黃忠高，李志強(qiáng)，王勤發(fā)

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九一二大隊(duì)，江西鷹潭335001）

朱溪礦區(qū)深孔孔斜問(wèn)題淺見(jiàn)

黃忠高*，李志強(qiáng)，王勤發(fā)

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九一二大隊(duì)，江西鷹潭335001）

在引述了有關(guān)鉆孔孔斜的規(guī)程規(guī)范基礎(chǔ)上，分析了鉆孔一般孔斜的主要原因、規(guī)律、危害和預(yù)防措施，并通過(guò)朱溪礦區(qū)幾個(gè)深孔鉆孔施工實(shí)例，得出了常規(guī)的孔斜預(yù)防措施有一定效果、應(yīng)用螺桿定向鉆探技術(shù)可徹底解決常規(guī)鉆探工藝技術(shù)很難完全達(dá)到地質(zhì)方面對(duì)深孔孔斜的超高要求這一技術(shù)難題等結(jié)論。

深孔；孔斜；規(guī)程規(guī)范；糾斜；朱溪礦區(qū)

1　問(wèn)題的提出

位于江西省東北部景德鎮(zhèn)—樂(lè)平之間的朱溪礦區(qū)及外圍，近年來(lái)取得重要找礦進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了厚大的銅鎢礦體，揭示了該區(qū)具有尋找超大型以上鎢礦床和大中型以上銅礦床的資源潛力。

礦區(qū)地層主要由新元古代淺變質(zhì)巖基底、沉積蓋層和巖漿巖3部分組成?；椎貙佑赡嗌百|(zhì)沉積巖夾火山巖組成，已發(fā)生變質(zhì)作用，形成一套以千枚巖為主夾絹云板巖、變質(zhì)粉砂-細(xì)砂巖的巖石組合；沉積蓋層由石炭系-白堊系組成，基本上是礫巖、砂巖、灰?guī)r（夾白云質(zhì)灰?guī)r）、含煤碎屑巖建造；巖漿巖組合為：花崗閃長(zhǎng)巖和花崗斑巖，且矽卡巖化蝕變強(qiáng)烈。

與一般鉆探工程相比，作為中央地勘基金與江西省地勘基金的聯(lián)動(dòng)項(xiàng)目，朱溪礦區(qū)設(shè)計(jì)鉆孔深度大（大都2000m左右設(shè)計(jì)深度），施工質(zhì)量尤其是鉆孔彎曲度要求嚴(yán)（鉆孔在穿過(guò)主礦層后的終孔前沿勘探線偏離孔口與偏出勘探線距離不得＞100m，折算成頂角允許均勻彎曲度為＜3°/1000m，遠(yuǎn)高于《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》規(guī)定通常情況下直孔頂角偏斜不超過(guò)2°/100m、斜孔不超過(guò)3°/100m的要求），常規(guī)鉆探工藝技術(shù)往往很難完全達(dá)到地質(zhì)方面孔斜要求。

2　孔斜的有關(guān)規(guī)定

（1）1982年《巖芯鉆探規(guī)程》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。原地質(zhì)礦產(chǎn)部1982年頒布實(shí)施的《巖芯鉆探規(guī)程》中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

①一般鉆孔不同孔深的各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)頂角與開(kāi)孔設(shè)計(jì)頂角之差不得超過(guò)下表范圍：

表1　鉆孔彎曲度允許偏差

②定向鉆孔不同孔深各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)頂角與該點(diǎn)設(shè)計(jì)頂角之差的范圍，可根據(jù)具體情況由地質(zhì)與探礦部門(mén)共同確定。

③某些易斜地層中，雖經(jīng)采取多種防、糾斜措施，鉆孔彎曲度仍達(dá)不到上述規(guī)定時(shí)，可根據(jù)需要與相關(guān)的原則，由探礦與地質(zhì)部門(mén)協(xié)商，另行確定指標(biāo)。

④關(guān)于測(cè)量間距。應(yīng)依據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)或?qū)崪y(cè)鉆孔頂角小于或等于5°時(shí)，每鉆進(jìn)100m測(cè)一次頂角（不測(cè)方位角）；大于5°時(shí)，每鉆進(jìn)50m測(cè)一次頂角和方位角。定向鉆孔和在易斜地層中鉆進(jìn)的鉆孔，根據(jù)施工需要，應(yīng)適當(dāng)縮短測(cè)量間距。

（2）2002年《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。原國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2002年8 月28日發(fā)布、2003年1月1日開(kāi)始實(shí)施的《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》（GB/T13908-2002）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

鉆探工程的質(zhì)量應(yīng)符合鉆探規(guī)程的要求。鉆孔（井）進(jìn)出礦體應(yīng)測(cè)頂角、方位角。鉆孔實(shí)際出礦點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)出礦點(diǎn)的垂直勘探線距離，應(yīng)視礦床具體情況而定。

（3）2003年《鎢、錫、汞、銻礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。國(guó)土資源部2002年12月17日發(fā)布的、2003年3月1日開(kāi)始實(shí)施的《鎢、錫、汞、銻礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T0201-2002）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

鉆探施工中除嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)程外，根據(jù)礦床特征，必須認(rèn)真測(cè)量鉆孔頂角和方位角，做好鉆孔測(cè)斜等工作。鉆孔彎曲度必須符合規(guī)程和地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，鉆孔方位角偏斜距離的允許范圍不能超過(guò)勘探線間距的五分之一，偏斜超差時(shí)要及時(shí)設(shè)法補(bǔ)救，見(jiàn)礦點(diǎn)（及厚度大于30m的礦體出礦點(diǎn)）應(yīng)測(cè)定鉆孔彎曲度。

（4）2003年《銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質(zhì)勘查規(guī)范》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。國(guó)土資源部2002年12月17日發(fā)布的、2003年3月1日開(kāi)始實(shí)施的《銅、鉛、鋅、銀、鎳、鉬礦地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T0214-2002）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

鉆探工程質(zhì)量按《巖芯鉆探規(guī)程》執(zhí)行。認(rèn)真測(cè)量鉆孔頂角和方位角，鉆孔彎曲度應(yīng)符合規(guī)程和地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，鉆孔偏斜超差時(shí)要及時(shí)設(shè)法補(bǔ)救。見(jiàn)礦點(diǎn)（及厚度大于30m的礦體出礦點(diǎn)）應(yīng)測(cè)量鉆孔頂角和方位角。

（5）2007年《地質(zhì)鉆探鉆孔質(zhì)量暫行要求》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局《地質(zhì)鉆探鉆孔質(zhì)量暫行要求》［2007］中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

①垂直孔允許頂角每100m彎曲2°，斜孔每100m彎曲3°，按孔深累計(jì)計(jì)算。

②方位角偏差，在設(shè)計(jì)時(shí)與地質(zhì)商定，一般不超過(guò)勘探網(wǎng)1/3～1/4。

③測(cè)量間距，實(shí)測(cè)頂角小于5°時(shí)，每鉆進(jìn)50m測(cè)一次頂角和方位（注：這一條的規(guī)定與鉆探規(guī)程中的規(guī)定相矛盾，但不是本文要討論的重點(diǎn)。）。

④磁性礦區(qū)要用防磁測(cè)斜方法。

⑤終孔測(cè)斜地質(zhì)編錄員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

（6）2010年《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》中關(guān)于孔斜的規(guī)定。國(guó)土資源部2010年11月11日發(fā)布的、2010年12 月31日開(kāi)始實(shí)施的《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》（DZ/T 0227-2010）中有關(guān)鉆孔彎曲的規(guī)定如下：

①鉆孔軸線的形態(tài)及空間位置的三維坐標(biāo)由設(shè)計(jì)部門(mén)提出，同時(shí)應(yīng)給出實(shí)際軸線與設(shè)計(jì)軸線偏離的最大允許值。

②機(jī)臺(tái)應(yīng)及時(shí)、定點(diǎn)測(cè)量鉆孔頂角及方位角，將測(cè)量結(jié)果填人“鉆孔彎曲測(cè)量記錄表”。通常情況下，在直孔施工中每100m頂角偏斜不應(yīng)超過(guò)2°，在斜孔施工中每100m頂角偏斜不應(yīng)超過(guò)3°。有特殊需要時(shí)，按設(shè)計(jì)書(shū)或合同的要求執(zhí)行。

③施工部門(mén)應(yīng)及時(shí)計(jì)算確定鉆孔軸線的形態(tài)及空間位置。

④設(shè)計(jì)或?qū)崪y(cè)鉆孔頂角小于或等于3°時(shí)，每鉆進(jìn)100m測(cè)一次頂角（不測(cè)方位角）；頂角大于3°時(shí)，根據(jù)地質(zhì)要求每鉆進(jìn)50m測(cè)一次頂角和方位角。定向和易斜鉆孔，應(yīng)適當(dāng)縮短測(cè)量間距。

不難看出，關(guān)于鉆孔孔斜的規(guī)定，部門(mén)之間有所不同，且無(wú)深孔方面諸如“頂角允許均勻彎曲度為＜3°/1000m”的明文規(guī)定。

3　孔斜的主要原因、規(guī)律、危害和預(yù)防措施

鉆探工程施工中由于自然和工藝技術(shù)因素的影響，實(shí)際鉆孔軌跡偏離設(shè)計(jì)軌跡的現(xiàn)象，稱為鉆孔彎曲或孔斜。鉆孔空間軌跡可用頂角、方位角和孔深3個(gè)參數(shù)進(jìn)行描述。

（1）孔斜的主要原因。鉆孔彎曲的原因主要有地質(zhì)因素、技術(shù)因素和工藝因素。地質(zhì)因素如巖石各項(xiàng)異性系數(shù)的不同、巖石軟硬互層、地層復(fù)雜程度等；技術(shù)因素如設(shè)備性能及安裝情況、不同的鉆具結(jié)構(gòu)等；工藝因素如鉆進(jìn)方法的不同、鉆進(jìn)參數(shù)的不同等。

（2）孔斜的一般規(guī)律。在一定的地質(zhì)、技術(shù)和工藝條件下，鉆孔彎曲具有一定的規(guī)律性。如變質(zhì)巖中鉆進(jìn)，鉆孔彎曲強(qiáng)度大于沉積巖，更大于巖漿巖；在層理、片理發(fā)育和軟硬互層巖石中鉆進(jìn)，鉆孔呈“頂層進(jìn)”規(guī)律；當(dāng)鉆孔遇層角小于50°～60°的臨界值，則鉆孔“順層跑”，方位角變化不定；在近似水平的巖層中鉆垂直孔，即使巖石各向異性強(qiáng)，軟硬不均，鉆孔也不會(huì)產(chǎn)生較大的歪曲；鉆孔頂角大時(shí)方位角變化小，反之變化大，等等。

（3）孔斜的危害。鉆孔彎曲的危害可分2個(gè)方面。一是對(duì)地質(zhì)成果的危害，如歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探網(wǎng)度，影響對(duì)礦體的評(píng)價(jià)、構(gòu)造的判斷和儲(chǔ)量計(jì)算的精確程度；二是對(duì)鉆探施工的危害，如鉆具在孔內(nèi)彎曲變形嚴(yán)重，摩擦阻力增加，磨損加劇，鉆桿折斷事故增多，升降鉆具困難，功耗增加和鉆進(jìn)速度下降，增加鉆探施工成本。

（4）孔斜的預(yù)防措施。根據(jù)鉆孔彎曲的原因和規(guī)律，可提出鉆孔彎曲的預(yù)防措施：

①合理布置和設(shè)計(jì)鉆孔。按勘探網(wǎng)布置鉆孔時(shí)，尤其在軟硬不均和層理、片理發(fā)育的地層，盡可能垂直于巖層面布置鉆孔，避免穿過(guò)溶洞、老窿，減少在破碎、松軟、砂卵石層的鉆探工作量；盡量設(shè)計(jì)垂直孔穿過(guò)松軟、破碎、厚砂礫覆蓋層、裂隙及溶洞地層；對(duì)方位角易產(chǎn)生偏斜的鉆孔，盡量設(shè)計(jì)較大的開(kāi)孔頂角；在彎曲規(guī)律明顯的地層，要為鉆孔頂角和方位角設(shè)計(jì)一定的預(yù)留偏斜余量。

②確保設(shè)備安裝和開(kāi)孔質(zhì)量。安裝設(shè)備的地基要平整、水平、穩(wěn)固，動(dòng)滑輪、立軸中心、鉆孔三點(diǎn)一線，開(kāi)孔前確保立軸角度、開(kāi)孔方位與設(shè)計(jì)一致；孔口管要下正、固牢，開(kāi)孔粗徑鉆具要直，不得使用立軸松動(dòng)的鉆機(jī)，機(jī)上鉆桿或主動(dòng)鉆桿不得過(guò)長(zhǎng)。

③正確選用鉆具。鉆具要求直而圓，剛性好，連接同心度好，巖芯管應(yīng)盡量長(zhǎng)；擴(kuò)孔或換徑時(shí)，鉆具必須帶有導(dǎo)向裝置；采用滿眼鉆具、帶扶正器和防斜保直器等防斜鉆具。

④采用合理的鉆進(jìn)方法和規(guī)程參數(shù)。盡可能采用金剛石鉆進(jìn)，不要頻繁更換鉆進(jìn)方法，以免造成孔壁間隙不均勻；合理控制鉆進(jìn)規(guī)程，保持較高機(jī)械鉆速，減小孔壁間隙和下部鉆具彎曲；在易塌巖層中采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)孔，防止鉆孔超徑，穿過(guò)破碎帶、強(qiáng)裂隙帶及其他易垮巖層后，及時(shí)采用水泥或其他措施固孔，防止孔壁擴(kuò)大。

4　工程實(shí)例

（1）ZK3001和ZK5409孔。已順利終孔的ZK3001 和 ZK5409鉆孔，終孔孔深分別為 1700.40m和2208.20m。均采用防斜鉆頭-擴(kuò)孔器-粗徑鉆具-擴(kuò)孔器-鉆桿（2根6m長(zhǎng)）-擴(kuò)孔器-鉆桿（2根6m長(zhǎng)）-擴(kuò)孔器-鉆桿-立軸鉆桿的穩(wěn)斜鉆具組合，取得不錯(cuò)的效果：ZK3001開(kāi)孔頂角5°，終孔頂角1°，方位角偏差也很??；ZK5409開(kāi)孔頂角0°，終孔頂角5°。

（2）ZK3002和ZK3003孔。設(shè)計(jì)孔深2000m左右的ZK3002和ZK3003，盡管還沒(méi)有終孔，但采用液動(dòng)潛孔錘進(jìn)行金剛石繩索取心液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，孔深都已超過(guò)1400m了。目前孔深的測(cè)斜結(jié)果表明，孔斜很小，完全符合地質(zhì)方面要求，液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果良好。

（3）ZK5407孔。ZK5407孔設(shè)計(jì)孔深2300m，設(shè)計(jì)開(kāi)孔頂角0°（勘探線方位137°）。施工至孔深1641.70m時(shí)間，頂角11.4°，方位角35°，水平偏距＞120m。

采用螺桿定向鉆具糾斜。定向糾斜的總體思路如下：

①糾斜起始點(diǎn)定為1300m左右，即在1300m下部要人造孔底；

②糾斜口徑為?75（76）mm；

③糾斜工具為廊坊奧瑞拓石油機(jī)械有限公司生產(chǎn)的?65mm10單彎螺桿鉆配?75mm金剛石不取心鉆頭；

④采用上海力擎地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的單點(diǎn)定向儀和陀螺測(cè)斜儀進(jìn)行定向和測(cè)斜；

⑤購(gòu)置?55mm×5.5mm繩索鉆桿以代替大部分?71mm×5.5mm繩索鉆桿進(jìn)行糾斜鉆進(jìn)，從而解決全部使用?71mm繩索鉆桿糾斜鉆進(jìn)時(shí)BW300-12水泵僅能滿足螺桿鉆具較大流量要求而無(wú)法同時(shí)滿足較高泵壓要求的矛盾。另，購(gòu)置BW350/16水泵備用；

⑥先降頂角，后降方位角（在頂角3°左右再降方位角），因?yàn)轫斀谴髸r(shí)扭方位比較困難，頂角小時(shí)扭方位比較容易，且頂角小至1～2°可能方位角測(cè)量不準(zhǔn)；

⑦采用間斷造斜法，即以20m左右長(zhǎng)度進(jìn)尺進(jìn)行分段多次糾斜，控制每段糾斜進(jìn)尺2～3m、穩(wěn)斜進(jìn)尺17～18m左右，以達(dá)頂角彎曲強(qiáng)度（0.3°～0.4°）/m或方位角彎曲強(qiáng)度（10°～15°）/m而不斷鉆桿之要求；

⑧及時(shí)測(cè)斜，并根據(jù)測(cè)斜結(jié)果調(diào)整糾斜鉆進(jìn)有關(guān)參數(shù)，進(jìn)而預(yù)估鉆孔彎曲和水平偏距變化趨勢(shì)，確保滿足“ZK5407鉆孔見(jiàn)礦結(jié)束點(diǎn)（預(yù)計(jì)孔深2200m）在孔口所在水平面的投影位置與鉆孔開(kāi)孔點(diǎn)的距離即水平位移≯100m”的地質(zhì)要求。

自孔深1288.70m開(kāi)始至1637.25m結(jié)束的17次螺桿定向鉆探糾斜，糾斜總進(jìn)尺47.80m，終孔孔深2047.60m，終孔水平位移91.39m，符合鉆孔在穿過(guò)主礦層后的終孔前水平位移＜100m之地質(zhì)要求。

5　幾點(diǎn)思考

（1）關(guān)于鉆孔尤其是深部鉆孔的孔斜規(guī)定，缺乏權(quán)威部門(mén)的規(guī)程規(guī)范，不利于野外勘探施工。

（2）鉆孔孔斜難以控制。深部地質(zhì)找礦鉆探，所鉆遇地層以基巖為主，往往存在各向異性。若地層層理、片理發(fā)育，軟硬互層變化頻繁，就很容易發(fā)生孔斜，不僅給鉆探施工帶來(lái)很大困難，造成鉆具磨損加劇，甚至頻繁斷裂，造成孔內(nèi)事故，而且鉆孔過(guò)度彎曲會(huì)影響鉆探工程質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成鉆孔報(bào)廢。特別是受鉆孔直徑小、鉆具（包括鉆桿）壁薄等因素的限制，難以采用像石油鉆井和科學(xué)鉆探所用的復(fù)雜防斜鉆具系統(tǒng)，因此，深部找礦鉆探鉆孔孔斜成為常見(jiàn)而又難以解決的問(wèn)題。

（3）常規(guī)的孔斜預(yù)防措施有一定效果。

（4）應(yīng)用螺桿定向鉆探技術(shù)可徹底解決常規(guī)鉆探工藝技術(shù)很難完全達(dá)到地質(zhì)方面對(duì)鉆孔彎曲度的超高要求這一技術(shù)難題，同時(shí)可促進(jìn)地質(zhì)找礦工作質(zhì)量和效率的提升。

（5）建議考慮進(jìn)行分枝定向鉆孔群的施工。果如此，不但可大幅度節(jié)約鉆探工作量和征地、修路、平機(jī)臺(tái)、搬遷等費(fèi)用，而且可更好滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，為該區(qū)找礦增儲(chǔ)起到明顯效果，對(duì)緩解2009年即被國(guó)務(wù)院列為第二批資源枯竭城市的景德鎮(zhèn)資源枯竭起到重要作用，將具有明顯的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

［1］王達(dá)，何遠(yuǎn)信，等.地質(zhì)鉆探手冊(cè)［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2014.

［2］DZ/T 0227-2010地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程［S］.

［3］孫丙倫，張敏，陳師遜，王天放，趙輝.深部找礦鉆探技術(shù)綜合研究與應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（增刊2）.

［4］朱永宜.地質(zhì)勘查與科學(xué)鉆探螺桿鉆深部定向鉆探技術(shù)［E］.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局定向鉆探技術(shù)培訓(xùn)交流會(huì)材料，2011.

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1004-5716（2016）03-0082-04

2015-03-12

黃忠高（1968-），男（漢族），江西撫州人，工程師，現(xiàn)從事探礦工程生產(chǎn)技術(shù)管理工作。