楊光學(xué)

（四川省煤田地質(zhì)局一四一隊(duì)，四川 德陽(yáng) 618000）

1 項(xiàng)目概況

2014年我單位承擔(dān)了四川省珙縣筠連礦區(qū)大雪山礦段普查任務(wù)，項(xiàng)目區(qū)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(gòu)造，地層傾角72°～83°。地質(zhì)設(shè)計(jì)了兩個(gè)75°斜孔，分別為：ZK13-2設(shè)計(jì)井深1450m，頂角12°，方位角350°；ZK17-2設(shè)計(jì)井深1400m，頂角14°，方位角355°。

面對(duì)國(guó)內(nèi)繩索取芯隨鉆測(cè)量技術(shù)、螺桿鉆具受控定向鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用較少、技術(shù)不成熟的現(xiàn)狀。為了達(dá)到即保有繩索取心鉆進(jìn)工藝的優(yōu)質(zhì)高效，又能應(yīng)用受控定向鉆進(jìn)技術(shù)來(lái)達(dá)到地質(zhì)目的，我隊(duì)以項(xiàng)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(jìn)技術(shù)，以解決該項(xiàng)目大傾角深孔鉆探工藝。

2 定向孔軌跡測(cè)量?jī)x的選擇及鉆進(jìn)工藝確定

經(jīng)課題組調(diào)研現(xiàn)有的定向孔軌跡測(cè)量?jī)x的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)比分析，選用了有纜隨鉆定向鉆進(jìn)技術(shù)，軌跡測(cè)量?jī)x選用有纜隨鉆測(cè)量?jī)x（ADST）。該技術(shù)成本低，國(guó)內(nèi)技術(shù)已經(jīng)成熟，可據(jù)孔內(nèi)定向鉆進(jìn)情況實(shí)現(xiàn)隨鉆監(jiān)控。即采用繩索取心鉆桿、有纜隨鉆測(cè)斜儀、螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)，促使鉆孔軌跡按設(shè)計(jì)軌跡達(dá)到地質(zhì)目的層及控制標(biāo)高的工藝技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究，以期掌握及大力推廣繩索取芯有纜隨鉆定向鉆進(jìn)工藝在小口徑固體礦產(chǎn)鉆探中的先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)我單位鉆探施工技術(shù)能力。

3 定向鉆探施工技術(shù)

3.1 主要鉆探設(shè)備配備

根據(jù)項(xiàng)目情況，在綜合各方面影響因素后選取的主要鉆探設(shè)備為：

23 m直斜兩用塔；XY-2000型鉆機(jī)；BW320泥漿泵；旋流除砂器。

3.2 鉆進(jìn)工藝及主要鉆具

采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝，定向鉆進(jìn)，能大幅度提高鉆進(jìn)效率及巖礦心采取率，滿足地質(zhì)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(cè)斜儀、通纜水龍頭、無(wú)磁鉆桿、定向接頭、螺桿鉆具、PDC造斜鉆頭等。

3.3 鉆孔軌跡設(shè)計(jì)

在綜合考慮機(jī)械設(shè)備、鉆進(jìn)工藝及造斜強(qiáng)度等因素后，經(jīng)計(jì)算，為達(dá)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(shè)計(jì)ZK13-2以頂角4°、方位角352°開(kāi)孔，每100 m增斜1.0°～1.5°；ZK17-2以頂角4.5°，方位角355°開(kāi)孔，每100 m增斜1.5°～2.0°。從而控制鉆孔軌跡達(dá)預(yù)計(jì)標(biāo)高后穩(wěn)斜及自然增斜達(dá)目的層控制標(biāo)高。

3.4 定向鉆進(jìn)工藝、參數(shù)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(cè)間隙1.5mm，造斜鉆具能順利通過(guò)。

（2）沖洗液類型選擇及性能指標(biāo)：

沖洗液性能：要求便于攜帶巖粉，能抑制泥頁(yè)巖水化保護(hù)孔壁，潤(rùn)滑鉆具。據(jù)固體礦產(chǎn)勘探地層特點(diǎn)，選用鉀基抑制型沖洗液，泥漿主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。其中低固相泥漿用于礦系地層鉆進(jìn)，無(wú)固相泥漿用于普通地層鉆進(jìn)。

表1 泥漿主要性能指標(biāo)

（3）造斜鉆具組合：基本鉆具組合為：通纜水龍頭+φ89主動(dòng)鉆桿+下接手+φ91繩索鉆桿+專用接手+φ71無(wú)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(jù)定向鉆進(jìn)鉆速調(diào)節(jié)控制鉆壓，保持定向鉆進(jìn)勻速進(jìn)尺，過(guò)大的鉆壓將使螺桿鉆“制動(dòng)”。在實(shí)際操作中，鉆壓略低于正常取心鉆進(jìn)時(shí)鉆壓，一般控制為1000kg～1200kg。

（5）泵量泵壓：造斜時(shí)水泵2檔165L/min泵量，泵的壓力4MP左右。

3.5 調(diào)整綜合角差

儀器綜合角差值指測(cè)斜儀器絲扣連接本身產(chǎn)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(shè)備誤差。

3.6 有纜隨鉆定向鉆進(jìn)操作

鉆具下入孔底，將鉆頭提離井底0.3m～0.5m。隨鉆測(cè)斜儀器經(jīng)通纜水龍頭、鉆桿、無(wú)磁鉆桿到定向接頭，將螺桿鉆具工作面方向調(diào)整到預(yù)留扭轉(zhuǎn)角方位后，開(kāi)始定向造斜鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)鉆進(jìn)的方位角是否穩(wěn)定，并及時(shí)糾偏。

3.7 鉆進(jìn)過(guò)程中的頂角及方位調(diào)整

在鉆進(jìn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)鉆孔頂角、方位角與設(shè)計(jì)預(yù)期偏離較大時(shí)，需要及時(shí)予以調(diào)整，方法是通過(guò)調(diào)整磁性、重力兩種狀態(tài)高邊下的工具面，在計(jì)算機(jī)隨鉆軟件顯示界面中，按實(shí)際所需糾斜目的進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行糾斜鉆進(jìn)。

4 定向鉆進(jìn)成果統(tǒng)計(jì)及效果分析

4.1 定向鉆進(jìn)成果統(tǒng)計(jì)

課題研究應(yīng)用階段ZK13-2、ZK17-2兩個(gè)深孔均使用上述工藝、技術(shù)及PDC鉆頭，共造斜33回次，總造斜進(jìn)尺84.42m。造斜成果詳見(jiàn)定向鉆進(jìn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表2、造斜設(shè)計(jì)與實(shí)際測(cè)斜數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表2。

表2 定向鉆進(jìn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表3 造斜設(shè)計(jì)與測(cè)斜數(shù)據(jù)對(duì)比（600米以下）

4.2 定向鉆進(jìn)效果分析

從成果統(tǒng)計(jì)中可以看出：ZK13-2鉆孔定向鉆進(jìn)深度1100m左右時(shí)，頂角增量與設(shè)計(jì)差1.7°，方位角偏差5.2°，進(jìn)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(jìn)深度至1000m左右時(shí)，頂角增量與設(shè)計(jì)差2.0°，方位角偏差1°，進(jìn)入礦床未再造斜，終孔頂角偏差1.6°，方位偏差1°。

經(jīng)分析定向的頂角及方位角與設(shè)計(jì)值偏差均較小，均基本滿足設(shè)計(jì)要求，且在地質(zhì)設(shè)計(jì)要求的允許偏差范圍內(nèi)，兩孔驗(yàn)收均為甲級(jí)孔，即：繩索取芯有纜隨鉆定向鉆進(jìn)工藝技術(shù)在本項(xiàng)目的研究應(yīng)用較好的達(dá)到了地質(zhì)目的及經(jīng)濟(jì)目的。

2015年四川省筠連縣筠邊礦區(qū)大雪山礦段固體礦產(chǎn)資源詳查項(xiàng)目中，我單位在總結(jié)課題應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上再次采用了有纜隨鉆定向造斜技術(shù)施工了四個(gè)鉆孔，均達(dá)到了地質(zhì)設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，標(biāo)志著有纜隨鉆定向鉆進(jìn)技術(shù)在我單位固體礦產(chǎn)大傾角地層深孔鉆探中的研究、應(yīng)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(shè)計(jì)、定向鉆孔空間軌跡的測(cè)控技術(shù)及方法，積累了川南固體礦產(chǎn)勘探鉆孔采用繩索取心工藝適宜的定向鉆進(jìn)彎曲強(qiáng)度數(shù)據(jù)，初步建立地層、彎螺桿度數(shù)、造斜鉆頭類型、繩索取心鉆桿、彎曲強(qiáng)度之間的相互關(guān)系。

（2）掌握了有纜隨鉆定向鉆進(jìn)程序、操作、技術(shù)控制要點(diǎn)。

（3）探索了鉆孔結(jié)構(gòu)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(cè)斜儀、螺桿鉆具定向鉆進(jìn)使鉆孔軌跡按設(shè)計(jì)軌跡達(dá)到地質(zhì)目的層及控制標(biāo)高的工藝技術(shù)，螺桿鉆具造斜深度超過(guò)千米，定向鉆孔軌跡受控精度較高，研究試驗(yàn)階段施工的2個(gè)定向孔，終孔與設(shè)計(jì)相比偏差均較小，處于行業(yè)先進(jìn)水平。