钻探工艺技术_第七章_钻孔弯曲

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1、第七章钻孔弯曲第一节概述第二节钻孔弯曲的原因第三节钻孔弯曲的测量第四节钻孔空间位置的确定第一节概述为了探明地下矿产资源而施工的每一个钻孔，都必须按地质设计的要求，准确地钻到预计的空间位置或矿体部位。但是，在钻孔施工过程中，由于种种原因，经常会使钻孔轴线偏离既定的空间位置，发生程度不同的钻孔弯曲。钻孔弯曲是钻探质量优劣的重要指标之一。因此，了解钻孔弯曲情况，分析弯曲原因，找出弯曲规律，采取一切措施防止钻孔弯曲或将钻孔弯曲控制在一定范围内是钻探工作的一项艰巨任务。第一节概述一、钻孔的空间位置钻孔轴线在空间的位置称为钻孔轨迹。钻孔轨迹

2、可能是直线、曲线或直线和曲线混合。直线分垂直线、倾斜线和水平线；曲线分平面曲线和空间曲线。在地质勘探中，常设计直线型和平面曲线型孔。第一节概述（一）直线型钻孔为了研究钻孔的空间位置。一般采用三维空间坐标系。坐标系的原点代表孔口，x轴代表南北方向，y轴代表东西方向，z轴代表铅直方向。对于直线型钻孔来说，钻孔的孔口坐标，开孔顶角和方位角三者就完全决定了钻孔轨迹（见图7‑1）。第一节概述（二）曲线型钻孔对于曲线型钻孔来说，钻孔轨迹上的每一点可能具有不同顶角和方位角。在这种情况下，钻孔轨迹上任一点的顶角应理解为该点钻孔轴线的切线与铅垂线

3、的夹角；而方位角则是该点钻孔轴线切线的水平投影与正北方向的夹角，见图7‑2。第一节概述（三）钻孔轨迹弯曲程度为了说明曲线型钻孔轨迹的弯曲程度，采用弯曲强度（简称弯强）的概念。单位孔身长度的顶角变化，称为顶角弯强。单位孔身长度的方位角变化，称为方位角弯强。第一节概述（四）钻孔弯曲度在施工过程中，凡是钻孔实际轴线偏离了设计的钻孔轴线（包括顶角和方位），都叫做钻孔弯曲。简称为孔斜。钻孔弯曲度，就是实际钻孔轴线偏离设计钻孔轴线的度数或程度。它是衡量钻探质量的重要指标之一。第一节概述钻孔弯曲的影响钻孔弯曲度若超过了地质设计的要求，不仅给钻

4、进工作带来很多困难，重要的是对地质勘探成果造成严重的危害。（一）在地质工作方面。钻孔过度弯曲不仅会降低取心质量，而且不能穿过预定的见矿点，或者从设计的勘探线偏到另一条勘探线，从而得不到符合客观实际的地质资料，造成地质情况失真，影响对矿床的合理评价，也给矿山开采设计带来错误。第一节概述（1）钻孔弯曲不能按设计要求穿过预定的构造带（未发现断层）时。会使地质构造的形态和位置被歪曲，如图7‑5a所示。（2）钻孔弯曲使控矿的间距减小或增加时，会造成矿产储量计算失真。图7‑5b为控矿间距减小，就会减少可计算的矿产储量；图7-5c右为控矿间距

5、增大，会使储量级别降低。（3）钻孔弯曲未见到矿时，会使预计要见到的矿层被打漏掉。如图7‑5c所示。（4）钻孔顺层跑，与矿体平行钻进时，就不能穿透矿体，歪曲矿体厚度，如图7‑5d所示。（5）相邻两个钻孔，若相向弯曲时，可能把小矿体歪曲成大矿体。如图7‑5e所示。第一节概述（二）在钻探工作方面（1）钻孔弯曲过大，钻具回转阻力增大，造成钻具在孔内回转困难。（2）钻孔弯曲过大，容易引起钻具折断，同时升降钻具、起下套管也很困难。（3）因钻具的一部分紧贴孔壁，难于确定合理的真实的孔底钻压，压力损失大，不仅增大了动力消耗，而且金刚石钻进开不出

6、高转速。（4）弯曲严重的孔段，如岩（矿）层破碎不完整，受钻具的强烈敲击。极易引起孔壁坍塌、掉块，从而造成卡、埋钻事故。（5）在弯曲的钻孔中发生孔内事故不易处理，往往使孔内事故更加复杂化。（6）因钻孔弯曲而达不到地质设计要求，就必须纠斜，从而增加工作量，影响施工进度。第一节概述综上所述，钻孔弯曲既影响钻探施工的速度，又关系到矿产储量计算、矿体空间位置和岩层构造的准确性，因此，在钻探工作中必须根据引起钻孔弯曲的原因，积极预防钻孔弯曲，并按规定要求及时准确地测量钻孔弯曲度，掌握钻进中孔身的空间位置，如果钻孔偏斜的方向和角度超过地质设计

7、要求，就应采取措施进行矫正，将钻孔弯曲度控制在允许范图内。第二节钻孔弯曲的原因钻孔之所以发生弯曲，是粗径钻具在回转碎岩过程中偏离设计钻孔轴线方向而引起的。一般促使粗径钻具偏斜的因素有二：一是钻头底面受到偏斜力矩或粗径钻具受到与设计钻孔轴线不一致的斜向力；二是孔壁对粗径钻具导向不够或粗径钻具刚性差。造成粗径钻具的偏斜条件主要有：岩层的岩性及产状、地质构造以及某些特殊地层等；钻探设备的质量及安装、开孔钻进以及粗径钴具结构尺寸等；钻进方法、钻进技术参数及操作技术等。因此，产生钻孔弯曲的原因可以简单归纳为：地质构造、施工技术和钻进工艺三

8、个方面。第二节钻孔弯曲的原因一、地质构造方面的原因由于钻进不同的地层以及岩层的产状不规则，软硬不均或松散无胶结或胶结差的破碎带、砾石层、断层、溶洞等地质条件的因素是造成钻孔弯曲的重要原因之一。1.各向异性的岩层对有层理和片理构造的岩石。当外力垂直其层面或平行其片