关于煤田钻探中钻孔弯曲的研究

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1、关于煤田钻探中钻孔弯曲的研究【摘要】对钻孔弯曲的危害、产生原因、预防及纠正方法进行了探讨，对于煤田钻探中做好钻孔弯曲的防治工作具有一定的参考意义。【关键词】煤出钻探；弯曲；原因；预防；纠正1钻孔弯曲对煤田钻探产生的危害（1）钻探过程屮增加了钻具和孔壁之间的摩擦阻力，造成钻具磨损;回转和升降困难，易引起钻杆无用功的消耗，缩短钻具的使用寿命。（2）钻进施工中钻头压力不能直接加压到孔底，否则压力将一部分消耗在钻具上，一部分消耗在弯曲钻孔的孔壁上，从而降低钻进效率，增加钻探成本，浪费材料，延长勘探时间。（3）钻杆在孔内弯曲段钻进剧烈敲击孔壁，造成不完整岩层的坍塌掉块，容易引起卡钻、折断

2、钻具、孔内拉槽等事故发生。（4）直接影响地质资料的可靠性。钻孔弯曲会造成地质人员分析错误，不能正确判断地质情况，引起很大的损失。如有时会把断层打掉，煤层打丢，达不到地质设计目的；另外，会使所控制的煤层深度变浅，影响储量圈左级别。2钻孔弯曲的原因造成钻孔弯曲条件的原因大致可分为三类，即地质、技术和工艺因素。2.1地质因素影响钻孔弯曲的地质因素主要是岩石的构造特征和岩层的软硬相兼性。地质因索是客观存在的，无法避免，只能通过工艺技术措施來减弱它的促斜作用。2.1.1岩石的构造特征岩石木身具有层理、片理等构造特征，当钻头在倾斜岩层中钻进时,岩石的破碎效率不高，钻头易沿岩层倾斜方向钻进，

3、钻孔极易产生垂直于层面的弯曲。2.1.2岩层的软硬交替性钻孔以锐角穿过软硬交替的岩层界面，从软岩层进入硬岩层时，由于软、硕部分抗破碎能力的不同，使钻孔朝着垂直于层面的方向弯曲；而从硬岩层进入软岩层时，则钻具有偏离层面垂线方向的趋势，但由于上方孔壁岩性较硬，限制钻具偏倒，使钻头基本保持着原來的方向钻进。2.1.3易发生钻孔弯曲的特殊地层（1）在松软或较松软的第四系地层内，如遇到大砾石，钻孔易沿砾石斜面弯曲。（2）钻孔遇到裂隙地层，而裂隙的方向与钻孔的方向相近时，钻孔沿裂隙方向延伸。（3）越是断层节理发育，岩脉穿插多的地层，钻孔越易偏斜，且递增幅度大。2.2技术因素技术因素具有人为

4、性质，一般可以采取相应措施进行避免。开孔施工前，钻机基础不平，立轴不铅垂，未下孔口管或孔口管方向不合耍求都会产生钻孔弯曲，这些因素会对以后的钻孔继续延伸产生严重的影响。钻进过程中造成钻孔弯曲的技术原因主要是钻具的结构和尺寸不合理。现行的钻进方法屮，为了保证冲洗液畅通、排除岩屑，钻头直径往往大于钻杆柱直径，同时，钻头在钻进过程中不可避免地还要产生一定程度的扩壁，所以孔壁与钻具Z间的空隙必然存在。钻进过程中必须对钻头施加轴向压力，由于存在孔壁间隙，而钻杆柱为一细长柔性杆件，在压力的作用下，钻杆柱将产生弯曲变形，轴向压力将沿弯曲钻杆产生水平分力，所以，使钻具弯曲的力也是客观存在的。钻

5、具越长，在轴向压力作用下越易被压弯，即使孔壁间隙不大也会使钻孔产生较人的弯曲。2.3工艺方面的原因影响钻孔弯曲的工艺因素，主要是钻进方法和钻进规程参数。不同的钻进方法对岩石具有不同的破碎机理，产生不同的孔壁间隙。钢粒钻进时产生的孔壁间隙最大，因此产生的钻孔弯曲程度最大。硬质合金钻进时孔壁间隙次之，一般钻孔弯曲程度中等。金刚石钻进孔壁间隙最小，通常只有1〜3mn),在钻具刚度足够时，钻孔弯曲最小。钻进规程参数是影响钻孔弯曲的重要因素。钻压过大，会造成钻杆柱甚至钻具弯曲，使钻头紧靠孔壁一侧，使得钻具与孔壁摩擦阻力增加，钻具只围绕自身轴线自转而不作公转，此时钻具倾斜面冇固定方向，从而

6、导致钻孔弯曲。转速过高，钻杆柱回转离心力增人，从而加剧了钻具的横向振动和扩壁作用，导致孔壁间隙增加。同样，如果转速过低，钻具与孔壁长时间研磨，也会扩大孔壁间隙。钻进中冲洗液量使用过大，在较软的岩层中，会冲刷、破坏孔壁，扩大孔壁间隙。由此可见，钻压、转速、冲洗液量等钻进规程参数的选择不当，都会造成钻孔弯曲。3钻孔弯曲的预防3.1在设计钻孔时应考虑到钻孔弯曲预防2.1.1按照地层条件设计钻孔按勘探网布置钻孔时，尽可能使钻孔垂直于岩层层面及岩层走向。对于松软、硫松、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。对于

7、软硬不均，层理、片理发育的地层，所设计钻孔的方向应力求与层理面垂直。3.1.2按钻孔弯曲规律设计钻孔对具有明显孔斜规律的地层（如具有明显各向异性的岩层）或岩层倾角较大，钻孔轴线无法与之垂直相交的地层，就应在保证达到见矿点的空间位置不发生较大位移的前提下，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”。其具体要求如下：（1）顶角的设计若已知的钻孔弯曲规律是方位基本稳定而顶角偏离设计孔值较大时，应改变顶角的设计，使之能达到预定见矿点的位置。（2）方位角的设计若已知钻孔弯