因此,治理该类孔斜应该综合考虑。
(1) 纠正以削弱“狗腿”度、减缓拐点的弯曲度为主。该方法的主要手段是扩孔,一般要扩
到比原孔径大两级。该方法主要适用于斜度较小的钻孔。2907 # 钻孔扩孔至200m ,3303 # 钻
孔扩孔至130m ,均由原来的S75 钻进孔段,扩孔至Φ110。下入Φ108 套管后,恢复了正常钻
进。
(2) 采用比原孔径大两级的无导向钻具,轻压慢转扫孔。出现新孔底,取出完整岩芯2～3m
后,下入套管隔离老孔,重新施工。这种方法虽然导致钻孔下部工程量报废,但在山地施工,道路、
场地、运输困难的情况下,比移动孔位要方便得多。而且对于孔斜度较大的钻孔,比较适合用
该法。纠斜是被动的、弥补性的,即使成功,前期的损失也已经形成,后续施工不安全因素依然
存在。因此,施工中采取积极的防斜措施才是最重要的。
5 防斜措施
(1) 把好场地平整、设备安装关,这已是施工队伍的传统做法,也早已写入钻探规程,但在
山地施工必须重点要求。
(2) 把好开孔关。
(3) 把好换径关。上部开正孔的情况下,扩孔要带导向。扩孔后,即使下入的Φ110、Φ127
套管,也应在内部再下Φ89技术套管。这样既能起扶正、防斜作用,又有利于岩粉的排除,减少
或消除岩粉在换径处沉淀。
(4) 换径后,禁止高钻压、高转速,避免换径处孔斜严重。压力和转速需慢慢提高,一般换
径钻进40～50m 后,方可采取正常压力转速。
6 结语
(1) 绳索取芯钻进在山地施工,钻孔弯曲有一定的规律性。了解这一规律性,有利于防斜
和纠斜。
(2) 小顶角偏斜,可采用扩大两级孔径的方法纠斜;大顶角偏斜,可轻压慢转扫出新孔,再
下套管导正。
(3) 必须坚持防斜为主、防纠结合的方针。
2024年4月23日发(作者：考幼晴)
绳索取芯在山区施工的孔斜规律及防治措施
S75 绳索取芯金刚石钻进工艺以其浅部能液压加压、高转速、高效率、不提钻取芯,在
西南地区地质勘探中心发挥优势,西南地区90 %以上钻机采用该工艺。S75 绳钻其钻头、钻
具配置合理,与孔壁的环状间隙小,具备满眼钻具的优点,具有很好的防斜效果,但另一方面,由
于绳索取芯钻具本身的机构组合特点,具有稳斜作用,一旦出现孔斜,不易纠正,致使钻具受拉
(压) 应力、扭力、弯曲应力,极易破坏。四队在贵州省金沙煤田龙凤井田完成钻孔60 余个,
总进尺20000 余m ,95 %以上的钻孔垂直度良好,一般斜度不超过0. 5°P100m ,但也有少量孔
严重偏斜,导致无法继续施工。
1 钻孔偏斜的危害
(1) 钻速降低。钻孔一旦出现偏斜,由于钻柱弯曲在孔壁上的支付点的支付力加大,孔底
的钻压大大低于显示钻压,常不能满足钻压需要;钻头工作不平稳;钻具磨损严重;金刚石钻进
要求的高转速无法满足。
(2) 钻具磨损加快。
(3) 钻具折断频繁。
(4) 钻具丝扣根部、局部裂缝,导致钻具中途漏水,易引起烧钻。
(5) 钻具对孔壁的敲帮现象突出,易引起脆性岩石或破碎带坍塌。
2 钻孔弯曲的特点及原因分析
龙凤井田的3307 # 、2907 # 、3103 # 孔,由于孔斜造成钻具频繁折断,统计数据如表1。
孔号 开孔层位 开孔孔径mm
2907
3307
3303
九级滩泥岩
玉龙灰岩
玉龙灰岩
127
110
127
变径孔径mm
77
77
77
变径深
度
25
20
10
折断深度
m
170
140
110
设计孔深
m
520
400
380
终孔层位
茅口灰岩
煤9
煤9
2. 1 钻孔弯曲的特点
(1) 孔斜具较强的隐蔽性,难以及早发现。
(2) 孔斜开始点为钻孔变径处,增斜至一定程度,往往稳定不再增加。
(3) 在增斜段,增斜速度较快,往往“狗腿”度较大。
(4) 增斜过程中,钻具折断次数较少。
2. 2 原因分析
(1) 开孔孔径相对较大,变径后,绳钻钻具在大径钻孔中丧失防斜效果。没有及时下入Φ89
技术套管导正。
(2) 在浅孔段(增斜段) ,钻进为加压钻进,而稳斜段钻压为钻具自重并逐步改为减压钻进。
(3) 随钻孔延伸,钻进中上提钻具重量增大,钻具折断频繁。下部加压钻具重量不变,“狗腿”
点位置不变的情况下,随钻孔的延伸,中和点以下钻具的重量逐步增大,导致在“狗腿”点位置
孔壁对钻具的作用力加大,对钻杆的破坏力增加,造成钻杆的损坏周期缩短。
(4) 钻孔增斜一段孔距后,孔斜度增加速度逐步减小,孔斜趋于稳定。从钻孔的测斜资料
来看,这一段距与加压钻具的重量密切相关(接近加压钻具的长度) 。S75 绳钻钻杆的重量是
8kgPm ,在该孔段的钻压是700～800kgf 左右,孔斜趋于稳定的孔深在100～120m左右。了解
这个范围利于防斜。
(5) 加压钻进孔段,钻具受液压系统的压力而失稳,而在减压钻进中,下部钻具自重失稳。
这两种情况下产生的钻杆的弯曲应力、弯曲度是不同的。后一种情况,钻具要达到一定长度
(这一长度的钻具重量等于钻压) ,而这一定长度的钻具具有相当的稳斜、保直能力;前一种情
况,钻具弯曲与外力大小有关。
3 孔斜的判断分析
3. 1 经验判断法
(1) 钻具严重偏磨或折断频繁。
(2) 在无其他异常的情况下,钻进时效持续偏低。
(3) 孔内正常情况下,钻具回转阻力大,动力设备的电流表、功率表高于正常值。
(4) 钻具提离孔底后,用牙钳轻轻转动感觉有明显阻力。
(5) 提钻过程中卸扣时,在钻具不同部位,卸扣扭矩差异较大。
3. 2 工具、仪器判断法
①采用测斜仪器进行全孔测斜,可每10m一点。能查出孔斜位置。
②采用传统的HF 酸测斜法,大致找出孔斜位置、判断孔斜程度。通常是先大致推测孔
斜可能出现的位置,再定点测量。测出一个孔斜点后,向上、下移动测量,可宏观把握钻孔偏斜
情况。
4 纠斜方法
机台发现孔斜,往往已是难以继续施工,纠正也比较困难。而且S75 钻杆与孔壁的环状间
隙小,钻杆刚度相对大,从孔底一次纠正往往造成新的钻孔“狗腿”结构;而从增斜点开始纠正,
往往造成大段工程量报废。因此,治理该类孔斜应该综合考虑。
(1) 纠正以削弱“狗腿”度、减缓拐点的弯曲度为主。该方法的主要手段是扩孔,一般要扩
到比原孔径大两级。该方法主要适用于斜度较小的钻孔。2907 # 钻孔扩孔至200m ,3303 # 钻
孔扩孔至130m ,均由原来的S75 钻进孔段,扩孔至Φ110。下入Φ108 套管后,恢复了正常钻
进。
(2) 采用比原孔径大两级的无导向钻具,轻压慢转扫孔。出现新孔底,取出完整岩芯2～3m
后,下入套管隔离老孔,重新施工。这种方法虽然导致钻孔下部工程量报废,但在山地施工,道路、
场地、运输困难的情况下,比移动孔位要方便得多。而且对于孔斜度较大的钻孔,比较适合用
该法。纠斜是被动的、弥补性的,即使成功,前期的损失也已经形成,后续施工不安全因素依然
存在。因此,施工中采取积极的防斜措施才是最重要的。
5 防斜措施
(1) 把好场地平整、设备安装关,这已是施工队伍的传统做法,也早已写入钻探规程,但在
山地施工必须重点要求。
(2) 把好开孔关。
(3) 把好换径关。上部开正孔的情况下,扩孔要带导向。扩孔后,即使下入的Φ110、Φ127
套管,也应在内部再下Φ89技术套管。这样既能起扶正、防斜作用,又有利于岩粉的排除,减少
或消除岩粉在换径处沉淀。
(4) 换径后,禁止高钻压、高转速,避免换径处孔斜严重。压力和转速需慢慢提高,一般换
径钻进40～50m 后,方可采取正常压力转速。
6 结语
(1) 绳索取芯钻进在山地施工,钻孔弯曲有一定的规律性。了解这一规律性,有利于防斜
和纠斜。
(2) 小顶角偏斜,可采用扩大两级孔径的方法纠斜;大顶角偏斜,可轻压慢转扫出新孔,再
下套管导正。
(3) 必须坚持防斜为主、防纠结合的方针。