钻孔弯曲的原因及防治措施

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　　摘 要：钻孔弯曲在实际生产中已成为一种普遍的现象，着力研究钻孔弯曲的各种因素、预防措施和治理方法，对提高钻探效率，降低成本有着重要的意义。
　　关键词：钻孔弯曲 地质因素 工艺技术 防治
　　
　　1、概述
　　随着我国经济建设的迅猛发展，钻探工艺在实际生产中得到了深入和广泛的应用，不仅是在地质勘探工作中，而且愈来愈多地应用于建设、市政、水利、交通、环境等各方面，而钻孔弯曲已经成为各类钻孔事故最为常见，并且很难避免的一种事故，只有采取适当的措施，把钻孔弯曲程度控制在施工设计范围之内才是符合生产实际的需要。所谓钻孔弯曲是指在施工过程中，由于种种原因，钻孔实际轴线偏离了原设计的轴线，也称作孔斜。
　　2、钻孔弯曲的原因
　　钻进时主、客观因素是造成钻孔弯曲的原因，其中地质因素是客观因素，工艺技术是主观因素，在不同条件下，两类因素对钻孔自然弯曲的影响程度是不同的，有时地质因素起主导主导作用，有时工艺技术起主导作用。
　　2.1地质因素
　　影响钻孔弯曲的地质因素主要是钻进岩层的硬度及结构构造，岩层层理、片理、裂隙、断层、软硬互层、溶洞、卵砾石等使岩层具有不均匀性，钻头在孔底受力不平衡，引起钻孔弯曲。
　　2.1.1岩层的各向异性
　　岩石的各向异性在层理和层理构造的岩石中表现为垂直层理的岩石硬度小于顺着岩石层理的岩石硬度，因此在具有层理片理的岩层中钻进时垂直层理的钻速小于顺着岩石层理的钻速，从而导致钻孔的顶角和方位角都趋向于垂直岩层的层面方向。
　　异性越强的岩石钻孔弯曲越大。一般来说，火成岩的各向异性不明显，钻孔弯曲强度小，变质岩（如片麻岩）和层理发育的沉积岩的各向异性强，钻孔弯曲度大。
　　2.1.2岩层遇层角的影响
　　岩层遇层角是指钻孔的轴线与岩层层面之间小于90度得夹角。钻孔穿越软硬互层岩层时，因为软硬岩石抵抗破碎能力不同，是孔底产生不均匀破碎，造成钻速差，从而引起钻孔顶角及方位角的变化。钻孔偏斜的方向和顶角弯曲强度取决于遇层角的大小和岩石的硬度差。差值越大，钻孔弯曲强度越大。如：当钻头由软岩层进入硬岩层，且遇层角在15-30度之间时钻孔又“顺层溜”的趋势。
　　2.1.3松散、岩洞地层
　　钻孔在遇到如松散地层（如表土、流沙层、松散破碎带）时，因为岩层松散、孔壁不牢固，钻具在自重和钻杆施加的眼里作用下，钻孔容易朝着软弱的方向偏进。
　　在遇到大溶洞时，常常由于在孔底出现不规整，导致钻头受力不均，产生不均匀钻进，造成孔斜。
　　2.2.1下部钻杆弯曲对孔斜的影响
　　在造成钻孔弯曲的工艺技术因素中，最有影响的是钻进时下部钻杆柱发生弯曲下部钻杆柱弯曲时，钻头及相邻连接部分钻柱的中心线偏离钻孔曲线，钻压不再沿钻孔轴线方向施压给钻头，而使偏离一个角度，因而钻孔发生偏斜。
　　2.2.2安装设备和施工工艺
　　钻机必须安装在坚固的地基上，地基的填方不得超过三分之一；塔上的滑车、钻机主轴和孔位因在同一轴线上；钻机立轴或钻盘必须准确的固定在既定的倾角和方位上，否则会导致钻孔弯曲
　　2.2.3开孔换径
　　钻孔开孔时，使用的钻具同心度差；随着钻孔的延伸而没有加长粗径钻具；在下定向管时，与钻孔不同心、上下固定不牢靠而晃动等，都会引起钻孔的弯曲。
　　2.2.4钻进方法及施工工艺
　　钻进方法不同时，孔径与钻具之间的间隙也不同。而两者之间的间隙是造成钻具在孔内偏斜的重要条件，间隙越大，则钻具轴心线与钻孔轴心线的夹角越大，钻具偏斜越严重。
　　3钻孔弯曲的预防
　　3.1在设计钻孔时应考虑预防钻孔弯曲
　　按照地层条件设计钻孔：布置钻孔时，尽量使钻孔垂直于岩层层面及岩层走向； 对于松软、疏松、破碎地层、厚覆盖层、裂隙及溶洞发育地层应尽可能设计垂直孔，因为在这些地层中，常因钻具自重而使斜孔产生铅垂方向的弯曲。
　　对孔斜规律明显的地层或岩层倾角较大、钻孔轴线无法与之垂直相交的地层，应充分利用造斜地层的自然弯曲规律，辅以人工控制弯曲措施，设计"初级定向孔"。
　　3.2保证安装质量，把好换径关
　　安装设备前，地基要平整、坚实、填方部分不得超过1/3，基台木要水平、稳固。钻机立轴倾角的方向要符合设计要求，上对塔上天车，下对设计孔位。同时，在钻进过程中还要经常检查和校正立轴方向。要保证按设计方向开孔，粗径钻具要直，长度要逐渐加长至10m左右。孔口管要固定牢，其方位和倾角要符合设计要求。换径时，应采用带导向的综合式异径钻具。
　　3.3采用合理的钻具结构
　　采用合理的钻具结构，是为了保证较高的同心度，提高钻具的刚性，减小钻具与孔壁的间隙，实现孔底加压，增强钻具的稳定性和导正作用，以改善下部钻具的弯曲形态，提高钻进时的防斜能力。
　　4 钻孔弯曲的纠正
　　当钻孔弯曲过大，超出设计标准，影响后续施工时，需要对钻孔弯曲进行纠正。纠正方法一般有以下几种。
　　4.1下垂法
　　顶角下垂法俗称吊着打，即采取低钻压钻进的方式，使钻具沿自身重力方向钻进， 起到纠正钻孔弯曲的目的。一般在松散、溶洞地层中钻进时，此种方法效果明显。而在其他地层，可采用组合式钻具（如钟摆钻具、偏重钻铤等)等方法慢慢使钻孔轨迹下垂。
　　4.2上漂法
　　即利用钻具在钻进中的自然上漂的倾向，采用大一级直径的钻头配小一级直径的岩心管组成塔式钻具。岩心管一般采用短岩心管（其长度约为普通岩心管的 2/3 )，适当加大钻压与冲洗液 量，以扩大孔壁间隙，促使钻具上漂。
　　4.3封孔重开法
　　对于顶角和方位角均有较大偏斜时，一般纠斜方法很难达到理想的效果，可在弯曲异常的孔段灌注水泥，然后用导向钻具重新开孔的方法纠斜，此法适用于 中硬以上岩层 。
　　
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