杜 亮

遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四〇一隊(duì)，遼寧鞍山 114005

0 引言

在實(shí)際鉆孔施工過程中，受自然條件與技術(shù)條件的制約，鉆孔真實(shí)軸線經(jīng)常與設(shè)計(jì)軸線常常錯(cuò)位，這樣就會(huì)形成鉆孔彎曲。鉆孔彎曲對(duì)工程質(zhì)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(xué)的鉆孔施工工藝減少彎曲鉆孔出現(xiàn)，也可以使設(shè)計(jì)鉆孔與實(shí)際鉆孔彎曲偏離位置相匹配，并結(jié)合預(yù)測的彎曲位置鉆進(jìn)到預(yù)留的空間位置。另外，倘若鉆孔鉆進(jìn)過程中遇到特殊地層構(gòu)造時(shí)，要采取相應(yīng)的策略將其繞過，并在設(shè)計(jì)和施工中做好預(yù)防對(duì)策，確保鉆孔彎曲不產(chǎn)生。

1 鉆孔彎曲產(chǎn)生的原因

在鉆孔施工時(shí)，鉆桿柱通常將自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)共同完成，鉆孔軸線就是其圍繞中心，此時(shí)鉆頭鉆進(jìn)角度會(huì)隨著時(shí)間而變化。如果傾斜面穩(wěn)定在某個(gè)位置不變動(dòng)時(shí)，鉆桿柱只做自轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鉆具軸線遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)軸線形成彎曲。下面將從分析鉆孔彎曲產(chǎn)生的具體原因。

1.1 地質(zhì)構(gòu)造原因

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

1.2 技術(shù)條件原因

技術(shù)原因相對(duì)于地質(zhì)構(gòu)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(duì)場地缺少清理及平整等基本工序，導(dǎo)致鉆機(jī)基礎(chǔ)不穩(wěn)，立軸傾斜，未下孔口管及孔口管方向不標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)形成鉆孔彎曲。鉆孔進(jìn)入時(shí)出現(xiàn)鉆孔彎曲的技術(shù)原因是鉆具結(jié)構(gòu)尺寸缺少科學(xué)的設(shè)計(jì)，在實(shí)際鉆進(jìn)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(jìn)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生某種程度的擴(kuò)壁，造成鉆具與孔壁間有較大空隙。鉆具時(shí)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(jìn)方法選用有差別必然會(huì)導(dǎo)致巖石破碎機(jī)理形成有差異的孔壁間隙，產(chǎn)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(zhì)合金產(chǎn)生的彎曲程度一般，金剛石產(chǎn)生的鉆孔彎曲程度最小。鉆進(jìn)參數(shù)決定了鉆孔的彎曲程度，鉆壓太大，導(dǎo)致鉆具彎曲，鉆頭會(huì)向孔壁側(cè)靠攏，那么鉆具和孔壁摩擦阻力加大，鉆具不在做公轉(zhuǎn)，鉆具有一定的偏離，形成鉆孔彎曲。轉(zhuǎn)速太快，鉆桿柱離心力也會(huì)加大，那么鉆具的橫向振動(dòng)就會(huì)加大，造成孔壁間隙加大；而轉(zhuǎn)速不夠，鉆具和孔壁就會(huì)研磨，也能增加孔壁間隙。

2 鉆孔彎曲預(yù)防

2.1 結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造設(shè)計(jì)鉆孔

根據(jù)勘探網(wǎng)確定鉆孔位置，保證鉆孔垂直于巖層層面及巖層走向。對(duì)于那些地質(zhì)條件不好的地層，因?yàn)殂@具自重導(dǎo)致斜孔出現(xiàn)垂直方向的彎曲，所以要盡量采用垂直鉆孔。對(duì)于軟硬交錯(cuò)復(fù)雜的地層，要求設(shè)計(jì)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(zhì)量

在鉆具安裝前要清理好場地，確保鉆具安裝時(shí)平穩(wěn)，鉆機(jī)鉆塔要對(duì)準(zhǔn)，立軸傾角方向要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范安裝，傾斜方向要符合設(shè)計(jì)方位角度要求，此外，在施工過程中要結(jié)合鉆孔進(jìn)程適當(dāng)調(diào)整，這樣才能保證設(shè)計(jì)與實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)方案只是一草參考方案，具體施工還是由實(shí)際條件決定。

2.3 選擇科學(xué)的鉆具結(jié)構(gòu)

選擇科學(xué)的鉆具結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)殂@具規(guī)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(dá)到提升鉆具穩(wěn)定性及導(dǎo)正的目的，優(yōu)化下部鉆具的彎曲傾向，切實(shí)起到了預(yù)防鉆孔彎曲的作用。

3 鉆孔彎曲糾正對(duì)策

如果鉆孔彎曲程度已經(jīng)超出允許范圍，對(duì)后期的工作有很大的不利影響，那么就需要對(duì)這些鉆孔進(jìn)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(jìn)時(shí)會(huì)有自然上漂的傾向，上漂法就是將其加以利用，把較大的規(guī)格的鉆頭套在較小一級(jí)直徑的巖心管構(gòu)成新形式的鉆具，巖心管通常使用短心管，可以結(jié)合實(shí)際調(diào)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(yīng)用底鉆鉆進(jìn)的手段，確保鉆具在重力的作用下豎直進(jìn)入，能有效減少鉆孔彎曲。特別是在地質(zhì)構(gòu)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(shè)計(jì)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(shí)，普通的糾正方法根本不能起到作用，應(yīng)該采用封孔重開法進(jìn)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(dǎo)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(jié)論

總之，在整個(gè)鉆孔施工中，會(huì)有很多影響因素存在，那么必然會(huì)產(chǎn)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(yù)防措施及糾正策略，盡量減少鉆孔彎曲的產(chǎn)生，這對(duì)提高鉆孔施工質(zhì)量具有很重要的意義。

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