于保國(guó)

（河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000）

金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)詳細(xì)勘察的勘探深度要從基礎(chǔ)底面算起，是可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的深度。金礦復(fù)雜地層的深度不是一個(gè)長(zhǎng)度的概念，可以理解為高程。在實(shí)際勘察時(shí)，并不會(huì)提前知道勘察深度的，因?yàn)椴恢莱至拥木唧w所在位置。所以要從地面開(kāi)始鉆探，一直鉆到認(rèn)為可以作為持力層的地方為止。由于傳統(tǒng)鉆探設(shè)備，為鉆頭鏈接在鉆桿上的鉆具，鉆頭通過(guò)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)而鉆進(jìn)。在深孔鉆探時(shí)，一是鉆桿在深孔變形，二是動(dòng)力難以傳送到深部，三是孔內(nèi)事故多，四是更換鉆頭需提出所有鉆桿。另一方面，金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探每根鉆桿直徑大概100mm，所以鉆孔直徑也大致相近。隨著套管的逐漸下入，即便現(xiàn)在進(jìn)行普通的地質(zhì)鉆探，要想保證鉆桿豎直而不偏斜也是很困難的。因此，傳統(tǒng)鉆探設(shè)備難以打更深的孔?；诮鸬V復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探的要求，必須要轉(zhuǎn)變深孔鉆探思維，優(yōu)化鉆孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探的鉆孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高?？紤]到前期的施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔設(shè)計(jì)一般在三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上預(yù)留一級(jí)。在130mm處進(jìn)行開(kāi)孔，穿過(guò)覆蓋層下入127mm套管，然后采用擬l10mm口徑鉆進(jìn)穿透上部破碎地層，下入108mm套管，當(dāng)遇到金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)普通方法無(wú)法處理，可擴(kuò)備用孔徑96.5mm[1]。設(shè)計(jì)鉆孔工藝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

對(duì)于優(yōu)化后的鉆孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，在增加備用孔徑的基礎(chǔ)上精準(zhǔn)控制鉆孔的鉆壓值。金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)巖石的研磨性、可鉆性，金剛石鉆頭的粒度，都會(huì)影響鉆孔精度，降低鉆頭壽命，甚至使鉆頭折斷。在一定的范圍鉆進(jìn)速度會(huì)隨著鉆壓的增加而提升，妨礙作業(yè)，引起鉆頭折損或阻礙切削液進(jìn)入孔內(nèi)。面對(duì)以上情況，可分別或聯(lián)合采用增大進(jìn)給量、斷續(xù)進(jìn)給、修磨橫刃等方法提高鉆進(jìn)效率的同時(shí)降低鉆頭消耗。消除因鉆壓值引起的問(wèn)題。與此同時(shí)，短碎的鐵屑使冷卻液更容易流至鉆尖，進(jìn)一步改善了加工過(guò)程中的散熱效果和切削性能。而且因?yàn)樾略龅膫溆每讖酱┝算@頭的整個(gè)溝槽，經(jīng)過(guò)多次修磨之后依然能夠保持其形狀和功能。除上述功能改善外，值得一提的是該設(shè)計(jì)強(qiáng)化了鉆體的剛性，顯著地增加了單次修磨前鉆孔的數(shù)量。

擴(kuò)孔是鉆孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)優(yōu)化的必然選擇。刀夾的擺動(dòng)對(duì)孔徑和孔的定位精度影響很大，因此當(dāng)?shù)秺A磨損嚴(yán)重時(shí)應(yīng)及時(shí)更換新刀夾。鉆削小孔時(shí)，擺動(dòng)的測(cè)量及調(diào)整均較困難，所以最好采用刃部與柄部同軸度較好的粗柄小刃徑鉆頭。使用重磨鉆頭加工時(shí)，造成孔精度下降的原因多是因?yàn)楹竺嫘螤畈粚?duì)稱(chēng)所致?？刂迫懈卟羁捎行б种瓶椎那袛U(kuò)量。鉆孔的精度主要由孔徑尺寸、位置精度、同軸度、圓度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素構(gòu)成[2]。

2 金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探的鉆孔偏斜控制

考慮到金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)的硬性條件，地下可能有剛性的地層也可能有韌性的底層，底層分布很復(fù)雜，高溫高壓，這些不但提升了鉆探的難度，也造成鉆探鉆孔偏斜的原因比較復(fù)雜。

要想實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探的鉆孔偏斜控制，必須了解地溫梯度，也就是深度每增加1000m時(shí)溫度隨之增加25℃。一萬(wàn)多米的深度，溫度也達(dá)到了200℃～300℃，從上到下溫度逐漸增加，在這么高的溫度且溫度分布不均勻的情況下，鉆桿很難保證剛性不變形，一旦變形或者偏斜，再進(jìn)行校正是很困難的。基于全角半距法對(duì)金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探的鉆孔偏斜距離進(jìn)行計(jì)算。設(shè)實(shí)際鉆孔偏斜距離為NQ，可通過(guò)下式計(jì)算：

式中：βi指的是方位角差；li指的是控制測(cè)程；licosαi指的是垂直位移指的是累計(jì)垂直位移；lsinα指的ii是各測(cè)程水平長(zhǎng)；指的是沿線(xiàn)位移；指的是累計(jì)沿線(xiàn)位移；指的是脫線(xiàn)位移；指的是累計(jì)脫線(xiàn)位移。

當(dāng)θ=0時(shí)，即為對(duì)應(yīng)孔深處的實(shí)際鉆孔偏斜距離，公式（2）可換算為：

利用全角半距法，可對(duì)鉆孔偏斜量進(jìn)行實(shí)時(shí)精確地計(jì)算。再具體施工前不要急于落鉆，應(yīng)首先進(jìn)行找正。找正有靜態(tài)找正和動(dòng)態(tài)找正。所謂靜態(tài)找正，就是指在鉆床啟動(dòng)之前進(jìn)行找正，使鉆床主軸中心線(xiàn)與工件十字線(xiàn)交點(diǎn)對(duì)正，較為易于掌握。但是由于未考慮例如鉆床主軸的擺動(dòng)等不確定因素，鉆孔精度較低。動(dòng)態(tài)找正是在鉆床啟動(dòng)后進(jìn)行找正，在找正的同時(shí)，把一些不確定因素均考慮在內(nèi)，精度相對(duì)較高[3]。這樣一來(lái)，可以使施工技術(shù)人員及時(shí)準(zhǔn)確掌握施工鉆孔孔內(nèi)情況，控制鉆孔偏斜狀況。通過(guò)金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)鉆探的鉆孔偏斜距離分析孔內(nèi)地層情況。一旦在施工過(guò)程中出現(xiàn)偏斜的情況，所造成人力、財(cái)力上的損失都是不可及時(shí)止損的。因此，必須在正式施工之前做好預(yù)防、檢測(cè)工作。在鉆探施工過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)鉆孔出現(xiàn)了較大的偏斜，應(yīng)根據(jù)金礦復(fù)雜地層深部地質(zhì)具體情況采取最恰當(dāng)、有效的方法進(jìn)行糾偏。

3 結(jié)語(yǔ)

由于鉆探工作向復(fù)雜地層深部地層開(kāi)展，面對(duì)越來(lái)越艱難的鉆探施工條件及復(fù)雜的深部地層狀況，對(duì)鉆探的鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也更加嚴(yán)格?；诮鸬V復(fù)雜地層深部地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)鉆探的鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，致力于解決鉆孔偏斜問(wèn)題，采用全角半距法計(jì)算模型可準(zhǔn)確、方便地計(jì)算鉆孔實(shí)際偏斜距離，保證鉆孔工程高質(zhì)、高效地進(jìn)行施工作業(yè)。