绳索取心钻进现场简易造斜技术应用

田 龙

（广东省核工业地质局291大队，广东 佛山 528100）

我队在2017年某区进行铀矿普查勘探任务，最后一个钻孔施工时揭露到较好矿体，该孔设计孔深162m，矿体位置154.10-155.42m，视厚度仅1.32m，采用NQ绳索取心钻进，由于班长操作不慎，未采取有效措施，一个回次直接穿过（进尺2.30m）。后经地质技术人员核查，矿心长度仅0.45m，矿心采取率34.1%（规范要求≥75%），采取率严重不足，该孔面临报废问题，为了补取矿心，当时有两种方案，“移孔重打”或者“定向造斜补取”，主要考虑的因素有：

（1）该矿体深度基本接近终孔位置，重新施工经济效益最差。（2）本项目接近尾声，临近项目野外验收，重新施工极有可能导致项目延期。

（3）若购买成套的连续造斜器，经询问兄弟单位，在硬岩地区使用常规连续造斜器（本项目主要地层为中-微风化花岗岩）定向效果并不好，再加上成本花费比较大，此方案被否决。

（4）该孔设计倾角75°，结合矿体倾角，非常有利于定向偏斜（只需改变顶角），且项目管理部有现成的φ59mm钻杆，采用小一级口径定向偏斜，有先决的前提条件，可节省不少成本。

（5）该构造部位成矿潜力大，是本项目续作重点研究的方向。若采用定向偏斜、钻进补取矿心的方案，可为我单位积累宝贵的施工经验，意义重大。

1 定向偏斜主要思路

结合现场实际，采用定向偏心造斜主要的工序有：人工架桥造底→下造斜器→小一级口径定向造斜→扩孔扫孔→正常补取心。

结合矿体位置、岩性、孔壁条件和岩心管长度，决定在149m处进行人工造底，选用高标号水泥从孔底封至140m处，待水泥硬化后，扫孔至149m，投入硬石卡料（有助于管靴坐稳落实，提供稳定的造斜反作用力）。本项工作在加工制作偏心楔时就已做好，同时做好冲孔、洗孔工作，保持孔内、孔壁干净。

2 造斜器加工

该造斜器主要有两部分组成，图1中的偏心楔和图2中的固定靴，两者以螺纹连接，现场下造斜器之前需将两者焊死，焊缝处应打磨光滑，本造斜器为一次性使用，后期不再回捞。

图1 中，偏心楔圆弧面竖长5.0m，总长5.5m，由硬质钢材实体加工而成，并设定圆滑面（工作面4）曲面半径为61mm，偏心楔外曲面半径73mm，两侧焊接牢固并做光滑处理；固定件上部通过丝扣直接连接φ59mm钻杆，通过其下的万向滚珠可使偏斜楔固定在下垂力最大的方向上。固定件通过铆钉方式暂时连接偏心楔，为增大剪断下移量，固定件下部靠近偏心楔工作面部分做圆滑倒角处理，参见图1中的3。此偏心楔加工的要点是要保证内外曲面半径合理，工作面（造斜面）光滑耐磨，外形竖直，尤其是偏心楔上部因厚度较薄，后期焊接及热处理时易发生变形，这将直接导致造斜失败，因此加工处理后的偏心楔必须保证变形合理，其顶部只能外翻，不能内收，最好保持竖直。

图2中的配重块是在加工偏心楔过程中，利用比较完整的废料，稍做加工处理，以铆钉的形式铆接在固定靴中，以增加下垂力，保证定向的准确性，外径73mm，总长2.0m。另外固定靴底部加工成齿状，下放人工桥底时容易堑咬在硬质卡料里，以增加咬合力，提供稳定的造斜反作用力，上述准备工作完成后，正式进入下放、定向、偏斜、钻进过程。

3 定向造斜钻进

（1）造斜器下放、定向

做好现场准备工作，按造斜器总长8.0m，孔底149m计算，算出最后一杆的准确机余为2.45m；另外重点检查焊接缝隙、造斜器变形特性、万向滚珠转动的灵活性以及铆钉的连接性。用φ59m钻杆连接造斜器，缓慢匀速下入孔内，接近孔底149m处时，用人力扭转钻具，重复上提下放多次，直至最后加压剪断铆钉，位移控制在0.10m左右。提钻检查，确认定向成功后，灌水泥固定，待硬化后可进行下一步工序即定向偏斜钻进。

（2）定向偏斜钻进

用φ59m（短岩心管，不带内管）以慢速、中压造斜，造斜之前宜开大泵量再次冲孔洗孔，首回次进尺不超1m，如若长时间不进尺、声音剧变、回转阻力突然增大时应立即提钻检查，切不可强压、长时间回转。

正常造斜钻进至5m后改用φ75mm钻具带导正器扩孔扫孔（短岩心管，不带内管），注意，导正器一定选用连体式，不能选用分体式，防止掉落孔内造成二次事故。用φ75mm稳定钻进10m后，可转为正常钻进。

定向偏斜钻进是本次矿心补取所有工序中最关键的环节，力求“稳定、匀速”，切不可“冒进”。在定向造斜钻进之前，通过计算，理论上在145.4m处开始造斜，为此现场技术人员时刻蹲点，并由机长亲自操作，稳扎稳打，实际在145.3m处开始造斜。此项工序前后历时两天，除中间因掉块导致下方钻具不通畅之外，并未发生其他意外事故，顺利完成造斜段施工。

4 补取矿心

技术人员通过查看现场矿心，并询问机台施工过程，认为第一次矿心采取不足的主要原因是：在矿心位置钻进时没有采取特别措施，仍然按常规参数钻进，为此汲取上次经验教训，结合矿心破碎特点，现场制定出以下技术措施：

（1）短回次进尺，每回次基本控制在0.5m左右，避免岩心堵塞自磨。

（2）精确选用钻头，卡簧座、卡簧内外径尺寸，使其级配良好。

（3）选用内壁光滑的岩心容纳管，且每回次内管均涂抹高黏黄油，起到降震、减轻磨损、防止掉落的作用。

（4）采用慢速、中压、小泵量的参数钻进，由经验丰富的机长亲自操机。

（5）打捞岩心管一定要稳、速度要均匀。

采用上述技术措施后，矿心长度由原来的0.45m增加到1.05m，矿心采取率79.5%，最终评定为优质孔。

5 几点想法

（1）部分机长提出，如果按规范规定的0.2°～0.5°/m造斜，偏斜楔加工质量可靠、圆曲面光滑，工作面硬度和耐磨性优良、焊接热处理效果好（不变形或变形很小）的情况下，可直接采用同级造斜，将直接减少一步工序。技术人员曾考虑，现场加工条件难以同时满足上述几个先决条件，同级造斜曲率取值较小，如果按曲率0.4°/m加工偏心楔，工作面（造斜面）至少11m长，按此加工的话，造斜器顶部为很长的尖窄的造斜面，难以提供稳定的造斜支撑力，又因自身稳定性不足，间隙窄，极易造成挤死、顶死等事故。为保守起见，采用小一级造斜导向，然后换径扩孔，最后转为正常钻进取芯，对于同级造斜方法的可靠性，还应留在后续工作中创造条件加以验证。

（2）采用小一级口径造斜将大大降低对偏斜楔的加工要求，但在实际焊接热处理过程中，我们发现偏斜楔依然变形（不规则弯曲）过大，后续热处理保证其整体性是关键。

（3）本次定向造斜钻进旨在补取矿心，本次实例中，先用φ59mm钻具造斜，因小口径工艺同大口径（相对而言）工艺比较而言，岩（矿）心采取率具先天性劣势，因此必须换径扩孔，改用φ75mm钻具才能尽可能保证岩（矿）心采取率。

（4）钻孔事故类型各式各样，处理的方法不尽相同。针对某种孔内事故，实际采用何种方案，必须综合考虑，而不能一味地套用。现阶段往往因成本制约，事故处理只求简便、求快捷，使事故处理不彻底，常带着隐患钻进，从而造成二次更大的事故，经济效益蒙受巨大损失，得不尝试，我们应该更正观念，从项目上、单位上宏观着想，处理方法选择上必须朝着彻底解决、不留隐患的方向发展，长此以往，必将产生可观的经济效益。