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【摘要】本文以张集第二副井井筒为例，介绍了井筒冻结造孔定向及纠偏技术的应用。阐明了该方法的基本原理，并根据现场作业的经验和资料进行分析，最后给出结果及评价。
【关键词】冻结孔；定向；纠偏
1.引言
张集煤矿第二副井冻结工程隶属于淮南矿业（集团）有限责任公司张集煤矿，位于淮南市凤台县境内，井筒净直径8.8m，冻结深度406米。冻结方式采用主排孔+辅助孔+防片帮孔全深冻结，其中主排孔深度为406m、辅助孔深度为343m、防片帮孔孔深度为200m。由于钻孔较深，表土地层扰动较大，松散层坍塌掉块、粘钻、漏水现象严重，表土段砂层、粘土层互相交叠，地层条件复杂，易造成孔斜，所以对造孔定向和纠偏的要求格外高。
2.纠偏方法
由于地层负复杂、钻孔质量要求严格，在冻结孔钻进过程中要不断的进行测斜及纠偏，一般纠偏的方法采用传统纠偏方法与螺杆定向纠偏相结合的方式。
2.1 传统纠偏发
（1）扫孔纠偏法
一般在粘土层中发生偏斜，可利用原有钻具，更换三翼钻头或多翼钻头进行扫孔纠偏。这种方法是从喷嘴出来的泥浆直接冲刷翼层外刃与孔壁接触的地方，可使钻头的翼片、特别是钻头底外刃不产生泥包现象，始终保持锋利状态，便于与孔壁接触，扫出新的台阶把孔纠直。
（2）扩孔纠偏法
使用原有钻具，换用较原来钻头大的钻头扩大孔经，钻至原深度时再更换原钻头，钻前应将钻具吊离孔底约1m左右，然后慢速给进开出一个新孔，当钻进2m测斜，钻孔已修直后，再转入正常钻进。
（3）垫、移钻塔法
出现孔斜时，采用垫架子、移架子是一种行之有效的方法。发现孔斜时，应先采用垫架子方法，如果效果不理想时，应采用移钻塔法，把钻塔朝偏斜方向移动，推钻塔时做到快速、稳妥，且钻具应不提离孔底。实际原理就是利用上部较直孔段，控制底部孔斜。
2.2 使用螺杆钻进行纠斜
螺杆钻纠偏是钻孔较深时最为有效的纠偏措施。其基本原理是利用螺杆钻与弯接头构成的弯钻具，向钻孔偏斜的反方向造斜，来达到纠偏的目的。螺杆钻纠偏的成败与定向、纠偏钻进以及纠偏后的钻进有关。为取得较为理想的纠偏效果，进行了以下工作：
（1）定向前对钻孔进行精确测斜，认真分析钻孔的偏斜情况，制定稳妥的纠偏方案。
（2）选择合适的弯接头，本工程配备1.5°弯接头供纠偏时选择。
（3）陀螺定向仪定向，精心操作，把人为误差减小到最低限度。
（4）纠偏钻进：钻压一般取8000～12000N；钻进段长一般为4～7m，具体据钻孔的偏斜情况及弯接头的度数而定。
（5）纠偏后要及时进行测斜，根据测斜情况决定下步施工方案。
（6）根据钻孔偏斜情况选用合理的纠偏钻具组合。
2.2.1 陀螺测斜仪
陀螺测斜仪的中心元件是内部的电动陀螺仪和测向环节，它一旦高速旋转后其主轴就被固定在启动前的方向上。此时，即使仪器的外壳转动也不会改变这一方向。利用这一原理，将陀螺仪的另一轴上装上360度测向器，这样，当井下仪外体转动时就能把测向器外体转的角度反映出来。如果把井下仪与井下动力钻具通过引向靴和定位键固连在一起，则井下钻头所指的方位就能在定向仪的显示屏上显示出来。
通常的定向纠斜要测出两个角度，一个是工具面角，即螺杆钻具中定向键的位置，另一个是工作面角，即从工具面角顺时针扭转到所需定向方位的转角。
井下动力钻具由定子、转子、斜向器等组成。其定向钻进的基本原理是钻具组合中的斜向器使钻具组合成一折线状，钻进过程中加在钻头上的钻压在钻头上产生侧向力。通过控制该侧向力的大小和方位，即可实现定向纠斜的目的。
2.2.2 反扭矩角与装合角
由于定子的反作用力，井下动力钻具在工作时要产生反扭矩。该反扭矩作用于定子外管，通过钻杆传递给转盘，为转盘锁紧机构平衡。故井下动力钻具工作时整个钻杆系统都承受反扭矩，使钻杆系统扭转变形，此变形值称反扭矩角，影响其值的因素有钻压、井下动力、钻具压降、钻杆长度、钢度、钻具与孔壁摩擦力、钻孔弯曲情况、钻具扭紧程度等。当井下动力钻具中斜向器的母线与定向键的母线完全重合时，定向仪所显示的方位即是斜向器所指的方位。
3.现场应用
3.1 准备工作
首先检查陀螺定向仪引向靴中心与仪器外管母线是否重合，不重合时应调整引向靴紧固螺丝使其重合。调整定向仪引向靴与螺杆钻定向健之间的间隙，选用橡皮泥作为验证落槽情况的检验材料。井下动力钻具装好后，应接通管路，合上立轴，开泵进行孔口试验。一是观察钻头是否旋转，二是观察泵量是否均匀，一切正常后即可开始定向。
3.2 定向操作
在0～18m以内层段采用灯光测斜，每孔开钻深18m布置一个测点，18m以下地段，选用JDT-5型陀螺仪在钻杆内进行测斜，对偏斜率达到或接近2.5‰的层段，少打勤测，及时进行纠偏，钻孔纠偏采用移、垫钻塔纠斜与螺杆钻具定向纠斜相结合的方法，取得了较好的效果。达到设计深度时，进行终孔复位测斜。每个钻孔测斜成果出来后，及时按比例绘制每50m水平一个点的钻孔偏斜平面图，同时为下一个钻孔施工提供生产指导依据。
4.效果
施工过程中，按施工组织设计组织施工，严格控制钻孔偏斜，发现钻孔轨迹的发展趋势不好，及时提前定向纠偏，最终各钻孔的钻孔偏斜及孔间距全部均符合设计要求。冻结钻孔各项技术指标均满足张集第二副井井筒冻结孔质量和技术要求，高于GBJ213—90《矿山井巷工程施工及验收规范》、MT5009—94《煤矿井巷工程质量检验评定标准》中的相关规定，总体分析，冻结造孔工程质量优良。
5.总结和体会
通常的防斜技术包括合理选用钻进参数，优化钻具组合，严格操作要求，牢牢把住，安装、开孔、换层三个关键环节。本工程具体做法如下：
（1）按设计制作施工用C30水泥灰土盘基础，厚度300mm，保证在钻塔安装，施工和移位时不断裂。
（2）设备安装牢固、平稳，确保孔位、转盘中心、天轮三点一线。
（3）优化钻具组合，保证粗径钻具具有足够的长度和刚性，钻进中确保中性点在粗径钻具上，避免因钻具弯曲而导致钻孔偏斜。
（4）严把开孔关，开孔要轻压，慢转再逐渐加压，提升钻具后立即向孔内注入泥浆，防止垮孔；注意换层压力，防止钻孔偏斜。
（5）严格遵守钻探规程，严禁钻压忽大忽小，在软硬地层变化时，应轻压慢转，钻进8～10m方可正常钻进，避免因地层变化引起钻孔偏斜。
（6）在钻进过程中每30m测斜一次，测斜在钻杆内进行、随时掌握钻孔偏斜情况，一旦超偏，应及时进行纠偏；在易斜孔段可适当加密测斜。
（7）合理选用钻头，表土层可用钢齿牙轮钻头，基岩可用镶齿牙轮钻头。
（8）钻孔超偏处理方法可以采用移、垫、扫、刮、扩的方法及螺杆定向纠斜。
参考文献
[1]于松柏.钻孔定向纠偏的初步实践[J].江苏煤炭，1996，2.
[2]陈明旺.矿井冻结孔施工新技术方法的实践与效果[J].徐煤科技，1997，1.
【关键词】冻结孔；定向；纠偏
1.引言
张集煤矿第二副井冻结工程隶属于淮南矿业（集团）有限责任公司张集煤矿，位于淮南市凤台县境内，井筒净直径8.8m，冻结深度406米。冻结方式采用主排孔+辅助孔+防片帮孔全深冻结，其中主排孔深度为406m、辅助孔深度为343m、防片帮孔孔深度为200m。由于钻孔较深，表土地层扰动较大，松散层坍塌掉块、粘钻、漏水现象严重，表土段砂层、粘土层互相交叠，地层条件复杂，易造成孔斜，所以对造孔定向和纠偏的要求格外高。
2.纠偏方法
由于地层负复杂、钻孔质量要求严格，在冻结孔钻进过程中要不断的进行测斜及纠偏，一般纠偏的方法采用传统纠偏方法与螺杆定向纠偏相结合的方式。
2.1 传统纠偏发
（1）扫孔纠偏法
一般在粘土层中发生偏斜，可利用原有钻具，更换三翼钻头或多翼钻头进行扫孔纠偏。这种方法是从喷嘴出来的泥浆直接冲刷翼层外刃与孔壁接触的地方，可使钻头的翼片、特别是钻头底外刃不产生泥包现象，始终保持锋利状态，便于与孔壁接触，扫出新的台阶把孔纠直。
（2）扩孔纠偏法
使用原有钻具，换用较原来钻头大的钻头扩大孔经，钻至原深度时再更换原钻头，钻前应将钻具吊离孔底约1m左右，然后慢速给进开出一个新孔，当钻进2m测斜，钻孔已修直后，再转入正常钻进。
（3）垫、移钻塔法
出现孔斜时，采用垫架子、移架子是一种行之有效的方法。发现孔斜时，应先采用垫架子方法，如果效果不理想时，应采用移钻塔法，把钻塔朝偏斜方向移动，推钻塔时做到快速、稳妥，且钻具应不提离孔底。实际原理就是利用上部较直孔段，控制底部孔斜。
2.2 使用螺杆钻进行纠斜
螺杆钻纠偏是钻孔较深时最为有效的纠偏措施。其基本原理是利用螺杆钻与弯接头构成的弯钻具，向钻孔偏斜的反方向造斜，来达到纠偏的目的。螺杆钻纠偏的成败与定向、纠偏钻进以及纠偏后的钻进有关。为取得较为理想的纠偏效果，进行了以下工作：
（1）定向前对钻孔进行精确测斜，认真分析钻孔的偏斜情况，制定稳妥的纠偏方案。
（2）选择合适的弯接头，本工程配备1.5°弯接头供纠偏时选择。
（3）陀螺定向仪定向，精心操作，把人为误差减小到最低限度。
（4）纠偏钻进：钻压一般取8000～12000N；钻进段长一般为4～7m，具体据钻孔的偏斜情况及弯接头的度数而定。
（5）纠偏后要及时进行测斜，根据测斜情况决定下步施工方案。
（6）根据钻孔偏斜情况选用合理的纠偏钻具组合。
2.2.1 陀螺测斜仪
陀螺测斜仪的中心元件是内部的电动陀螺仪和测向环节，它一旦高速旋转后其主轴就被固定在启动前的方向上。此时，即使仪器的外壳转动也不会改变这一方向。利用这一原理，将陀螺仪的另一轴上装上360度测向器，这样，当井下仪外体转动时就能把测向器外体转的角度反映出来。如果把井下仪与井下动力钻具通过引向靴和定位键固连在一起，则井下钻头所指的方位就能在定向仪的显示屏上显示出来。
通常的定向纠斜要测出两个角度，一个是工具面角，即螺杆钻具中定向键的位置，另一个是工作面角，即从工具面角顺时针扭转到所需定向方位的转角。
井下动力钻具由定子、转子、斜向器等组成。其定向钻进的基本原理是钻具组合中的斜向器使钻具组合成一折线状，钻进过程中加在钻头上的钻压在钻头上产生侧向力。通过控制该侧向力的大小和方位，即可实现定向纠斜的目的。
2.2.2 反扭矩角与装合角
由于定子的反作用力，井下动力钻具在工作时要产生反扭矩。该反扭矩作用于定子外管，通过钻杆传递给转盘，为转盘锁紧机构平衡。故井下动力钻具工作时整个钻杆系统都承受反扭矩，使钻杆系统扭转变形，此变形值称反扭矩角，影响其值的因素有钻压、井下动力、钻具压降、钻杆长度、钢度、钻具与孔壁摩擦力、钻孔弯曲情况、钻具扭紧程度等。当井下动力钻具中斜向器的母线与定向键的母线完全重合时，定向仪所显示的方位即是斜向器所指的方位。
3.现场应用
3.1 准备工作
首先检查陀螺定向仪引向靴中心与仪器外管母线是否重合，不重合时应调整引向靴紧固螺丝使其重合。调整定向仪引向靴与螺杆钻定向健之间的间隙，选用橡皮泥作为验证落槽情况的检验材料。井下动力钻具装好后，应接通管路，合上立轴，开泵进行孔口试验。一是观察钻头是否旋转，二是观察泵量是否均匀，一切正常后即可开始定向。
3.2 定向操作
在0～18m以内层段采用灯光测斜，每孔开钻深18m布置一个测点，18m以下地段，选用JDT-5型陀螺仪在钻杆内进行测斜，对偏斜率达到或接近2.5‰的层段，少打勤测，及时进行纠偏，钻孔纠偏采用移、垫钻塔纠斜与螺杆钻具定向纠斜相结合的方法，取得了较好的效果。达到设计深度时，进行终孔复位测斜。每个钻孔测斜成果出来后，及时按比例绘制每50m水平一个点的钻孔偏斜平面图，同时为下一个钻孔施工提供生产指导依据。
4.效果
施工过程中，按施工组织设计组织施工，严格控制钻孔偏斜，发现钻孔轨迹的发展趋势不好，及时提前定向纠偏，最终各钻孔的钻孔偏斜及孔间距全部均符合设计要求。冻结钻孔各项技术指标均满足张集第二副井井筒冻结孔质量和技术要求，高于GBJ213—90《矿山井巷工程施工及验收规范》、MT5009—94《煤矿井巷工程质量检验评定标准》中的相关规定，总体分析，冻结造孔工程质量优良。
5.总结和体会
通常的防斜技术包括合理选用钻进参数，优化钻具组合，严格操作要求，牢牢把住，安装、开孔、换层三个关键环节。本工程具体做法如下：
（1）按设计制作施工用C30水泥灰土盘基础，厚度300mm，保证在钻塔安装，施工和移位时不断裂。
（2）设备安装牢固、平稳，确保孔位、转盘中心、天轮三点一线。
（3）优化钻具组合，保证粗径钻具具有足够的长度和刚性，钻进中确保中性点在粗径钻具上，避免因钻具弯曲而导致钻孔偏斜。
（4）严把开孔关，开孔要轻压，慢转再逐渐加压，提升钻具后立即向孔内注入泥浆，防止垮孔；注意换层压力，防止钻孔偏斜。
（5）严格遵守钻探规程，严禁钻压忽大忽小，在软硬地层变化时，应轻压慢转，钻进8～10m方可正常钻进，避免因地层变化引起钻孔偏斜。
（6）在钻进过程中每30m测斜一次，测斜在钻杆内进行、随时掌握钻孔偏斜情况，一旦超偏，应及时进行纠偏；在易斜孔段可适当加密测斜。
（7）合理选用钻头，表土层可用钢齿牙轮钻头，基岩可用镶齿牙轮钻头。
（8）钻孔超偏处理方法可以采用移、垫、扫、刮、扩的方法及螺杆定向纠斜。
参考文献
[1]于松柏.钻孔定向纠偏的初步实践[J].江苏煤炭，1996，2.
[2]陈明旺.矿井冻结孔施工新技术方法的实践与效果[J].徐煤科技，1997，1.