摘要：本文結(jié)合在羅圓井田的定向斜孔勘查鉆探施工，介紹施工設(shè)備、鉆具組合、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)等，確保羅圓井田鉆探施工鉆孔達(dá)到各階段質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　1概述

　　羅圓井田的定向斜孔采用直孔段－定向增斜段－穩(wěn)斜段的孔身結(jié)構(gòu)，其中增斜段和穩(wěn)斜段施工是本次課題研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。定向增斜（造斜）施工的基本要求是使鉆孔向預(yù)定方向（頂角，方位）鉆進(jìn)。為達(dá)到此目的，首先要有一個(gè)合理的軌跡，在鉆進(jìn)過(guò)程中則要解決有效的造斜和正確控制鉆孔方位這兩個(gè)基本技術(shù)問(wèn)題。

　　2造斜設(shè)備與機(jī)具

　　造斜時(shí)使用DST隨鉆檢測(cè)系統(tǒng)，鉆進(jìn)時(shí)由放置在Ф105mm無(wú)磁鉆鋌內(nèi)的DST-25型隨鉆測(cè)斜儀測(cè)出鉆孔頂角方位角及螺桿鉆工具面向角，通過(guò)電纜傳遞給地面DST系統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理后顯示于監(jiān)視屏及司鉆顯示儀隨時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整。

　　造斜鉆進(jìn)時(shí)使用5LZ95螺桿鉆，它是一種容積式井底馬達(dá)（PDM）由旁通閥總成馬達(dá)總成萬(wàn)向軸總成等部件組成。工作時(shí)，高壓鉆井由Ф73mm鉆桿內(nèi)進(jìn)入螺桿鉆后，液體的壓力使鉆具中心的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而把回轉(zhuǎn)扭矩和鉆壓傳遞給鉆頭，達(dá)到鉆井的目的。5LZ95×7.0型單彎螺桿鉆，外徑Ф95mm適用孔徑Ф118-152mm，流量范圍7－12L/S，M馬達(dá)壓降3.2Mpa鉆頭轉(zhuǎn)速90－195r/min工作扭矩1100N.M，輸出功率10.4－22.5KW，鉆壓25KN，常用彎角0.75，1，1.25，1.5等幾種，如表1所示，造斜強(qiáng)度0.18－0.56/M，造斜效果較好。

　　3鉆具組合

　　3.1一開(kāi)：Ф110mm矛式鉆頭（Ф110mm肋骨鉆頭+Ф89mm巖芯管）+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿，鉆至可下套管的完整基巖；

　　3.2擴(kuò)孔：Ф190mm牙輪鉆頭+Ф121mm鉆鋌+68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿；

　　3.3二開(kāi)：Ф94mm鉆頭+Ф89mm巖芯管（取煤管）+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿鉆至造斜起始深度，換Ф118mm擴(kuò)孔器擴(kuò)孔；

　　3.4定向造斜段：Ф118mm金剛石復(fù)合片鉆頭+5LZ95單彎螺桿鉆具+定向接頭+105mm無(wú)磁鉆鋌+73mm石油鉆桿+主動(dòng)鉆桿+隨鉆專用水龍頭；

　　3.5斜孔鉆進(jìn)段：Ф94mm鉆頭+Ф89mm厚壁巖芯管（取煤管）+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿。

　　4定向造斜鉆進(jìn)技術(shù)

　　4.1頂角和方位的控制在設(shè)計(jì)目的明確，孔內(nèi)情況清楚的前提下，控制鉆孔方位和頂角都是依靠造斜鉆具實(shí)現(xiàn)的，兩者既聯(lián)系密切又相互制約。只有按預(yù)定的方位增﹙降﹚斜造斜才是最有效的；調(diào)整方位則會(huì)影響造斜率。具有一定造斜能力的造斜鉆具，其改變頂角和方位的大小及兩者之間的分配關(guān)系，是通過(guò)調(diào)整斜向器的裝置角即螺桿鉆的工具面向角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括頂角的單獨(dú)控制頂角與方位角的同時(shí)控制。因此，正確的安裝和及時(shí)調(diào)整工具面向角是保證有效的造斜和控制方位的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　4.1.1定向方法為了對(duì)斜向器裝置到預(yù)定的方位上，在鉆進(jìn)前準(zhǔn)確測(cè)定斜向器在孔底的實(shí)際方位與預(yù)定裝置方位的偏差，并進(jìn)行校正，叫做定向。

　　一般的定向方法有井下定向和地面定向兩種。本次造斜施工井下儀器定向。鉆具下至孔底后，將有線隨鉆測(cè)斜儀下放至螺桿鉆上部的定向接頭內(nèi)，當(dāng)測(cè)斜儀底部引流鞋的缺口進(jìn)入定向鍵并定位后，即可在監(jiān)視屏上讀取鉆孔的頂角方位角和工具面向角，與設(shè)計(jì)的工具面向角對(duì)比調(diào)整后，打壓，開(kāi)泵進(jìn)行造斜鉆進(jìn)。

　　4.1.2造斜鉆進(jìn)定向造斜鉆進(jìn)時(shí)利用斜向器和相應(yīng)的鉆具組合在井眼中產(chǎn)生的彈性力矩，給鉆頭造成一個(gè)垂直起軸線的連續(xù)作用的側(cè)向力，使鉆頭側(cè)向切削巖石，從而實(shí)現(xiàn)造斜鉆進(jìn)。本次施工造斜使用的斜向器是安裝在螺桿鉆下部的彎外管，角度為0.75°，1°，1.25°，1.5°等四種，。相應(yīng)的鉆具組合為Ф118mm鉆頭+Ф95mm5LZ95型單彎螺桿鉆+定向接頭+Ф105mm無(wú)磁鉆鋌+Ф73mm石油鉆桿+主動(dòng)鉆桿+隨鉆專用水龍頭，能達(dá)到預(yù)定的造斜施工目的。

　　造斜鉆進(jìn)是使鉆孔在人工控制下向預(yù)計(jì)的方位和頂角鉆進(jìn)。斜孔段應(yīng)盡量保持均勻的造斜率，避免急彎，以利于穩(wěn)斜鉆進(jìn)和減少?gòu)?fù)雜情況。造斜率一般控制造0.2-0.3°／m較為合適，能順利的進(jìn)行造斜鉆進(jìn)穩(wěn)斜鉆進(jìn)測(cè)井等作業(yè)，即使出現(xiàn)孔內(nèi)事故也較容易處理。

　　造斜鉆進(jìn)時(shí)，調(diào)整好工具面后，緩慢的下放鉆具至孔底，使用不同的造斜鉆進(jìn)工藝，羅圓井田造斜鉆進(jìn)采用的鉆進(jìn)參數(shù)選擇如表2所示。

　　鉆進(jìn)時(shí)，工具面和鉆壓一般要同時(shí)達(dá)到，根據(jù)鉆進(jìn)速度和底層，以工具面控制為主，反扭矩是螺桿鉆帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)式生產(chǎn)的反作用力，反扭矩的存在會(huì)影響定向精度，因此在定向作業(yè)時(shí)要考慮反扭矩的影響。調(diào)整工具面和反扭矩就整鉆壓。當(dāng)巖石較硬需要增加鉆壓時(shí)，增大反扭矩即可；反之，即為減小鉆壓。

　　采用以上的造斜鉆進(jìn)參數(shù)取得了較高的鉆進(jìn)效率和造斜效果，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：泥巖一般為4-m/h；砂巖中一般為3-4m/h；石英砂巖只鉆進(jìn)一次，效率只達(dá)到0.3-0.5m/h；今后我們將會(huì)在硬巖造斜的造斜鉆進(jìn)參數(shù)和鉆頭選型等方面加強(qiáng)研究并加以應(yīng)用。

　　鉆完一個(gè)單根時(shí)，一般要認(rèn)真劃眼2-3次，以消除因鉆進(jìn)速度快孔壁不規(guī)則而形成的臺(tái)階凸凹不平等影響鉆進(jìn)的因素。劃眼后將有線隨鉆測(cè)斜儀提出定向鍵，提升至主動(dòng)鉆桿內(nèi)，卸開(kāi)主動(dòng)鉆桿即可加73mm石油鉆桿單根，接上主動(dòng)鉆桿，下放儀器定向。重復(fù)以上程序直至完成造斜施工。

　　4.2斜孔取芯鉆進(jìn)技術(shù)到底斜孔取芯鉆進(jìn)與直孔取芯鉆進(jìn)的不同在于：斜孔取芯鉆進(jìn)既要取芯，滿足地質(zhì)要求，又要保持鉆孔軌跡達(dá)到定向斜孔設(shè)計(jì)目的；鉆進(jìn)時(shí)，鉆具處于孔壁下沿，鉆具與孔壁不間斷的摩擦，造成鉆具磨損增大；鉆孔在較短的距離內(nèi)形成很大的斜度，同時(shí)又有方位的變化，在彎曲應(yīng)力作用下，鉆具易折斷；在鉆孔彎曲的影響下，鉆機(jī)回鉆載荷增大，提升鉆具困難，長(zhǎng)時(shí)間的大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)易損壞鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)；因孔斜形成的重力分力作用下，鉆壓到達(dá)不了鉆頭見(jiàn)煤反應(yīng)不明顯，煤芯采取率也不容易保證，在易坍塌掉塊的破碎地層中，易發(fā)生掉塊卡埋鉆等孔內(nèi)事故。

　　4.2.1鉆具級(jí)配采用的鉆具級(jí)配與普通鉆具相同，但為了降低孔壁拉槽的危險(xiǎn)，減少鉆具磨損，減少起下鉆次數(shù)，使用了Ф89mm鉆鋌特制坡口鉆鋌接頭，厚壁巖芯管及相應(yīng)的厚壁取芯鉆頭。

　　鉆具組成：Ф94mm厚壁取芯鉆頭+Ф89mm鉆鋌+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿。

　　特制坡口鉆鋌接頭是在普通Ф83mm鉆鋌接頭上加工18°的倒數(shù)，以減少上下鉆具阻力，達(dá)到降低孔壁拉槽危險(xiǎn)的目的，實(shí)踐證明效果顯著，孔壁拉槽時(shí)感覺(jué)不明顯，未拉槽時(shí)降低了上下鉆具的阻力。

　　4.2.2鉆進(jìn)工藝根據(jù)我隊(duì)現(xiàn)有鉆頭到設(shè)備和斜孔取芯的要求及操作習(xí)慣，我們選擇了以下的鉆進(jìn)參數(shù)：

　　在施工過(guò)程中采用以上的工藝和鉆具級(jí)配取得了良好的效果，煤芯采取率一直保證在80%以上；在同時(shí)施工的39－1斜孔和直徑31－2孔同為800米時(shí)，39-1孔采用以上的鉆進(jìn)步工藝和鉆具級(jí)配平均回次進(jìn)尺4.16米，平均回次鉆進(jìn)時(shí)間2：40小時(shí)，顯著降低了鉆進(jìn)成本，提高了時(shí)間利用率，增加了鉆進(jìn)時(shí)間，回次進(jìn)尺的增加也減少了起下鉆具的次數(shù)，降低了因起下鉆具可能發(fā)生的孔壁拉槽掉塊卡阻鉆具的機(jī)率，臺(tái)月效率達(dá)到310米，經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果顯著。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，在進(jìn)行羅圓井田定向斜孔施工的同時(shí)，使用部分研究成果和隨鉆定向工藝進(jìn)行了淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北煤礦地面予注漿鉆孔造斜施工、副井井檢孔糾斜和地面予注漿鉆孔造斜施工、潘一煤礦第二供水孔糾斜新集集團(tuán)劉莊煤礦供料孔糾斜等項(xiàng)目的施工，造斜成孔快，精度高，糾斜效果顯著，也使操作人員的技術(shù)水平能力得到了提高。