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1、岩心钻探工程质量讲稿许生元 2011年1月22日岩心钻探质量六大指标，执行国土资源行业技术标准地质岩心钻探规程（DZ/T02272010，于2010年11月11日发布，2010年12月31日实施）。每项钻探工程开工前，地质人员应进行技术、质量交底，负责钻探的技术人员，都必须提出技术质量和其他要求，并向机组交底。机组则根据技术质量要求，从技术、机具、人力等方面为达到要求的质量，作好开工前的准备工作。机组以技术和质量要求为依据，按规程和施工组织设计要求施钻，并随时检查，当发现质量问题苗头时，要及时采取控制措施；对已造成的质量事故，要采取补救措施。一、钻孔布置钻孔(孔位、方位、倾角)布置准确，符合设
2、计要求。按设计参数和地测人员标定的钻孔方位、孔位、倾角安装钻机，保证水平、牢固。安装完毕进行全面验收，合格后地质下达开孔通知，方可开孔钻进。二、岩、矿心采取率与整理1、钻孔平均岩心采取率不得低于75。矿化带重要标志层以及矿层与矿层顶、底板35m范围内的采取率不得低于85。厚大矿体内部矿心采取率低于85%的连续长度不能超过5m，否则应采取补救措施。矿心按可采层计算，由于矿床的类型、各矿种的具体要求以及矿山地质工作程度和钻孔性质的不同，其采取率标准，可根据具体情况由地质钻探部门共同商定，报上级主管部门审批后执行。岩矿心采取率的计算，应以实际钻进固体矿层为对象。除设计要求外，表面覆盖物、浮土、流砂层
3、、废矿坑及天然洞的进尺，不参与采取率的计算。岩粉、坍塌物不能充作岩心。2、为避免选择性磨损，尽量保证矿心的完整度，回次进尺不得超过岩心管长度，从岩心管退心时，用橡皮锤轻击震动，防止过猛敲打破坏岩心。取出的岩、矿心，应洗净（松散的岩矿心例外）后自上而下按顺序装箱，不得颠倒或任意拉长，岩心应按回次编号（岩心10cm，矿心5cm），每回次应填放岩心票（包括没有岩心的回次，岩心箱应进行编号，箱子规格要符合要求且结实）。岩心票一律用3H的铅笔填写，其数据必须与报表一致，岩心箱用红色油漆和毛笔编写。3、选用合适的取心钻具是保证取心质量的重要措施。为此，在原规则内容基础上，选取国内外已用且可靠的取心钻具。4
4、、岩心保管和运送质量，是钻探质量的重要部分。取出的岩心装箱编号，放置在平坦干燥处妥善保管，不得丢失。终孔后，在地质人员的监护下，岩心移交入库。防止混淆、破坏或污染。提高岩矿心采取率的措施 1.根据各矿区地质条件、岩矿层的物理机械性质和技术因素，正确地选择取心方法和工具。 2.各类专用取心工具必须妥善保管，使用前要认真检查，每次用后要清洗检查、注润滑油。 3.取心困难的岩矿层中，应尽可能选用金刚石或硬质合金钻进。 4.在取心困难的矿层中钻进时，应限制转速、压力和泵量，适当控制回次进尺长度和时间。 5.钻进时回次进尺不得超过岩心管长度。 6.在矿层、矿层顶底板和重要标志层中，岩、矿心没有采取上来时
5、，须专程捞取，不应继续钻进，必需钻时不得超过0.5米。捞取岩、矿心时应尽量采用喷反、无泵或钢丝钻头等有效方法。7.退取岩心时要细心，尽可能地避免人为地破碎，并严格防止岩、矿心上、下顺序颠倒。三、钻孔弯曲度与测量、孔深误差的测量与校正1、一般情况下，直孔每100m测量一次顶角及方位角，顶角允许误差每百米不超过2。斜孔每钻进50m，测量一次顶角及方位角，顶角允许误差每100m不超过3。除此之外在下定向管、套管或换径5m后，见矿顶、底板及终孔时均需测量顶角及方位角，矿体薄时可只测地板一处。随着钻孔的加深，误差可以递增计算。方位角偏差，一般不超过勘探网的1/4。磁性矿区要用陀螺仪对顶角及方位进行测量。
6、孔斜超差时，应及时进行纠斜。预防孔斜可采用下列措施：钻机安装应水平、稳定，立轴不得旷动，并不得使用弯曲钻具。孔口定向管应定位正确、牢固。开孔钻进时，应选用锋利的钻头，主动钻杆不得有偏摆，轴心压力要均匀，要随钻孔加深而加长岩心管。当岩层由软变硬时应采用慢速、轻压钻进一定深度后，改用硬岩层的钻进参数。当钻进破碎带、软硬互层等岩层岩石时，粗径钻具长度不得小于4 m。.应使用锋利的钻头和长、直、重、厚、刚的钻具(如大岩心管小钻头的倒塔式钻具、肋骨岩心管等)，有条件时也可试用冲击回转钻进。钻进中应减少换径次数，换径时可采用导向钻具导向，钻进深度为1-2 m后再正常换径钻进。深孔钻探时宜采用钻铤加压。扩孔
7、时要带内导正器，换径时要带外导正器。粗径钻具要用综合式异径接头连结，其中心线必须一致。换径时导正管要长于4米，第一回次的小径岩心管长度要短于1米。发现孔斜超过允许偏差时应根据孔斜程度和岩层特点及时纠斜。孔斜不大时用一般纠斜方法，即不要特殊工具，只是操作上应用孔斜规律，利用自然增斜或减斜，或者反转钻进和回填老孔等方法纠斜。特殊纠斜方法是专用纠斜工具纠斜，一般为楔铁导斜纠斜方法和万向接头纠斜方法两大类，每类中又有许多钟方法，可参考有关资料选用。在易斜岩层地区施工，应根据地层、见矿深度等条件合理设计开孔角度和弯曲强度，已掌握钻孔弯曲规律的矿区应设计受控定向孔。要尽量选用金刚石或硬质合金钻进。必须采用
8、钢粒钻进时，应尽量用喷反钻具，必要时降低轴心压力，控制钻进速度。2、每钻进50m、进出含矿层（矿层小于30m只测一次）、下套管、终孔时均要进行一次孔深测量，误差小于1者可不修正孔深，当大于1时应查明原因，及时消除，将偏差值按比例分配至钻程内各层厚度值中，报表修正后即为达到指标要求。校正孔深，尤其深孔钻进时更为重要。在钻探过程中，随着频繁地更换并加长钻具，钻孔累计深度往往与实际孔深存在一定的偏差。如果偏差太大，对孔内下管、控制深度、孔内观测作业和事故位置判断等均有影响，造成孔深记录与实际不符，其原因是在量测钻具、读数、记录和计算四个环节上出现了差错。为了保证孔深的准确性，现场使用的量具经常校核（
9、标准立根可直接参与计算），且与钻进使用量具统一，精确到厘米，下钻前每根钻具要准确量测并记录。降低孔深误差的措施 机场使用的木尺或铁尺必须保持两端平齐，刻度准确、清楚，并注意经常校正。 丈量机上就时应停止立轴回转，基准点必须一致，并应准确丈量，及时记录。 加减钻具必须用钢卷尺丈量尺寸。校正孔深丈量钻具尺寸时必须使用钢卷尺，并将丈量结果逐根记录在班报表上。3、孔深和孔斜测量必须及时，不得终孔一次进行。见矿部位，地质人员有权要求机台检测，终孔测斜地质编录员应在现场监测。4、每次测得的孔深和孔斜数据，及时真实填写在原始班报表中。四、简易水文观测和工程地质编录1、每班至少观测1-2次孔内水位，每回次中要
10、测量提钻后、下钻前的孔内水位，测量间隔时间要大于5分钟。遇有严重漏水、涌水、缩径、崩塌、裂隙、溶洞等异常现象，应及时准确记录其孔深，地下水自流的钻孔，按水文地质要求测量水头高度和涌水量。测量后的结果要及时填入记录表中，如水位太深测不到，或崩塌掉快，涌水等无法测量时，也要在班报表中说明情况。做好简易水文地质观测的措施：要及时观测水位及其他应测项目；水位观测的基准点必须一致，读数要准确，测绳不得任意割接。2、钻孔工程地质编录内容包括：统计与描述岩心块度，绘制岩心块度柱状图；统计节理裂隙；确定钻孔中流砂层、破碎带、裂隙密集带、风化带与软弱夹层、岩溶发育带、蚀变带的位置和深度等。五、原始班报表1、原始
11、班报表由机台各班指定专门记录员记录和保管，记录员必须真实反映生产情况，报表填写一律用钢笔现场及时填写，内容真实详细，数字准确清晰，出现错误应以横线划去错记部分后在旁重写，不得涂改、挖补、撕毁或重新抄写。2、交接班班长和机长要校核，亲笔签字，不得代签。3、原始班报表要整洁，终孔后由机长负责装订成册，经机组长、地质人员核查签字后，交资料室归档存查。4、原始班报表记录内容见下表：序号项 目记 录 内 容1时 间各项作业起止时间，纯钻、辅助、事故、停待、设备故障2进尺与深度钻具总长、回次进尺、层深、层厚、累计深度3钻进情况钻进工艺、钻具规格类型、孔径、护壁类型与深度4孔内情况涌砂、涌水、漏失、坍塌、缩
12、孔、掉块、空洞、震动、钻进快慢等深度5钻进参数钻压、转数、冲洗液量6简易水文观测孔内水位，漏水位置与损失量，涌水位置、涌水量及水头高度7岩心记录岩心编号、采长、采心率8孔深校正校正前后钻具长度、孔深，误差等数据9孔斜测量钻孔弯曲度，方位角、顶角测量数据10孔内事故孔内事故发生时的孔深、位置、钻具长度规格、机余，事故处理工具规格型号、长度，以及处理情况11其 它主要材料消耗、孔内遗留物、封孔情况等 5、钻探记录是一项重要的统计资料和原始资料，是钻探质量标准的主要内容之一。记录工作按原始班报表记录内容表进行。时间记录：从钻探开始至终孔的全部工作时间称为总台时。其中包括生产时间与非生产时间。生产时间
13、指纯钻进时间与辅助时间；非生产时间指事故与停钻时间。1）纯钻进时间：是指钻具在孔底开始工作到钻具离开孔底时的这一段时间。2）辅助时间：指在生产上必须的辅助时间，包括升降钻具、上下套管、滤管、更换钻具、扫孔、扩孔、孔内观测、取样、测斜、设备保养及特殊作业如堵漏、止水、爆破以及短时间迁移孔位、安装拆卸等。3）事故时间：指由于孔内事故或机械事故造成现场停产的时间，即从事故发生到排除的全部时间。4）停钻时间：指由于劳动力、泥浆、水源、材料或配件不足而造成停工等待的时间。5）总台时的时间是连续的，从开孔到终孔不应出现时间的中断。进尺与深度：累计深度是根据上次孔深和本回次钻进终了，提升钻具以前，量得机上余
14、尺求出回次进尺后而累计的深度。钻进情况：钻进工艺是指采用的钻进方法及技术，如硬质合金钻进、针状合金钻进、表镶和孕镶金刚石回转钻进，金刚石冲击回转钻进、硬质合金冲击回转钻进、钢粒钻进、冲击钻进或震动钻进等。护壁类型是指采用泥浆、粘土、水泥浆、化学浆液或套管等。 孔内情况：根据孔内发生的情况实事求是地及时记录，有多少项记多少项，不得漏记。钻进参数：钻压、转数、冲洗液量。简易水文观测：孔内水位，漏水位置与损失量，涌水位置、涌水量及水头高度。岩心记录：岩心编号、采长、采心率、完整度等。孔深校正：校正前后钻具长度、孔深，误差等数据。孔斜测量：钻孔弯曲度，方位角、顶角测量数据。孔内事故：孔内事故发生时的孔
15、深、位置、钻具长度规格、机余，事故处理工具规格型号、长度，以及处理情况。其它：主要材料消耗（钻头等）、孔内遗留物、封孔情况等。做好原始记录的措施记录员应认真负责地做好当班的各项记录，机长(或综合记录员)要每天校对原始记录，发现错误要及时修正，无误后签字自存并定期移交统计部门保存。六、终孔和封孔1、钻孔施工至设计位置或穿过矿体3-5m方可终孔（不得超过设计的10%，否则需变更或另行设计）。终孔直径不小于设计要求的终孔直径。终孔时由质量管理部门人员到现场进行验收，在钻孔质量验收报表上签字。2、设计要求封孔的，终孔时，地质人员按地质、水文共同研究的封孔要求，填写封孔通知书交于机台，机台按要求封孔，并
16、将封孔实际情况填写登记表中。封孔后立即埋设标石，在标石上注明孔号，并用水泥固定。如为长期观测的水文孔，应保留套管，并盖好枷锁。不同的地质条件下封孔要求：必须封孔的钻孔：见主要含水层，含水结构或见主矿层以及第四系残坡积层，均需严格封孔。主矿层（或主要含水层，含水构造顶、底板）上10-15m至下5m范围内需用GB325号水泥封孔，如矿层不厚或矿层与矿层、矿层与含水层距离比较近时，可一并封孔，开孔后的基岩部位也需要用水泥封闭2m以上。仅封孔口钻孔：见矿，但未见含水层，含水构造及孔位低于侵蚀基准面者，只封孔口部位。不封闭的钻孔：需要长期进行水文观测或对农田水利灌溉有利的钻孔经上级部门批准后可不封孔。提
17、高封孔质量的措施 1.封孔前必须准确掌握封闭段孔深及隔离塞(架桥)的位置，正确选用有一定强度的架桥材料，并将其固定牢靠。 2.使用泥浆做冲洗液的钻孔，应根据情况自下而上清洗封闭段孔壁上的泥皮。 3.水泥必须用清水搅拌均匀，水灰比应小于50%。 4.可根据实际情况分别采用泵送、导管注入和注送器注入水泥浆的方法，水泥浆出口距隔离位置的距离应小于0.5米。 5.注浆过程不要中断，封闭长度在5米以内时不得提动钻具；水泥浆灌注完毕，要准确掌握替浆的清水用量，不得过多。6.用套管护壁的钻孔，应先封好套管下部各封闭段后再起拔套管。七、钻孔质量评价标准优质孔（完全满足地质要求的钻孔）是指钻孔完工后，经验收施工
18、质量全部达到标准的钻孔；根据矿区地质条件的特点，某些钻孔经上级主管部门批准，质量标准可省略几项，其余各项标准均已达到要求的钻孔；有得钻孔在施工过程中，某些标准未达到设计或规范要求（如岩芯采取率、孔斜等）经采取措施补救后，达到质量要求的钻孔，也列入完全满足要求的钻孔。合格孔（基本满足地质要求的钻孔）是指钻孔完工后经验收部分质量标准未达到要求，但周围钻孔质量好或矿床构造比较简单，厚度、品位变化较小，经验证对比，认为不再需要采取补救措施的钻孔；属于普查性质的钻孔和构造孔，质量标准尚未达到设计要求，但如已取得原始设计要求了解地质情况的也为合格孔。报废孔是指由于施工原因，地质设计原因或其他原因造成的地质
19、上不能利用的钻孔。 八、矿山工程分公司岩心钻探工程质量管理办法第一条每条钻孔在施工前，必须由地测室向钻探队下达施工任务书，钻探队依据施工任务书进行钻机安装。由于地质人员检查不认真导致钻孔设计参数错误，视情节严重程度考核地测室500-1000元。 第二条岩心采取率不得低于65%，矿体及其顶底板3-5米内的矿心采取率不得低于80%。达不到上述指标，可视为废孔，无利用价值不予结算；达不到上述指标，但尚有利用价值，可降低单价10%30%结算。 第三条厚大矿体矿心采取率低于85%的连续长度不得超过5.0米，若不采取措施，则钻孔以报废处理。 第四条工程地质钻孔单回次采取率不得低于85%，否则视为废孔。 第
20、五条在破碎岩层中钻进时，每回次进尺不得超过0.5米，回次采取率低而且又未能有效控制和采取措施的，根据实际情况处罚100-200元。 第六条岩矿心顺序颠倒、胡乱摆放者，每回次罚款100-200元。第七条岩矿心必须清洗干净，自下而上从左到右按次序装箱，并填写岩芯票，凡大于0.10米的完整岩芯都应统一编号。对于松软、破碎、粉状及易溶岩芯，要尽量维持原状。违反上述各项，每项、每回次罚款50元。 第八条岩心箱要坚固耐用，严禁使用开帮、掉底、隔板松动的岩心箱，岩心箱要用红漆统一规范编号，编写时要做到书写工整、清晰、数据准确。机台凡使用不合格岩心箱、岩心标注不规范，每次处罚50元。 第九条 钻孔钻进50米时
21、，必须通知测斜人员测斜，不按规定进行测斜的，处罚100元；不配合测斜人员进行测斜工作的，处罚 100元。 第十条在钻进过程中，应对孔内涌水量、失水量等进行测量并做好记录，违者罚款50-100元。 第十一条钻孔弯曲度应符合规程和地质设计要求，偏斜超差要及时纠斜，不及时采取补救措施的，处罚200元。 第十二条钻探原始班报表记录，要做到真实、准确、整洁，违者罚款20-50元。第十三条钻孔达到设计孔深应提前通知地测室地质人员，待地质人员现场确认后，方可按终孔程序进行终孔。擅自停钻终孔，不予验量。 第十四条钻孔终孔后，在地质人员的监督下把岩心及时运到岩心库验收、库存。运送时，要有专人护送，防止翻倒、丢失
22、，发生以上问题，全孔报废。 第十五条钻孔终孔后，经地测室地质人员同意方可进行封孔，并做好标记，违者罚款50-100元。 第十六条大口径钻孔一定要做好施工记录，包括堵漏、固井、套管等记录，如果记录不完全、不准确，罚款100元。 第十七条严格岩心管理，严惩岩心造假者，经查实后处罚 2000-4000元，并上报分公司进行处理。 第十八条本办法自下发之日起正式执行。（公司制【2010】4号，二0一0年三月二十五日）。九、钻孔弯曲与测量1、什么是钻孔弯曲 2、钻孔为什么会弯曲3、如何确知钻孔弯曲 4、钻孔弯曲的防治 钻孔弯曲概述钻进(井)工程施工中，由于自然和技术因素的影响，实际的钻孔轨迹往往偏离设计轨
23、迹。这种现象称为钻孔弯曲或钻孔偏斜。 地质成果危害。歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探网度，从而影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度。钻探施工危害。钻具在孔内弯曲变形严重，钻具与孔壁摩擦阻力增加，磨损加剧，钻杆折断事故增多，升降钻具困难，钻进功耗增加和钻进速度下降。其他方面的危害。水文水井钻探中，由于钻孔弯曲，可能会造成深井泵无法下入到钻孔中，或引起深井泵的过早损坏。在钻孔桩施工中，会引起桩基倾斜，影响桩基承载力。钻孔空间位置要素要完全避免钻孔弯曲是很困难的。但是，应当采用一切可能的措施，把钻孔弯曲程度控制在允许的范围之内。从钻探工艺与技术角度出发，了解钻孔在地下空间的位置
24、，研究钻弯曲的原因、机理和规律性，从而采取相应的对策，进行防斜和纠斜。因此了解钻孔在地下空间的位置是我们研究钻孔弯曲的第一步，这包括下面两个方面的内容：钻孔轨迹的基本要素；钻孔轨迹弯曲强度。 1、钻孔轨迹的基本要素为了解钻孔轨迹在地下空间的位置，表征其空间形态，就必须了解和控制钻孔轨迹要素。图中0代表开孔点，X轴代表南北，Y轴代表东西，Z轴代表地下方向，0ABC是钻孔的空间轨迹。其基本要素包括：顶角。钻孔轨迹上某点的顶角是该点的切线与铅垂线之间的夹角，其余角称为钻孔倾角。顶角变化的范围是090。方位角。钻孔轨迹上某点的方位角是该点的切线在水平面上的投影与真北方向之间的夹角，有磁方位和地理方位。
25、方位角变化的范围是0360。对应的钻孔孔深。钻孔轨迹上某点的孔深是孔口到该点的钻孔轴线的长度。利用钻孔轨迹的基本要素，可以计算出轨迹上每一点的空间坐标，如下图所示。假设钻孔轨迹为一斜直线，坐标系的原点为孔口，X轴取正北方向，Y轴取正东方向，Z轴铅垂向下。根据钻孔各个深度上(即测点)的顶角和方位角。轨迹上的空间坐标计算如下：式中：x0,y0,z0-孔口坐标； xA,yA,zA钻孔轴线上点A的坐标；开孔顶角；开孔方位角； LA孔口至测点钻孔轴线的长度。 2、钻孔轨迹弯曲强度钻孔轨迹的弯曲程度实质上是指钻孔轨迹单位长度钻孔弯曲角度的变化量可用曲率k或弯强i表示。曲率的单位是radm，弯强的单位是/m
26、。它们的关系是：钻孔轨迹的弯曲强度可分为顶角弯曲强度、方位角弯曲强度和全弯曲强度。顶角弯强：钻孔轴线单位长度上顶角的变化量。方位角弯强：钻孔轴线单位长度的方位角变化量。全弯强：钻孔轴线单位长度的全角变化量。 如果某一孔段既有顶角又有方位角变化，则产生全弯曲角, 钻孔轨迹上A、B两点的全弯曲角可用下式计算：钻孔全弯强对于校核钻杆柱工作的安全性和粗径钻具入孔的可通过性有实际意义。也是设计定向钻孔轨迹的一个重要参数。钻孔弯曲的原因和规律1、钻孔弯曲的条件造成钻孔弯曲的根本原因是粗径钻具轴线偏离钻孔轴线。粗径钻具轴线偏离钻孔轴线的方式，可能是偏倒，也可能是弯曲。因此，产生钻孔弯曲必要而充分的条件是：存
27、在孔壁间隙，为粗径钻具提供偏倒(或弯曲)的空间。具备倾倒或弯曲的力，为粗径钻具轴线偏离钻孔轴线提供动力粗径钻具倾斜面方向稳定，保持偏倒(或弯曲)和力的方向稳定孔壁间隙和倾倒(或弯曲)力是钻孔弯曲的必要条件；而粗径钻具倾斜面方向稳定是产生钻孔弯曲的充分条件。钻具倾斜面稳定在某一方向时，钻杆柱只自转而不公转运动。因此，钻孔弯曲是在钻杆柱自转的情况下发生的。如果钻杆柱公转，则必定带动偏倒或弯曲的粗径钻具围绕钻孔轴线转动，使钻头在不同的时刻朝着不同的方向钻进，这只能产生扩壁作用，而不导致钻孔弯曲。 2、钻孔弯曲的原因形成钻孔弯曲的原因大致可分为三类：地质因素；技术因素；工艺方面的因素。地质因素影响钻孔
28、弯曲的地质因素主要是岩石的各向异性和软硬互层。地质因素是客观存在的，只能通过工艺技术措施来减弱甚至抵消它的促斜作用。岩石的各向异性某些具有层理、片理等构造特征的岩石，其可钻性具有明显的各向异性。如右图所示，钻头沿垂直于岩层方向钻进的岩石破碎效率最高，而平行于层理的方向，效率最低，倾斜方向的破岩效率居中。因此，在倾斜岩层中钻进时，极易产生钻孔向垂直于层面的方向弯曲。 钻孔弯曲强度与岩石各向异性强弱和钻孔遇层角的大小有关。所谓钻孔遇层角就是钻孔轴线与其在层面上的正投影的夹角。当遇层角约为45时，钻孔弯强最大。软硬互层钻孔以锐角穿过软硬岩层界面，从软岩进入硬岩时，由于软、硬部分抗破碎阻力的不同，使钻
29、孔朝着垂直于层面的方向弯曲；而从硬岩进入软岩时，则钻具轴线有偏离层面法线方向的趋势。但由于上方孔壁较硬，限制了钻具偏倒，结果基本保持着原来的方向；钻孔通过硬岩进入软岩又从软岩进入硬岩时，最终还是沿层面法线方向延伸。钻孔遇层角存在着临界值。超过此值时，钻孔顶层进；低于此值时，钻孔将沿硬岩的层面下滑(俗称顺层跑)。这也说明钻进中粗径钻具倾斜面方向稳定是客观存在的。 技术因素 开孔阶段。开孔阶段引起钻孔弯曲的技术因素有： 钻机基础不平；钻机立轴安装不正确；未下孔口管或孔口管方向不合要求；主动钻杆过长；钻进参数不合理等。 开孔阶段的钻孔弯曲会影响整个钻孔轴线轨迹，使钻孔轨迹产生很大的偏差。 钻进阶段钻
30、进过程中造成钻孔弯曲的技术是钻具的结构和尺寸。钻杆柱为一细长柔性杆件，由于存在孔壁间隙，在压力的作用下，钻杆柱将产生弯曲变形，产生水平分力，使粗径钻具偏倒。所以，使粗径钻具倾倒或弯曲的力是客观存在的，粗径钻具在孔底的偏倒角决定于孔壁间隙b和粗径钻具长度L，即： 粗径钻具越长，钻具的偏倒角越小，但直径小而长度过大，刚度不足，钻具会被压弯，即使孔壁间隙不大也会使钻孔产生较大的弯曲。粗径钻具的临界长度可按下式计算：工艺方面的因素钻进方法钢粒钻进时孔壁间隙最大，因此孔斜最大。硬质合金钻进时孔壁间隙次之，一般孔斜中等。金刚石钻进孔壁间隙最小，通常只有13mm，在钻具刚度足够时，孔斜最小。 钻进规程参数钻
31、压过大，会造成钻杆柱甚至粗径钻具弯曲，使钻头紧靠孔壁一侧，此时偏倒角可能达到最大值，并且钻具与孔壁摩擦阻力增加，钻具围绕只围绕自身轴线自转而不作公转，此时钻具倾斜面有固定方向，从而导致钻孔弯曲。转速过高，钻杆柱回转离心力增大，从而加剧钻具的横向振动和扩壁作用，结果孔壁间隙增加。钻压过小，转速过低，则进尺慢，效率低，钻头停留在孔底时间长，也会扩大孔壁间隙，增加孔斜。 冲洗液量过大，特别是在较软的岩层中，液流会冲刷、破坏孔壁。使孔壁间隙剧增，为钻具偏倒、钻孔弯曲提供条件。 3、钻孔弯曲的某些规律性 钻孔弯曲的规律性不是绝对的，而是表现为一种趋势，通常有以下一些趋势： 在变质岩(如结晶片岩、片麻岩等
32、)中钻进时，钻孔弯曲强度大于在沉积岩（如页岩）中钻进时的弯强，更大于在岩浆岩(如花岗岩、辉绿岩)中钻进时的弯强；均质岩石钻进的钻孔弯曲强度小于在非均质岩石中的弯强，且岩石的各向异性程度越高，则钻孔弯曲强度越大；层理、片理和软硬互层中钻进，钻孔朝着垂直于层理面、片理面的方向弯曲；松散非胶结岩石、大溶洞时，钻孔趋向下垂直位置；钻遇硬包裹体时，可能朝任意方向弯曲；层理水平或接近水平的岩石中钻进垂直孔时，即使岩石各向异性很强，软硬不均程度很大，钻孔也不会产生较大弯曲； 孔壁间隙大，粗径钻具短，钻具刚度差，则钻孔弯曲强度大；钻孔顶角小，方位变化大；钻孔顶角大，方位变化小。顶角超过30时，方位趋于稳定，按
33、一般规律方位角弯曲往往与钻具回转的方向一致。钻孔弯曲的测量及仪器（钻孔弯曲的测量及仪器，具体内容将由地测室专人负责培训。）为了随时掌握与控制钻孔空间位置的变化，预防与纠正钻孔弯曲，在钻进中必须测量钻孔轨迹各孔段上的基本参素即：顶角、方位角和孔深。这一工作称为钻孔弯曲度测量简称测斜。钻孔弯曲的测量原理包括顶角测量原理和方位角测量原理。顶角测量原理：液面水平原理（氢氟酸侧列）；悬锤原理。方位角测量原理：地磁场定向原理；地面定向原理。孔深测量一般只是借助电缆（测绳）或钻杆将测斜仪下入到指定深度来控制。 1、顶角测量原理测量顶角度必须符合两个条件：该角度代表测点钻孔轴线与铅垂线的夹角；该角度在钻孔弯曲
34、平面内。液面水平原理（氢氟酸测斜） 把2030浓度的氢氟酸注入长度为100150mm内径为1525mm的玻璃试管中。注入量为试管长度的13左右。然后，将盛有氢氟酸的玻璃试管装在特制的接头内，用橡胶塞加以密封。用钻杆将其下到孔内待测位置，静止停留1525min后，提钻取出试管。由于氢氟酸对玻璃的腐蚀作用，在试管上留有液面痕迹。根据液面的高低，就可算出顶角。 由于有毛细管的作用，试管形成了如右图所示的蚀痕曲面。由此测出的顶角必须校正，按下式可求出实际顶角：=+E 式中钻孔的实际顶角，玻璃试管上实测顶角，E校正角。为了避免计算和校正上的麻烦，可以利用倾斜仪来直接测定。悬锤原理悬锤测量钻孔顶角的原理是
35、利用地球重力场，如下图所示。框架可绕a轴灵活转动，b轴与a轴垂直相交，在b轴中点0悬挂一能灵活转动的弧形刻度盘，刻度盘转动面与钻孔弯曲平面一致，刻度盘因重力作用永远下垂。当仪器在垂直孔内时，刻度盘上的0正对准弧形竖板了上的标线，即顶角为0；当仪器在倾斜孔内时，弧形竖板倾斜一个角度，此角度就是钻孔顶角。悬锤原理测量钻孔顶角示意图2、方位角测量原理 根据钻孔方位角的定义，方位角的测量必须满足两个条件：一是该角度必须是钻孔轴线上某点的切线方向与地北的夹角；其二该角度必须是水平面上的角度。 在无磁性干扰或干扰很小的孔段中，可利用地磁场定向原理；在有磁屏蔽(如在套管内)或磁干扰较大(如存在磁性矿体)的孔
36、段中，因为磁针失去定向能力，可用地面定向原理。地磁定向原理地磁场定向原理是利用罗盘磁针的指北特性或磁敏感元件(磁通门)确定倾斜钻孔的方位角。因此，测量时罗盘必须处于水平状态，并且罗盘上0线必须指向钻孔弯曲方向。为了满足这些要求，罗盘的转动轴应垂直于钻孔弯曲平面，并且在其下部装有重块，使罗盘保持水平。此外，罗盘上0与180连线及框架上的偏重块都在框架的垂直平分平面内(即钻孔弯曲平面内)，偏重块与180线同侧。这样一来，在倾斜钻孔中180线必定指向钻孔弯曲方向。此时，0线与磁针指北方向的夹角就是钻孔的磁方位角。(如下图)二、方位角测量原理 地面定向原理 在地面将定位方向传到孔内各个测点。如图，取地
37、磁场定向原理图钻孔方位角示意图地面定向原理在地面将定位方向传到孔内各个测点。如图，取地面定位方向为OA，其方位角为0，钻孔弯曲方向为OB，其方位角为1，AOB 1- 0。若令AOB，则在钻孔横截面上的角，即为终点角。式中：-定位与钻孔倾斜方向方位角差；-终点角；-测点处钻孔顶角。该原理应用的具体方法有钻杆定向法、环测定向法和陀螺惯性定向法。 地面场定向原理图钻孔方位角示意图陀螺定向原理 陀螺定向原理是利用陀螺马达高速旋转所产生的定轴特性来测量方位角的。可用于磁性矿体和磁屏蔽情况下测量钻孔弯曲度。 如图，高速旋转陀螺支撑于自身的转轴及内、外环的转轴上，三轴在空间相互垂直正交并交于一点，该点与陀螺
38、的重心重合，使陀螺电机具有三个方向的自由度。三自由度高速旋转的陀螺转子轴，在轴承无磨擦的情况下，在空间的方向保持不变，这个特性称作陀螺仪的定轴性。陀螺还具有进动性，即外框架转轴上有干扰力矩时，内框架转轴进动，使陀螺轴发生倾斜，因此要进行水平修正；而内框架转轴上有干扰力矩时，外框架转轴转动，使陀螺轴产生漂移，因此要进行漂移量修正。 JDL1型陀螺测斜仪JDL1型陀螺测斜仪 该仪器结构主要分3个部分。上半部是一组由电容、电感组成的滤波网络和稳压电源(上图中未画出)。下半部上方是由两个自由框架组成的测量系统，下方是锁紧系统和修正系统。它由两个伺服电动机、两套减速齿轮以及正反向继电器和限位接触器等组成。 除孔内探管外，全套仪器还包括有地面测量面板，用以控制和监测孔内仪器的工作状态，并利用电位补偿原理、度盘读数方式测出钻孔顶角和终点角；整流稳压器，用以将交流电经整流、滤波和稳压后，输出llV及2025V两档直流电压，提供给仪器测量面板和变流器；用以将整流稳压器提供的直流电源转变成3相400Hz的交流电，驱动陀螺马达。
