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摘 要：本文主要阐述了受控定向钻探技术在科钻施工中的应用，结合工程实例，重点介绍了人工孔底的建造方法、钻孔侧钻的施工程序，总结了螺杆钻造斜的技术要点和注意事项。
关键词：受控定向钻探；封孔；侧钻；螺杆
目前，钻探技术仍是地壳探测工程唯一有效的证实手段。我国科学钻探与固体矿床勘探孔深很多已超过3000m。随着钻孔深度的增加，出现了一系列难以预料的孔内施工难题。孔内事故的处理（绕障）、钻孔轨迹的控制、油气田的增产以及危机矿山的救治都离不开受控定向钻探技术。
本文着重介绍封孔侧钻技术在南岭NLSD-1科钻孔中的实际应用。由于该孔地层强促斜，钻孔顶角自然上漂造斜率5～8°/100m，为满足科钻质量要求，必须采取纠偏措施，以及为保证特殊地层岩心采取率，某些孔段采取被迫先取心后封孔侧钻纠正钻孔轨迹的方法。本科钻孔利用了5LZ73、YL65、YL54系列螺杆钻、LHE-2000随钻定向仪、FYD-2200全液压动力头式钻机等机具。在南岭NLSD-1科钻孔中，共进行了三次侧钻及96次造斜（纠偏），收到满意效果，在地层极其复杂的情况下钻孔能够保持正常施工。可以说，受控定向钻探是大陆深部探测不可缺少的辅助手段之一。
1 受控定向钻探在南岭NLSD-1科钻孔中的应用
南岭NLSD-1科钻孔位于江西省赣州市于都县银坑镇银坑矿田内，是由安徽省地质矿产勘查局313地质队承担的《华南于都?—赣县矿集区科学钻探选址预研究》3000m科学钻探工程任务。
该孔设计孔深3000m；钻孔设计开孔顶角0°；钻孔终孔直径≥Φ76mm（实际终孔口径Φ97mm）；钻孔弯曲度﹤1°/100m。该孔共进行了三次侧钻，本文以第三次侧钻为例详细介绍封孔侧钻的施工工艺、特点及注意事项。
1.1 封孔侧钻主要原因
1683.34～1764.36m孔段，为长孔段连续煤系地层。由于该孔段地层胶结性差，软、硬互层，构造破碎，且钻遇大量煤线，因而地层稳定性较差，钻孔易产生坍塌、缩径、岩层错动、孔斜超差等情况。因地层原因而造成如下问题：
（1）钻孔顶角上漂而需造斜纠偏；
（2）为保证重要孔段岩心采取率造成的钻孔轨迹的严重偏离，需封孔侧钻。
为此，经项目部研究决定封孔侧钻，得到课题组批准后，开始具体实施。
1.2 封孔侧钻施工工艺流程
封孔→（透）清孔→磨平孔底→校正孔深→孔斜测量→定向安装角确定→造斜钻头选择及螺杆钻地面试验→地面定向→消除装和差→下钻至预定孔深位置→孔底定向→安装反扭矩装置→螺杆钻启动→造斜钻进→随钻监测→造斜段延伸→提钻→稳斜钻进→扩孔。
1.3 建造人工孔底（封孔）
人工孔底的建造质量关系到侧钻成败，必须十分重视。
根据地层岩性及孔斜情况，侧钻起始点最佳位置在孔深1580.00～1584.00m孔段。因此计划水泥封灌孔段：1570.00～1750.00m，计180m。
1.3.1 灌浆前准备工作
（1）干水泥用量计算
灌注前Φ97mm口径孔深1750.89m，超径系数选1.2，水灰比按0.45；需灌注孔段水泥浆体积计算：0.785*0.097*0.097*180*1.2≈1.59538m3；干水泥用量为：1.59538/0.83≈1.922（吨），实际采购2.0吨干水泥。
（2）替浆水计算
为保证灌浆质量及钻杆安全，采用两段式灌浆方法，替浆水分段计算。
第一次替浆水计算：必须能完全排空Φ71mm绳取钻杆内容积，Φ71m钻杆内径0.058m，总长度1558m（1750-Φ50mm钻杆192m=1558m）--0.785*0.058*0.058*1558+0.1（地面管线损失）=4.21m3；
第二次替浆水计算：0.785*0.058*0.058*（1558-90）+0.1=3.98m3；
（3）水泥及处理剂准备
干水泥用量：P.O42.5普通硅酸盐水泥2.0吨；
三乙醇胺用量（0.1℅）：2.0kg；
NaCl用量（1℅）：20.0kg；
清水用量：900kg（0.45*2.0=0.9吨）；
早强剂用量（3℅）：60kg；
性能：水灰比0.45，水泥浆比重1.83g/m3。
（4）设备、机具准备
钻机、水泵检查及更换易损件：钻机性能状态保持良好；更换水泵皮碗、封水圈等；准备灌浆器具、灌浆钻杆、工具、接头；水泥浆搅拌设备检查及清理；泥浆池、灌浆池清理；清水供应系统检查等。
1.3.2 水泥浆配制方法
材料基本加入次序：清水—干水泥—早强剂—食盐溶液—三乙醇胺。
向搅拌桶内加入225.00kg清水（每次加量由搅拌桶容积决定）—均匀倒入0.5吨干水泥—加入15kg早强剂—（水泥搅匀无团块后）加入5kg食盐融化的溶液—加入0.5kg三乙醇胺—搅匀后放入灌浆池—重复以上程序再配一搅拌桶放入灌浆池—等待灌注。
1.3.3 水泥浆灌注
操作人员分工及岗位安排：分供水岗、统计测量岗、水泥浆配制岗、泥浆泵岗、司钻岗、孔口岗、塔上岗等，并有专人指挥。
（1）浆管线级配（自下而上）
螺旋侧喷式孔底灌浆器长度0.80m—Φ50mm钻杆10立根计191.20m—Φ71mm绳取钻杆—主杆—水龙头—2.0吋高压胶管—泥浆泵。
（2）水泥浆灌注方法及过程
第一次灌浆：
①灌浆器下至孔深1750m处，泵入前置液2.0方（用清水）； 3.2 螺杆钻侧钻造斜操作注意事项
（1）定向时检查并记下仪器检验数据；
（2）钻前应扫清孔内障碍物，孔底应用专用磨孔钻头修平；
（3）泥浆含砂量小于0.1℅，黏度小于25s；
（4）下钻时钻杆丝扣涂抹丝扣油并拧紧丝扣；
（5）下钻时不要过快，以防因旁通阀堵塞造成内部结构螺纹脱扣和岩粉刺坏发动机，或螺杆钻捣在钻孔超径或探头石处损坏螺杆钻及造斜钻头；
（6）造斜钻进中注意观察泵压表，压力不稳时，提起螺杆钻停泵再次试启动，无效时提钻检查；
（7）螺杆钻工作正常，泵压稳定但不进尺或进尺极慢，岩石也无变化，需提钻换钻头，不要盲目加压；
（8）造斜钻进时不得随意提动钻具，以免改变螺杆钻工具面向角，如遇特殊情况，处理完毕后重新定向，再进行造斜钻进；
（9）造斜点、段必须选择中硬以下岩层，避开失稳孔段及有特殊岩心取心率要求的地层；
（10）侧钻施工必须重视人工孔底的建造质量。
4 结语
受控定向钻探是保证深孔钻进成功的重要手段，也是处理孔内复杂事故的有效手段。虽然受控定向钻探自20世纪30年代即已出现，发展到现在技术及机具已相当完备，但其应用于深孔，特别是小口径深孔方面，经验不足，尚有待进一步研究。
参考文献
[1]董树文，李廷栋，SinoProbe团队.深部探测技术与实验研究（SinoProbe）[J].地球学报，2011，32（z1）：6-7.
[2]吴翔，杨凯华，蒋国盛.定向钻进原理及应用[M].中国地质大学出版社，2006：210.
[3]杨泽英，苏长寿，齐立强，等.绳索取心液动锤技术的应用与拓展[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2012，（Z2）：138-140.
[4]张贵义.综合地质基础[M].地质出版社，1992：196.
[5]刘广志.金刚石钻探手册[M].地质出版社，1991：616-621.
[6]固体矿产钻探工[M].地质出版社，1999：393.
[7]呜效鸣，胡郁乐，贺冰新，等.钻井液与岩土工程浆液[M].中国地质大学出版社，2006：210.
（作者单位：安徽省地质矿产勘查局313地质队，探矿工程技术研究所）
关键词：受控定向钻探；封孔；侧钻；螺杆
目前，钻探技术仍是地壳探测工程唯一有效的证实手段。我国科学钻探与固体矿床勘探孔深很多已超过3000m。随着钻孔深度的增加，出现了一系列难以预料的孔内施工难题。孔内事故的处理（绕障）、钻孔轨迹的控制、油气田的增产以及危机矿山的救治都离不开受控定向钻探技术。
本文着重介绍封孔侧钻技术在南岭NLSD-1科钻孔中的实际应用。由于该孔地层强促斜，钻孔顶角自然上漂造斜率5～8°/100m，为满足科钻质量要求，必须采取纠偏措施，以及为保证特殊地层岩心采取率，某些孔段采取被迫先取心后封孔侧钻纠正钻孔轨迹的方法。本科钻孔利用了5LZ73、YL65、YL54系列螺杆钻、LHE-2000随钻定向仪、FYD-2200全液压动力头式钻机等机具。在南岭NLSD-1科钻孔中，共进行了三次侧钻及96次造斜（纠偏），收到满意效果，在地层极其复杂的情况下钻孔能够保持正常施工。可以说，受控定向钻探是大陆深部探测不可缺少的辅助手段之一。
1 受控定向钻探在南岭NLSD-1科钻孔中的应用
南岭NLSD-1科钻孔位于江西省赣州市于都县银坑镇银坑矿田内，是由安徽省地质矿产勘查局313地质队承担的《华南于都?—赣县矿集区科学钻探选址预研究》3000m科学钻探工程任务。
该孔设计孔深3000m；钻孔设计开孔顶角0°；钻孔终孔直径≥Φ76mm（实际终孔口径Φ97mm）；钻孔弯曲度﹤1°/100m。该孔共进行了三次侧钻，本文以第三次侧钻为例详细介绍封孔侧钻的施工工艺、特点及注意事项。
1.1 封孔侧钻主要原因
1683.34～1764.36m孔段，为长孔段连续煤系地层。由于该孔段地层胶结性差，软、硬互层，构造破碎，且钻遇大量煤线，因而地层稳定性较差，钻孔易产生坍塌、缩径、岩层错动、孔斜超差等情况。因地层原因而造成如下问题：
（1）钻孔顶角上漂而需造斜纠偏；
（2）为保证重要孔段岩心采取率造成的钻孔轨迹的严重偏离，需封孔侧钻。
为此，经项目部研究决定封孔侧钻，得到课题组批准后，开始具体实施。
1.2 封孔侧钻施工工艺流程
封孔→（透）清孔→磨平孔底→校正孔深→孔斜测量→定向安装角确定→造斜钻头选择及螺杆钻地面试验→地面定向→消除装和差→下钻至预定孔深位置→孔底定向→安装反扭矩装置→螺杆钻启动→造斜钻进→随钻监测→造斜段延伸→提钻→稳斜钻进→扩孔。
1.3 建造人工孔底（封孔）
人工孔底的建造质量关系到侧钻成败，必须十分重视。
根据地层岩性及孔斜情况，侧钻起始点最佳位置在孔深1580.00～1584.00m孔段。因此计划水泥封灌孔段：1570.00～1750.00m，计180m。
1.3.1 灌浆前准备工作
（1）干水泥用量计算
灌注前Φ97mm口径孔深1750.89m，超径系数选1.2，水灰比按0.45；需灌注孔段水泥浆体积计算：0.785*0.097*0.097*180*1.2≈1.59538m3；干水泥用量为：1.59538/0.83≈1.922（吨），实际采购2.0吨干水泥。
（2）替浆水计算
为保证灌浆质量及钻杆安全，采用两段式灌浆方法，替浆水分段计算。
第一次替浆水计算：必须能完全排空Φ71mm绳取钻杆内容积，Φ71m钻杆内径0.058m，总长度1558m（1750-Φ50mm钻杆192m=1558m）--0.785*0.058*0.058*1558+0.1（地面管线损失）=4.21m3；
第二次替浆水计算：0.785*0.058*0.058*（1558-90）+0.1=3.98m3；
（3）水泥及处理剂准备
干水泥用量：P.O42.5普通硅酸盐水泥2.0吨；
三乙醇胺用量（0.1℅）：2.0kg；
NaCl用量（1℅）：20.0kg；
清水用量：900kg（0.45*2.0=0.9吨）；
早强剂用量（3℅）：60kg；
性能：水灰比0.45，水泥浆比重1.83g/m3。
（4）设备、机具准备
钻机、水泵检查及更换易损件：钻机性能状态保持良好；更换水泵皮碗、封水圈等；准备灌浆器具、灌浆钻杆、工具、接头；水泥浆搅拌设备检查及清理；泥浆池、灌浆池清理；清水供应系统检查等。
1.3.2 水泥浆配制方法
材料基本加入次序：清水—干水泥—早强剂—食盐溶液—三乙醇胺。
向搅拌桶内加入225.00kg清水（每次加量由搅拌桶容积决定）—均匀倒入0.5吨干水泥—加入15kg早强剂—（水泥搅匀无团块后）加入5kg食盐融化的溶液—加入0.5kg三乙醇胺—搅匀后放入灌浆池—重复以上程序再配一搅拌桶放入灌浆池—等待灌注。
1.3.3 水泥浆灌注
操作人员分工及岗位安排：分供水岗、统计测量岗、水泥浆配制岗、泥浆泵岗、司钻岗、孔口岗、塔上岗等，并有专人指挥。
（1）浆管线级配（自下而上）
螺旋侧喷式孔底灌浆器长度0.80m—Φ50mm钻杆10立根计191.20m—Φ71mm绳取钻杆—主杆—水龙头—2.0吋高压胶管—泥浆泵。
（2）水泥浆灌注方法及过程
第一次灌浆：
①灌浆器下至孔深1750m处，泵入前置液2.0方（用清水）； 3.2 螺杆钻侧钻造斜操作注意事项
（1）定向时检查并记下仪器检验数据；
（2）钻前应扫清孔内障碍物，孔底应用专用磨孔钻头修平；
（3）泥浆含砂量小于0.1℅，黏度小于25s；
（4）下钻时钻杆丝扣涂抹丝扣油并拧紧丝扣；
（5）下钻时不要过快，以防因旁通阀堵塞造成内部结构螺纹脱扣和岩粉刺坏发动机，或螺杆钻捣在钻孔超径或探头石处损坏螺杆钻及造斜钻头；
（6）造斜钻进中注意观察泵压表，压力不稳时，提起螺杆钻停泵再次试启动，无效时提钻检查；
（7）螺杆钻工作正常，泵压稳定但不进尺或进尺极慢，岩石也无变化，需提钻换钻头，不要盲目加压；
（8）造斜钻进时不得随意提动钻具，以免改变螺杆钻工具面向角，如遇特殊情况，处理完毕后重新定向，再进行造斜钻进；
（9）造斜点、段必须选择中硬以下岩层，避开失稳孔段及有特殊岩心取心率要求的地层；
（10）侧钻施工必须重视人工孔底的建造质量。
4 结语
受控定向钻探是保证深孔钻进成功的重要手段，也是处理孔内复杂事故的有效手段。虽然受控定向钻探自20世纪30年代即已出现，发展到现在技术及机具已相当完备，但其应用于深孔，特别是小口径深孔方面，经验不足，尚有待进一步研究。
参考文献
[1]董树文，李廷栋，SinoProbe团队.深部探测技术与实验研究（SinoProbe）[J].地球学报，2011，32（z1）：6-7.
[2]吴翔，杨凯华，蒋国盛.定向钻进原理及应用[M].中国地质大学出版社，2006：210.
[3]杨泽英，苏长寿，齐立强，等.绳索取心液动锤技术的应用与拓展[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2012，（Z2）：138-140.
[4]张贵义.综合地质基础[M].地质出版社，1992：196.
[5]刘广志.金刚石钻探手册[M].地质出版社，1991：616-621.
[6]固体矿产钻探工[M].地质出版社，1999：393.
[7]呜效鸣，胡郁乐，贺冰新，等.钻井液与岩土工程浆液[M].中国地质大学出版社，2006：210.
（作者单位：安徽省地质矿产勘查局313地质队，探矿工程技术研究所）