巴彦乌拉地浸孔钻孔偏斜的控制措施

巴彦乌拉地浸孔钻孔偏斜的控制措施

闫龙

核工业二0八大队  内蒙古 包头 014010

摘要：钻孔偏斜是指钻孔的实际轴线相对于设计轴线的偏离程度；是钻探领域评定钻孔质量的重要指标之一，尤其是在地浸钻孔施工中，钻孔偏斜不仅会造成矿山采矿的溶浸死角，也会增加二次成井工艺的切割难度，同时作为施工方，难免因钻孔偏斜造成巨额的经济损失；为切实提高钻孔质量，控制钻孔偏斜所导致的不良影响，现将本人在该地区施工时的指导措施及取得的效果作出阐述。

近几年各大采铀矿山多采用地浸新工艺（可更换过滤器式），该工艺的创造思路源于对填砾式地浸钻孔的修井工艺，其对钻孔质量控制得到了较大的改善，例如：逆向注浆——有效解决了漏点问题，反向投砾——改善了填砾架桥和填砾高度不易控制的难题，同时，钻孔偏斜问题得到了凸显，矿山管理对钻孔偏斜的重视程度也提升了新的高度，针对巴彦乌拉地浸矿山钻孔偏斜问题，综合考虑地质因素、设备选型、钻头类型、钻具级配以及钻进参数等技术问题，通过现场的试验比对，总结了有效控制钻孔偏斜的措施，孔斜控制率得到了大幅提升。

关键词：地浸采铀  钻孔偏斜  粗径钻具  加重钻具

1、偏斜距与偏斜角

根据三角函数我们可以得到：

Sinθ=偏斜距离/钻孔深度

其中：Sinθ表示角度的正弦值；

θ表示弧度；

将钻孔偏斜距1米和深度100米带入上式可得：

Sinθ=1/100

然后可以通过反正弦可以算出角度：

θ=arcsin（1/100）

最后，通过计算可得到角度约为0.09999弧度，转换为角度约为0.573度，所以说百米偏斜距为1米时，偏斜角度约为0.573度。

2、钻孔偏斜对矿山采矿及钻探施工的影响

2.1造成溶浸死角

巴彦乌拉地浸矿山采矿钻孔施工不同于地质勘查、普查及评价项目，钻孔施工间距大幅度减小，钻孔孔距平均分布为25m*25m；钻孔偏斜会严重影响铀矿浸出，偏斜严重甚至出现溶浸死角，导致矿产损耗，造成矿产资源浪费。

2.2井管安装受阻或出现漏点

在该地区施工期间，多次出现井管安装受阻，中途上提井管下钻扫孔的现象，通过比对测井数据，遇阻部位均有较大偏斜，下钻后钻头在偏斜处多次修复，其目的为减小其偏斜角，消灭台阶；井管安装通常采用UPVC接箍，下管时使用生料带以及703胶密封，钻孔偏斜角度过大，则使井管产生弯曲，而连接部位往往是井管柱最为薄弱的环节，造成井管安装出现漏点。

2.3对二次切割的影响

切割开窗是二次成井工艺钻孔施工的关键环节，也是该工艺中技术要求较高的部分，经过不断摸索与反复试验，最终将切割工艺确定为采用单刀片自下而上的切割方式，切割不仅要割破一次成井安装的井管，还要将固井水泥及孔壁的泥皮清理干净，钻孔偏斜主要影响切割刀具对UPVC井管的切割，偏斜过大切割刀具不能垂直介入井管的纵向纹理，从而导致UPVC井管的不均匀破碎，造成井管切割不顺畅，甚至造成井管开裂，无法正常下入过滤器。

2.4造成施工卡钻

卡钻的类型有很多，但合理运用冲洗液，可大幅降低卡钻风险，该地区地层结构相对稳定，发生卡钻事故的情况也相对较少，但由于操作不当而引起钻孔偏斜严重，导致卡钻事故发生的案例在该地区也时有发生。前面有提到过，该地区上段泥砂变层频繁，钻压过大，导致钻头受力不均，从而引发“急转弯”式的钻孔弯曲，这是导致引起卡钻事故的直接原因。

2.5钻头及钻杆折断

立轴式岩心钻机多采用地质通用的直径为φ60mm钻杆，扩孔钻头直径为φ215.9mm，该级配对钻杆强度要求较高，钻杆承受的扭矩较大，钻孔偏斜会进一步加大钻杆所承受的扭矩，因此钻孔偏斜会导致钻杆及钻头部位的折断。

3、钻孔偏斜的控制措施

3.1地质因素

在钻进过程中，地质因素是导致钻孔偏斜的重要原因之一。钻进地层的硬度、强度和完整性不同，这些差异都会导致钻头受力不均，从而使钻孔发生偏斜。此外地层倾角、倾向、断层、溶洞等地质构造也会影响钻孔偏斜，比如，当遇层角δ<15o时，钻头有顺势跑的趋势；当遇层角15o <δ<30o时，钻头有顶层进的趋势。

巴彦乌拉矿床地层结构相对简单，自上而下基本由古进系伊尔丁曼哈组（E2y）、赛罕组上段（K1s2）和赛罕组下段（K2s2）组成，根据测井数据显示，容易造成钻孔偏斜的部位基本为赛罕组上端（K1s2），其地层分布为泥沙互层，致使钻头受力不均导致钻孔偏斜，立轴式岩心钻机可适当减小钻压，避免变层处出现钻头受力不均的情况，为弥补减压钻进造成的进度缓慢可适当增大泵量。即：立轴式岩心钻机钻进该层位采用小钻压、大泵量的钻进方式。

3.2设备选型

根据历年施工经验，可优先选择水源钻机施工；钻进效率高，孔斜控制好。配备φ89mm钻杆和φ159mm钻铤两根，长度约18m，基本可以满足钻进所需要的孔底压力并能起到控制钻孔偏斜的作用。（ 表3-1 2019年钻孔偏斜情况一览表）

表3-1 2019年钻孔偏斜情况一览表

3.3钻头类型

不同地层选用不同类型的钻头，钻头的选型不仅决定钻进效率的高低，也对孔斜控制起到至关重要的作用，巴彦乌拉地浸新工艺钻孔裸眼终孔直径φ215.9mm，水源钻机采用一径到底的钻进方式，根据地层结构选用刮刀式三翼钻头，可有效提高上段泥岩层的钻进效率，配合使用加重钻具，降低钻柱重心，基本可满足该工艺对孔斜控制的规范要求；立轴式岩心钻机在钻孔偏斜控制方面相对较差，源于其功能性问题，为能拓宽施工机型，降低成本，从工艺角度弥补功能性缺陷，采用φ151mm三翼钻头，钻进至终孔深度后，更换φ215.9mm扩孔钻头扩孔至孔底，扩孔钻头要有与裸眼尺寸相符的导向器长度约1米，可有效控制扩孔偏移的问题。

3.4粗径钻具

粗径钻具主要用于立轴式岩心钻机，对该地区孔斜控制起到了至关重要的作用，用于φ151mm钻头钻进时使用，钻具级配：151mm钻头+140mm粗径钻具+60mm钻杆+89mm立轴；粗径钻具选用φ140mm厚壁管材，为保证冲洗液流通顺畅，在管材外壁车磨螺旋凹槽，螺旋选方向与其正常钻进时钻具旋转方向相同，管材顶部变径处的圆弧设计为减少提钻遇阻问题（见图3-1 粗径钻具设计图），粗径钻具使用后，不仅可有效控制钻孔偏斜，而且对该地区泥岩缩径后的孔壁二次修复也有显著效果。

图3-1  粗径钻具设计图

4、现场应用效果

4.1试验前后对比

本次试验选用了3台岩心钻机对粗径钻具的应用进行对比，经比对，使用粗径钻具后机台钻孔偏斜得到了明显改善。（见表2-2 2021年钻孔偏斜情况一览表）

表2-2 2021年钻孔偏斜情况一览表

4.2经济效益

由上表通过计算可以得出，粗径钻具使用前后，钻孔偏斜得到了明显改善，钻孔偏斜率由原来的38.09%提升至10.16%，制止发生经济损失8万元。

5、结论

钻孔偏斜的预防与应用，极大程度提高了地浸钻孔施工质量，为后续地浸钻孔施工奠定了良好的基础，具有在该地区进行钻孔施工的指导性作用，同时在地质勘探领域也具有一定的参考的价值。

参考文献：

[1]李柏军 宗绪永 通辽钱家店地区采铀钻孔矿层部位冲洗液配比研究 核工业二四0研究所

[2]放射性固体钻探工教材解析