摘要：本文結合在羅圓井田的定向斜孔勘查鉆探施工，介紹施工設備、鉆具組合、鉆孔結構、鉆進(jìn)技術(shù)參數等，確保羅圓井田鉆探施工鉆孔達到各階段質(zhì)量標準要求。

　　1概述

　　羅圓井田的定向斜孔采用直孔段－定向增斜段－穩斜段的孔身結構，其中增斜段和穩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定方向（頂角，方位）鉆進(jìn)。為達到此目的，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造斜設備與機具

　　造斜時(shí)使用DST隨鉆檢測系統，鉆進(jìn)時(shí)由放置在Ф105mm無(wú)磁鉆鋌內的DST-25型隨鉆測斜儀測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系統計算機處理后顯示于監視屏及司鉆顯示儀隨時(shí)監測調整。

　　造斜鉆進(jìn)時(shí)使用5LZ95螺桿鉆，它是一種容積式井底馬達（PDM）由旁通閥總成馬達總成萬(wàn)向軸總成等部件組成。工作時(shí)，高壓鉆井由Ф73mm鉆桿內進(jìn)入螺桿鉆后，液體的壓力使鉆具中心的轉子旋轉，從而把回轉扭矩和鉆壓傳遞給鉆頭，達到鉆井的目的。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馬達壓降3.2Mpa鉆頭轉速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擴孔器擴孔；

　　3.4定向造斜段：Ф118mm金剛石復合片鉆頭+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(zhuān)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計目的明確，孔內情況清楚的前提下，控制鉆孔方位和頂角都是依靠造斜鉆具實(shí)現的，兩者既聯(lián)系密切又相互制約。只有按預定的方位增﹙降﹚斜造斜才是最有效的；調整方位則會(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)調整斜向器的裝置角即螺桿鉆的工具面向角來(lái)實(shí)現的，它包括頂角的單獨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定向方法為了對斜向器裝置到預定的方位上，在鉆進(jìn)前準確測定斜向器在孔底的實(shí)際方位與預定裝置方位的偏差，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(xiàn)隨鉆測斜儀下放至螺桿鉆上部的定向接頭內，當測斜儀底部引流鞋的缺口進(jìn)入定向鍵并定位后，即可在監視屏上讀取鉆孔的頂角方位角和工具面向角，與設計的工具面向角對比調整后，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(xiàn)的連續作用的側向力，使鉆頭側向切削巖石，從而實(shí)現造斜鉆進(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(zhuān)用水龍頭，能達到預定的造斜施工目的。

　　造斜鉆進(jìn)是使鉆孔在人工控制下向預計的方位和頂角鉆進(jìn)。斜孔段應盡量保持均勻的造斜率，避免急彎，以利于穩斜鉆進(jìn)和減少復雜情況。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)穩斜鉆進(jìn)測井等作業(yè)，即使出現孔內事故也較容易處理。

　　造斜鉆進(jìn)時(shí)，調整好工具面后，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)達到，根據鉆進(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。調整工具面和反扭矩就整鉆壓。當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)參數取得了較高的鉆進(jìn)效率和造斜效果，據不完全統計：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)參數和鉆頭選型等方面加強研究并加以應用。

　　鉆完一個(gè)單根時(shí)，一般要認真劃眼2-3次，以消除因鉆進(jìn)速度快孔壁不規則而形成的臺階凸凹不平等影響鉆進(jìn)的因素。劃眼后將有線(xiàn)隨鉆測斜儀提出定向鍵，提升至主動(dòng)鉆桿內，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(mǎn)足地質(zhì)要求，又要保持鉆孔軌跡達到定向斜孔設計目的；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形成很大的斜度，同時(shí)又有方位的變化，在彎曲應力作用下，鉆具易折斷；在鉆孔彎曲的影響下，鉆機回鉆載荷增大，提升鉆具困難，長(cháng)時(shí)間的大負荷運轉易損壞鉆機傳動(dòng)系統；因孔斜形成的重力分力作用下，鉆壓到達不了鉆頭見(jiàn)煤反應不明顯，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事故。

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

　　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，以減少上下鉆具阻力，達到降低孔壁拉槽危險的目的，實(shí)踐證明效果顯著(zhù)，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)工藝根據我隊現有鉆頭到設備和斜孔取芯的要求及操作習慣，我們選擇了以下的鉆進(jìn)參數：

　　在施工過(guò)程中采用以上的工藝和鉆具級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(zhù)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，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率，臺月效率達到310米，經(jīng)濟技術(shù)效果顯著(zhù)。

　　5結束語(yǔ)

　　運用該項技術(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劉莊煤礦供料孔糾斜等項目的施工，造斜成孔快，精度高，糾斜效果顯著(zhù)，也使操作人員的技術(shù)水平能力得到了提高。