3.2　鉆進(jìn)工藝方法

3.2.1　斜孔鉆進(jìn)的特點(diǎn)

斜孔鉆進(jìn)是常規(guī)鉆探的技術(shù)延伸，但斜孔鉆進(jìn)所發(fā)生的孔斜容易超差，這也是斜孔鉆進(jìn)的最主要特點(diǎn)之一。斜孔鉆進(jìn)應(yīng)根據(jù)地層的具體情況，從鉆進(jìn)方法、技術(shù)規(guī)范等方面進(jìn)行進(jìn)一步研究，分析斜孔在不同地層的彎曲規(guī)律，提高鉆進(jìn)質(zhì)量。

在硬巖層中，斜孔孔徑超差且孔底攜渣不暢時(shí)，軌跡易于上漂。在巖芯管長度不變的條件下，鉆孔發(fā)生彎曲的可能性與孔壁環(huán)狀間隙的增大成正相關(guān)關(guān)系。也就是說，孔壁環(huán)狀間隙愈大，鉆孔偏斜的幾率越大、彎曲越嚴(yán)重。粗徑鉆具長度太短，在鉆進(jìn)中易于引起彎曲。正常鉆進(jìn)時(shí)，鉆具盡可能采用長鉆具，有利于防止鉆孔過度偏斜，金剛石鉆具必須配備金剛石擴(kuò)孔器，并適時(shí)測量外徑、更換，防止孔徑過小夾鉆。因此，采用短巖芯管鉆進(jìn)是不適宜的。鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)巖屑不易排出，尤其是孔底不干凈。并且，由于離心和重力作用，造成局部堆積，鉆孔容易向右上方移動(dòng)，如圖3-3所示。預(yù)防或處理硬巖層斜孔上漂除了控制鉆進(jìn)規(guī)程外，可以采用合理的鉆具組合，如可以采取鉆鋌的方式，由于鉆鋌使鉆桿柱呈伸張狀態(tài)，在一定程度上消除了對(duì)粗徑鉆具的造斜能力，抑制了鉆孔的上漂。

在軟巖層鉆進(jìn)時(shí)（如4級(jí)以下巖層），斜孔孔身下垂現(xiàn)象較為常見。地層越軟或越松散，鉆孔下幫越易被磨毀而成為近似橢圓形的鉆孔。主要由于鉆桿柱受重力作用，在鉆進(jìn)中不斷地敲擊下孔壁，從而使鉆孔不斷向下擴(kuò)大。其是離心力作用與重力作用疊加的結(jié)果。下垂時(shí)可以采取加大鉆壓為主、減少粗徑鉆具長度來減少下垂趨勢。另外，在升降鉆具過程中，斜孔孔身常受到鉆具的拖磨作用，使鉆孔下垂。

斜孔鉆進(jìn)，鉆具摩擦力大，所需鉆壓亦大，鉆壓不僅起保證鉆頭切削壓力，還需要考慮孔壁的摩阻力問題。鉆壓一般比豎直孔大，如采用φ91金剛石單管鉆進(jìn)斜孔，鉆壓一般應(yīng)比規(guī)程大100～200kg，即800～1200kg。

當(dāng)然，鉆頭總壓力應(yīng)要適當(dāng)控制，以避免鉆桿彎曲造成的過度磨損。鉆桿彎曲對(duì)鉆孔軌跡影響極大。適當(dāng)?shù)你@壓可防止鉆孔彎曲。在鉆進(jìn)時(shí)，如果地層變化不大，各班組應(yīng)采用相同壓力，有利于保持孔斜度。

另外，壓力過大，相對(duì)鉆速加快，也易產(chǎn)生大顆粒巖屑，鉆具傾斜，壓力大又不易排斜。此時(shí)，鉆頭下半部承壓較大，使巖心柱變得粗細(xì)不一，再加斜孔中巖心柱傾斜靠于一旁，相比較直孔，巖芯柱易折斷，斜孔所取得的巖芯容易破碎而且長度短，巖芯極易堵塞。因此，斜孔鉆進(jìn)鉆壓一定要均勻，切忌鉆壓忽大忽小或隨意提動(dòng)鉆具，以防巖心堵塞。

斜孔鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)速不僅影響鉆速，而且與巖屑楔也相關(guān)，轉(zhuǎn)速低，巖屑楔形成相對(duì)容易，也易埋鉆。

對(duì)于垂直孔來說，提高流體黏度或流速可以提高巖屑運(yùn)移能力。然而，從垂直段到水平段之間，斜度的增加帶來了額外的挑戰(zhàn)，比如巖屑床的形成，因?yàn)槭苤亓ψ饔玫挠绊懀瑤r屑將會(huì)回滑，巖屑多處于鉆孔的下幫，大顆粒巖屑也向鉆孔下幫聚集。孔斜為40°～60°時(shí)孔眼清洗是最難的。同時(shí)，鉆孔中沖洗液流速分布也極不均勻，上部流速高，下部流速低，不利于巖屑排出，因此，在斜孔中為了及時(shí)排屑，可適當(dāng)加大泵量，提供較大的泵排量和更高的流速；或階段性改變泵量，使孔內(nèi)流動(dòng)形成串動(dòng)，當(dāng)然應(yīng)避免盲目加大泵量排屑而造成泵壓過高，沖蝕或壓漏地層。

深斜孔下部井段由于地層變硬，鉆速慢，井眼凈化顯得比較重要，加之下部孔段逐漸擴(kuò)大，為達(dá)到良好的攜砂效果，應(yīng)在一定條件下，盡量增加其泵排量，以實(shí)際巖屑上返效果來作為確定泥漿流變參數(shù)的依據(jù)。

斜孔鉆進(jìn)取芯方面：完整基巖宜采用金剛石單管鉆進(jìn)；針對(duì)斷層、破碎帶鉆進(jìn)，可采用金剛石單動(dòng)雙管鉆進(jìn)，但回次進(jìn)尺應(yīng)減少，遇堵塞必須提鉆，以提高巖芯采取率和巖芯完整度。分析認(rèn)為，一方面，單動(dòng)雙管鉆具的鉆頭壁厚較大，鉆進(jìn)速度比單管慢；另一方面，由于是斜孔，單動(dòng)雙管的內(nèi)管會(huì)產(chǎn)生不同心下垂，單動(dòng)性能變差，甚至出現(xiàn)單動(dòng)失效，容易造成巖芯堵塞。目前雙管鉆具主要是提高單動(dòng)性能和扶正性能，以保障取芯效果。

影響巖礦芯采取率的主要因素有：斜孔傾角、鉆孔軸線與巖層層理面夾角，轉(zhuǎn)頭與卡簧之間的合理搭配，操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)和技能水平，巖層的完整或破碎程度等。

斜孔取芯工藝應(yīng)注重以下方面：

（1）在單管鉆具取芯時(shí)，卡取巖芯的卡石直徑應(yīng)大一點(diǎn)，保證卡牢巖芯，避免脫落。因?yàn)樾笨椎膸r芯全部擠在巖心管下部，上邊間隙很大，如投入小的卡石根本卡不住巖芯，在選擇卡石時(shí)應(yīng)注意。其次，斜孔中若掃除脫落巖芯很困難，尤其當(dāng)巖芯掉于換徑處時(shí)，如果該段巖石較軟，很可能打出另一新的斜孔。因此，換徑時(shí)應(yīng)盡量選擇在較硬地層中變換。

（2）施工大斜度鉆孔時(shí)，如果鉆孔軸線與巖層的層理面夾角太小，特別是小于30°時(shí)，在巖層層理或節(jié)理發(fā)育的情況下，巖芯很容易產(chǎn)生楔子形或破碎，巖芯在重力作用和振動(dòng)下很容易堵，鉆進(jìn)時(shí)磨掉巖芯，從而使巖芯采取率大大降低，因此，在設(shè)計(jì)斜孔時(shí)，要根據(jù)各巖層產(chǎn)狀，盡量使該夾角大于30°，以提高巖芯采取率。

（3）在使用鉆頭和卡簧時(shí)，要注意它們之間的合理搭配，一般要求卡簧自由內(nèi)徑必須比鉆頭內(nèi)徑大0.3mm。在斜孔中由于巖芯磨損較大，卡簧內(nèi)徑要及時(shí)調(diào)整，甚至比鉆頭內(nèi)徑小，這樣使用才能收到較好的效果。這也體現(xiàn)了操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)技能和判斷能力。

（4）鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)保持恒鉆速，避免鉆進(jìn)規(guī)程的隨意變化，同時(shí)，保持斜孔孔內(nèi)清潔是一個(gè)很重要的問題。因斜孔中的巖粉大多集中在鉆孔井壁下幫，取粉管不易將砂粉撈干凈，每次采取巖芯前要用大水沖孔，須把巖粉沖到上面來。

（5）應(yīng)及時(shí)正確判斷是否堵芯或者鉆頭不適應(yīng)巖層。當(dāng)在較硬的完整巖層中鉆進(jìn)時(shí)，如果各規(guī)程參數(shù)正常，而進(jìn)尺緩慢，甚至不進(jìn)尺，且孔口返漿巖屑少，則可能是鉆頭不適應(yīng)該巖層，應(yīng)提鉆更換合適的鉆頭。如果水壓力參數(shù)較大，其他參數(shù)正常，且孔口返漿相對(duì)渾濁，進(jìn)尺緩慢，只可能是堵鉆了，應(yīng)提鉆取芯；當(dāng)在較軟或破碎的巖層中鉆進(jìn)時(shí)，如果出現(xiàn)孔口水巖粉濃度很大，且水壓力參數(shù)變動(dòng)較大，進(jìn)尺速度，較為緩慢，則很有可能堵鉆了，此時(shí)不立即提鉆取芯，繼續(xù)轉(zhuǎn)進(jìn)，很容易磨掉巖芯。控制回次長度，縮短回次進(jìn)尺是斜孔鉆進(jìn)保證巖芯采取率的主要手段，回次長度一般不宜超過1.5m。

3.2.2　斜孔鉆進(jìn)工藝的選擇

鉆探工藝可有效借鑒常規(guī)鉆探。通常的鉆進(jìn)工藝方法包括：硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、牙輪鉆進(jìn)、復(fù)合片PDC鉆進(jìn)以及定向鉆進(jìn)和繩索取心鉆進(jìn)等。選擇鉆進(jìn)方法的主要依據(jù)是被鉆進(jìn)地層的地質(zhì)條件、孔深、孔徑和鉆孔剖面以及施工位置的自然地理?xiàng)l件。還應(yīng)根據(jù)已完工鉆孔的統(tǒng)計(jì)資料分析結(jié)果。若施工地區(qū)未曾鉆過一個(gè)孔，則在選擇鉆進(jìn)方法時(shí)，應(yīng)考慮相近地質(zhì)條件的其他地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和情況。

1.確定鉆進(jìn)方法的基本原則

（1）應(yīng)滿足地質(zhì)要求和任務(wù)書（合同）確定的施工目的。

（2）在適應(yīng)鉆進(jìn)地層特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用先進(jìn)的鉆進(jìn)方法。

（3）以高效、低耗、安全、環(huán)保為目標(biāo)，保證鉆探質(zhì)量、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，爭取好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（4）適應(yīng)施工區(qū)的自然地理?xiàng)l件。

2.鉆進(jìn)方法的選擇

針對(duì)主要巖層特點(diǎn)，依據(jù)巖石硬度、研磨性及完整程度，結(jié)合鉆孔口徑和深度等，選定鉆進(jìn)方法。

（1）一般可鉆性5級(jí)及以下巖石選用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)方法，6級(jí)及以上巖石應(yīng)以金剛石鉆進(jìn)方法為主；金剛石復(fù)合片及聚晶金剛石鉆進(jìn)適用于4～7級(jí)、部分8級(jí)巖石；堅(jiān)硬致密打滑地層宜采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法。依據(jù)巖石鉆進(jìn)特性選擇主要鉆進(jìn)方法見表3-5。

（2）中深孔、深孔鉆進(jìn)位減少提下鉆次數(shù)，宜采用金剛石繩索取芯鉆進(jìn)方法。

（3）高精度斜孔宜采用定向鉆進(jìn)方法。

（4）牙輪鉆進(jìn)適用于不用取芯的定向鉆孔。

3.2.3　硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)

硬質(zhì)合金鉆頭及其參數(shù)應(yīng)根據(jù)鉆頭直徑和地質(zhì)特性等進(jìn)行選擇。

鉆頭體應(yīng)用ZT380或ZT490地質(zhì)鉆探用無縫鋼管制成，硬質(zhì)合金鑲嵌的技術(shù)參數(shù)見表3-6～表3-8。鉆頭鑲焊合金的內(nèi)、外和底出刃應(yīng)對(duì)稱，鉆頭體鑲嵌合金的槽與合金之間應(yīng)留的間隙為0.1～0.2mm，銅焊液應(yīng)充滿間隙，內(nèi)、外和底出刃應(yīng)對(duì)稱，唇部水口高度10～15mm。鉆頭水口數(shù)量和大小應(yīng)滿足沖洗液暢通、冷卻鉆頭和排除巖粉的需要，并能保證鉆頭強(qiáng)度，水口的總面積大于或等于鉆頭外環(huán)空間（包括回水槽）的面積。針狀硬質(zhì)合金胎塊鑲焊在鉆頭上的嵌入深度應(yīng)是針狀硬質(zhì)合金胎塊長度的1/2。取芯鉆頭上的合金應(yīng)鑲嵌牢固，不允許用金屬錘直接敲擊合金，超出外出刃的焊料應(yīng)予以清除，出刃要一致。

一般軟巖用直角薄片或方柱狀合金鉆頭，中硬巖用不同規(guī)格的八角柱狀合金鉆頭；膠結(jié)性的砂巖、黏土、泥巖及風(fēng)化巖層、遇水膨脹或縮徑地層，宜選用肋骨鉆頭或刮刀鉆頭；3～5級(jí)中弱研磨性地層、鐵質(zhì)和鈣質(zhì)地層、大理石等，宜用直角薄片或單雙粒“品”字形鉆頭；研磨性強(qiáng)、非均質(zhì)較破碎、稍硬地層，如石灰?guī)r等用犁式密集鉆頭或負(fù)前角斜鑲鉆頭；較硬不均、破碎及強(qiáng)研磨性的巖層，如礫巖等宜用大八角鉆頭；砂巖、礫巖等也可用針狀合金鉆頭。

硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝參數(shù)主要指鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量。轉(zhuǎn)速和沖洗液量參照表3-9、表3-10執(zhí)行。

（1）鉆壓。取心硬質(zhì)合金鉆頭宜鑲嵌合金型號(hào)、數(shù)量確定鉆壓值，一般每顆取0.5～1kN。中硬完整巖層取較大值，較軟及破碎地層選用較小值。刮刀鉆頭鉆壓可稍大。

（2）轉(zhuǎn)速。線速度以0.5～1.5m/s為宜，針對(duì)不同口徑和巖層硬度以及產(chǎn)狀差異，選用不同轉(zhuǎn)速。中硬、完整、致密巖層可選較大值，較軟破碎巖層選小值。

（3）泵量。應(yīng)滿足沖洗液上返速度要求，一般以0.2～0.6m/s為宜。鉆速快、巖屑顆粒大的選大值，反之可減小泵量。

新鉆頭入孔前，要嚴(yán)格檢查鉆頭的鑲焊質(zhì)量。按外徑由大到小，內(nèi)徑由小到大順序分組排隊(duì)使用。

鉆具下入孔內(nèi)，應(yīng)在鉆頭距離孔底大于0.5～1m以上開泵送水，采用輕壓、慢轉(zhuǎn)的參數(shù)掃至孔底。開始鉆進(jìn)時(shí)，先采用輕壓、慢轉(zhuǎn)和適量的沖洗液鉆進(jìn)3～5min，待鉆頭工作適應(yīng)孔底情況后，可將鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速等增加到正常值。在鉆進(jìn)過程中，鉆遇軟巖石應(yīng)采取高轉(zhuǎn)速、低鉆進(jìn)壓力、大泵量的鉆進(jìn)參數(shù)；對(duì)研磨性較強(qiáng)的中硬及部分巖石，應(yīng)大鉆進(jìn)壓力、低轉(zhuǎn)速、中等泵量的鉆進(jìn)參數(shù)。合理掌握回次提鉆時(shí)間，每次提鉆后，要檢查鉆頭的磨損情況，改進(jìn)下回次的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。要選擇合適的取芯卡料或卡簧。投入卡料后應(yīng)沖孔一段時(shí)間，待卡料到達(dá)鉆頭部位后再開車。采芯時(shí)不應(yīng)頻繁提動(dòng)鉆具。當(dāng)采用干鉆取芯時(shí)，干鉆時(shí)間不得超過2min。在水溶性或松軟地層鉆進(jìn)取芯，應(yīng)采用單動(dòng)雙管取芯鉆具，并控制回次進(jìn)尺長度。

鉆進(jìn)過程中應(yīng)注意保持孔內(nèi)清潔，孔底有崩落的合金時(shí)，應(yīng)將合金撈盡或磨滅后，再下入合金鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。在松軟、塑性地層使用肋骨鉆頭或刮刀鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)消除孔壁上的螺旋結(jié)構(gòu)或縮徑現(xiàn)象，每鉆進(jìn)一段后，及時(shí)修整孔壁。合理掌握回次提鉆時(shí)間，每次提鉆后，要檢查鉆頭的磨損情況，改進(jìn)下回次的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。鉆頭切削器具磨鈍、崩刃、水口減小時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修磨。

由于復(fù)合片兼有硬質(zhì)合金和金剛石的優(yōu)勢，隨著復(fù)合片技術(shù)發(fā)展，金剛石復(fù)合片鉆頭目前有代替硬質(zhì)合金鉆頭的趨勢。復(fù)合片鉆頭PDC適用于1～6級(jí)研磨性不強(qiáng)的巖層鉆進(jìn)，其鉆進(jìn)參數(shù)見表3-11。

（1）復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)壓力按每個(gè)復(fù)合片0.5～1.0kN計(jì)算，隨著復(fù)合片磨鈍，接觸面積增加，鉆壓可適當(dāng)增大。

（2）對(duì)于復(fù)合片鉆頭，泥巖、頁巖等弱研磨性地層可提高轉(zhuǎn)速，砂巖等研磨性強(qiáng)的地層應(yīng)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。

（3）采用復(fù)合片鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)地層、設(shè)備工藝等情況合理選擇金剛石復(fù)合片鉆頭的冠部形狀、切削齒位置、數(shù)量和方向、水力結(jié)構(gòu)參數(shù)等。使用金剛石復(fù)合片鉆頭時(shí)，應(yīng)使用帶扶正器鉆具組合。

3.2.4　金剛石鉆進(jìn)

金剛石鉆進(jìn)適用于可鉆性級(jí)別4～12級(jí)的巖石，通常采用孕鑲金剛石鉆進(jìn)。金剛石鉆頭和擴(kuò)孔器應(yīng)根據(jù)巖石的可鉆性、研磨性和完整程度進(jìn)行選定，詳見表3-12。應(yīng)合理選擇鉆桿柱、鉆頭、卡簧、擴(kuò)孔器的級(jí)配，卡簧的自由內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭內(nèi)徑小0.3～0.4mm；擴(kuò)孔器的直徑應(yīng)比鉆頭直徑大0.3～0.5mm，鉆硬巖石時(shí)取小值，鉆軟巖石時(shí)取大值。金剛石鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)見表3-12。

（1）鉆壓。根據(jù)巖石的可鉆性、研磨性、完整程度，以及鉆頭底唇面面積和金剛石粒度、品級(jí)、數(shù)量選擇鉆壓。表鑲和孕鑲金剛石鉆頭按表3-13執(zhí)行。同時(shí)應(yīng)考慮以下因素：在軟巖和弱研磨性巖層應(yīng)用較小鉆進(jìn)壓力；在完整、中硬到堅(jiān)硬或強(qiáng)研磨性巖層鉆進(jìn)應(yīng)適當(dāng)加大鉆進(jìn)壓力；在裂隙、破碎和非勻質(zhì)巖層鉆進(jìn)，應(yīng)視裂隙程度適當(dāng)減小鉆進(jìn)壓力。

（2）轉(zhuǎn)速。根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆孔結(jié)構(gòu)及設(shè)備能力等選擇轉(zhuǎn)速，按表3-14執(zhí)行，同時(shí)應(yīng)考慮如下因素：

1）中硬完整巖層應(yīng)采用高轉(zhuǎn)速；巖層破碎，裂隙發(fā)育，軟硬不均，應(yīng)視破碎程度，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。在軟巖鉆進(jìn)效率很高時(shí)，應(yīng)限制轉(zhuǎn)速。

2）鉆孔越深、鉆具重量越大、受力情況越復(fù)雜，應(yīng)合理限制轉(zhuǎn)速。在淺孔段可采取較高轉(zhuǎn)速。

3）鉆孔結(jié)構(gòu)簡單，鉆桿與孔壁間隙小，可用高轉(zhuǎn)速；鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，則不宜開高轉(zhuǎn)速。

4）表鑲和孕鑲粗粒鉆頭的轉(zhuǎn)速應(yīng)低于細(xì)粒鉆頭轉(zhuǎn)速。

5）設(shè)備性能好，功率大，鉆具強(qiáng)度高，沖洗液潤滑減阻作用好，則可采用較高轉(zhuǎn)速，否則應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。

（3）泵量。泵量依據(jù)所要求的沖洗液上返速度確定，上返速度應(yīng)大于0.3～0.7m/s，鉆進(jìn)不同口徑的適用泵量見表3-15。同時(shí)應(yīng)考慮如下因素：

1）孕鑲金剛石鉆頭可用較大泵量；表鑲鉆頭可以用較小泵量。

2）巖石性質(zhì)、環(huán)空間隙、胎體性能、金剛石粒度、鉆頭水口、鉆速、轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)壓力等，都對(duì)沖洗液及其泵量的選擇有影響，確定沖洗液及其泵量時(shí)應(yīng)綜合考慮。

金剛石鉆進(jìn)一般采用單動(dòng)雙管取心鉆具，異徑接頭、擴(kuò)孔器、鉆頭、短接和卡簧座等零部件連接應(yīng)同心，裝配好的鉆具應(yīng)使卡簧座底端與鉆頭內(nèi)臺(tái)階之間保持3～4mm的距離。鉆頭應(yīng)排隊(duì)和輪換使用，每回次提鉆應(yīng)測量鉆頭內(nèi)外徑尺寸，鉆具絲扣處要涂絲扣油，下鉆之前應(yīng)做好孔底的清理和修整工作，確保孔底無異物。新鉆頭應(yīng)進(jìn)行初磨，進(jìn)尺0.2～0.3m后逐漸采用正常參數(shù)鉆進(jìn)，下鉆遇阻時(shí)不得猛墩強(qiáng)扭。鉆具下鉆距孔底1m左右應(yīng)開泵送水，距孔底0.3m時(shí)緩慢下放，輕壓慢轉(zhuǎn)至孔底。鉆進(jìn)時(shí)不得隨意提動(dòng)鉆具，倒桿時(shí)要適當(dāng)調(diào)小泵壓，以防鉆具浮起而造成巖芯堵塞或折斷。巖層變化時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)，巖層由硬變軟時(shí)進(jìn)尺速度過快，應(yīng)減小鉆進(jìn)壓力；巖層由軟變硬是鉆速變慢，不得任意增大壓力。在非均質(zhì)巖層中鉆進(jìn)，應(yīng)控制機(jī)械鉆速。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)隨時(shí)觀察沖洗液量大小和泵壓變化，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理。鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)巖芯輕微堵塞時(shí)，應(yīng)調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速。若處理無效應(yīng)及時(shí)提鉆。正常鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)使用卡簧采取巖芯，不允許投放卡料取芯和干鉆取芯。卡簧卡取巖心時(shí)，應(yīng)停止回轉(zhuǎn)，將鉆具上提拉緊扭斷巖芯。孔內(nèi)殘留巖芯長度較大時(shí)，應(yīng)專門撈取。擰卸鉆具應(yīng)使用多觸點(diǎn)鉗或摩擦式內(nèi)鉗，并注意鉗牙不得觸及鉆頭或擴(kuò)孔器胎體部位。應(yīng)采用水壓出心法退出巖芯，或采用橡膠棒、木錘敲打內(nèi)管，不得用鐵錘直接敲打內(nèi)外管。

3.2.5　金剛石繩索取心鉆進(jìn)

繩索取心由于有孔壁間隙小、滿眼鉆進(jìn)的特點(diǎn)，在深度較大的斜孔中具有一定的優(yōu)勢。其鉆進(jìn)參數(shù)如下：

（1）鉆壓。繩索取芯鉆進(jìn)的鉆壓比普通金剛石鉆進(jìn)所需鉆壓大25％左右。使用常規(guī)表鑲和孕鑲金剛石鉆頭時(shí)的鉆進(jìn)壓力范圍見表3-16。鉆進(jìn)節(jié)理發(fā)育巖層和產(chǎn)狀陡立、松散破碎、軟硬互層、強(qiáng)研磨性等地層及鉆孔彎曲、超徑的情況下，應(yīng)適當(dāng)減壓。

（2）轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速范圍見表3-17。鉆進(jìn)堅(jiān)硬弱研磨性、裂隙破碎地層、軟硬互層及產(chǎn)狀陡立易斜地層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。鉆桿與孔壁間隙小時(shí)，宜采用高轉(zhuǎn)速，鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換徑多、環(huán)空間隙大時(shí)，不宜開高轉(zhuǎn)速。

（3）泵量。繩索取芯鉆進(jìn)表鑲鉆頭適用泵量見表3-18。泵量應(yīng)保持泥漿上返流速在0.5～1.5m/s范圍內(nèi)。表鑲鉆頭采用的泵量應(yīng)比孕鑲鉆頭稍小。鉆進(jìn)堅(jiān)硬、顆粒粗的巖層，泵量可小些。鉆進(jìn)軟及中硬巖層，泵量應(yīng)大些。鉆進(jìn)裂隙、有輕微漏失的地層，泵量應(yīng)稍大于正常情況。鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性巖層，泵量可增大。

繩索取芯鉆具和鉆桿（詳見第6章）的使用和維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)按說明書要求，以及地層情況、鉆孔結(jié)構(gòu)、設(shè)備條件及質(zhì)量要求，選配鉆具組合，裝配和拆卸繩索取芯鉆具總成，并及時(shí)做好鉆具、鉆桿、打撈器的維護(hù)保養(yǎng)。使用的沖洗液應(yīng)能減輕或防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢，如發(fā)現(xiàn)鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢應(yīng)及時(shí)清除。鉆進(jìn)完整中硬巖層時(shí)，內(nèi)管長度以3m為宜；鉆進(jìn)較完整松軟巖層時(shí)，內(nèi)管可加長至4m、5m、6m乃至9m；鉆進(jìn)松軟破碎、易溶等難以取芯的地層及易斜地層時(shí)，內(nèi)管長度應(yīng)適當(dāng)減小。

鉆進(jìn)過程中應(yīng)準(zhǔn)確掌握開始掃孔鉆進(jìn)的時(shí)間。內(nèi)管總成從鉆桿柱中投放下去，當(dāng)確認(rèn)已坐落到外管總成中的預(yù)定位置后，開始掃孔鉆進(jìn)。當(dāng)巖芯充滿內(nèi)管后，泵壓會(huì)明顯上升，應(yīng)將鉆具提離孔底一小段距離，卡斷巖芯，投放打撈器。若發(fā)生巖芯堵塞，應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，撈取巖芯，不得采用上下竄動(dòng)鉆具、加大鉆進(jìn)壓力等方法繼續(xù)鉆進(jìn)。打撈內(nèi)管時(shí)，當(dāng)打撈器到達(dá)孔底時(shí)可緩慢地提動(dòng)鋼絲繩，沖洗液由鉆桿中溢出時(shí)，說明打撈成功，否則需再次下放打撈器。若打撈成功，則將內(nèi)管提出。內(nèi)管提出后，應(yīng)緩慢放下擺平。當(dāng)判明外管和鉆桿內(nèi)無巖芯時(shí)，將另一套備用內(nèi)管總成從孔口下入鉆桿內(nèi)。在干孔中或孔內(nèi)水位很低時(shí)，不得直接把內(nèi)管總成投入鉆桿中，應(yīng)采用打撈器送入，或在鉆桿柱內(nèi)注入沖洗液，然后投入內(nèi)管總成。

下鉆時(shí)，應(yīng)先下外管，再下內(nèi)管總成。控制提鉆、下鉆速度，在復(fù)雜地層應(yīng)放慢提鉆、下鉆速度。

斜孔繩索取芯鉆進(jìn)的鉆孔結(jié)構(gòu)、內(nèi)管投放、鉆進(jìn)及取芯的操作等與直孔基本相同，區(qū)別是：①操作不如直孔方便，提下鉆較費(fèi)力；②鉆壓損失比直孔略大，回轉(zhuǎn)和升降功率消耗較大；③內(nèi)管到位時(shí)間比直孔慢，100m內(nèi)約需5min，200m內(nèi)需8～10min。

當(dāng)斜孔（特別是水平孔段）投放內(nèi)管和打撈器困難時(shí)，需使用專門的輸送裝置，如圖3-4所示。該裝置由打撈器輸送器、密封接頭等組成。當(dāng)投放內(nèi)管時(shí)，將內(nèi)管塞入鉆桿內(nèi)孔后，再塞進(jìn)輸送器，然后接上密封接頭，啟動(dòng)水泵，借助水的壓力推動(dòng)輸送器的活塞，將內(nèi)管總成送到位后，提出輸送器，合上機(jī)上鉆桿，進(jìn)行鉆進(jìn)，回次終了，將卸去加重桿的打撈器接在輸送器上塞入鉆桿內(nèi)孔，接上密封接頭，啟動(dòng)水泵，借助水的壓力推動(dòng)活塞，將打撈器送達(dá)內(nèi)管總成的撈矛頭上，將撈矛頭扣住，拉出內(nèi)管總成，進(jìn)行取芯。

3.2.6　液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的一般規(guī)定如下：

（1）可鉆性級(jí)別為5～12級(jí)巖層，可選用液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法。硬質(zhì)合金液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)適用于可鉆性5～6級(jí)和部分7級(jí)巖層。金剛石液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)適用于可鉆性6～12級(jí)巖層，對(duì)堅(jiān)硬、致密的“打滑”巖層具有較好的適應(yīng)性。

（2）金剛石液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)應(yīng)根據(jù)巖石可鉆性、研磨性和完整性選擇鉆頭和擴(kuò)孔器類型、金剛石粒度和濃度及胎體硬度。要求胎體耐磨能力強(qiáng)、抗沖擊性能好、抗彎強(qiáng)度高、金剛石包鑲性能好。鉆頭底唇形狀宜采用大通水?dāng)嗝妗U(kuò)孔器外徑應(yīng)比鉆頭外徑大0.5～0.7mm，巖石堅(jiān)硬時(shí)應(yīng)取下限值。卡簧的自由內(nèi)徑應(yīng)比鉆頭內(nèi)徑小0.3～0.4mm。

（3）硬質(zhì)合金液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)應(yīng)根據(jù)鉆頭直徑、巖石性質(zhì)選擇鉆頭類型及其切削具的數(shù)量、出刃大小、鑲焊角和刃尖角。

（4）要求沖擊器（詳見第4章）和鉆孔結(jié)構(gòu)相配套。沖擊器的工作性能參數(shù)與所采用的鉆進(jìn)方法、巖石性質(zhì)及設(shè)備工具能力相適應(yīng)。沖擊器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)能適應(yīng)孔內(nèi)的工作環(huán)境和要求。

（5）液動(dòng)沖擊器可與繩索取芯鉆具配套使用。

（6）應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)方法、鉆孔深度、鉆孔直徑、地層特性以及沖洗介質(zhì)類型等合理選用液動(dòng)沖擊器。硬質(zhì)合金液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)宜選用低頻高功型沖擊器，金剛石液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)宜選用高頻低功型沖擊器。

（7）液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)應(yīng)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍較大、鉆壓控制精度較高的巖芯鉆機(jī)。硬質(zhì)合金液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆機(jī)的最低轉(zhuǎn)速不高于40r/min。

（8）應(yīng)選擇泵壓較大（4～6MPa）、泵量可調(diào)節(jié)的泥漿泵，并配抗振壓力表和心軸通孔直徑較大、密封性好、耐高壓的水龍頭，以及高壓膠管。在泥漿泵輸出管與水龍頭高壓膠管之間通常設(shè)置穩(wěn)壓罐。

（9）施工機(jī)臺(tái)應(yīng)配備旋流除砂器、離心機(jī)等固相控制設(shè)備。

（10）沖洗液量直接影響液動(dòng)沖擊器的沖擊功和沖擊頻率。在穩(wěn)定地層中，應(yīng)以滿足沖擊器的額定泵量為主。

液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭的選擇與使用應(yīng)符合下列規(guī)定：沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)宜采用硬質(zhì)合金鉆頭和金剛石鉆頭。鉆頭切削具的抗沖擊強(qiáng)度應(yīng)大于沖擊器的輸出沖擊力，宜進(jìn)行地面試驗(yàn)。可增加鉆頭的水口、水槽、過水?dāng)嗝妗Ｔ需傘@頭的金剛石粒度宜大于60目。

金剛石液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的鉆進(jìn)參數(shù)一般與金剛石鉆進(jìn)相近。在鉆進(jìn)硬度不大、弱研磨性巖石時(shí)，應(yīng)采用較大鉆進(jìn)壓力。在鉆進(jìn)堅(jiān)硬、強(qiáng)研磨性巖石時(shí)，鉆進(jìn)壓力可相對(duì)小些。轉(zhuǎn)速原則上取金剛石鉆進(jìn)的下限。泵量原則上比金剛石鉆進(jìn)大10～20L/mm。

液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合表3-19的規(guī)定。

硬質(zhì)合金液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)可采用低轉(zhuǎn)速、適當(dāng)鉆壓的鉆進(jìn)參數(shù)。

液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)宜采用清水或低固相沖洗液，并使用旋流除泥器、離心機(jī)等凈化處理設(shè)備對(duì)沖洗液凈化處理。送水管應(yīng)采用耐壓、輕型的鋼絲編織膠管。水泵性能應(yīng)能滿足所用液動(dòng)沖擊器的技術(shù)參數(shù)，泵壓表應(yīng)精確且具備抗振功能。沖擊器下孔前應(yīng)檢查各部件的配合安裝，啟用新的沖擊器時(shí)，應(yīng)先在孔口進(jìn)行壓水沖擊試驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)工作不正常，應(yīng)重新進(jìn)行檢查調(diào)整。啟動(dòng)沖擊器時(shí)，應(yīng)緩慢逐步增大水量。鉆進(jìn)時(shí)要注意觀察沖洗液量和水泵壓力的變化，并據(jù)此判斷孔內(nèi)情況。遇到異常情況應(yīng)及時(shí)提鉆檢查。發(fā)生巖芯堵塞時(shí)應(yīng)立即提鉆，不應(yīng)頻繁竄動(dòng)鉆具或加壓處理。

3.2.7　牙輪鉆進(jìn)

牙輪鉆進(jìn)的一般規(guī)定如下：

（1）牙輪鉆進(jìn)一般不用于取芯鉆進(jìn)。

（2）斜孔牙輪鉆頭一般選用單牙輪、雙牙輪或三牙輪鉆頭。

（3）根據(jù)鉆進(jìn)直徑和被鉆巖石的特性，鉆進(jìn)大斜度小口徑鉆孔時(shí)推薦鉆頭+加重鉆桿+鉆桿；針對(duì)破碎巖層推薦鉆具組合為：鉆頭+閉式取粉管+加重鉆桿+鉆桿。

（4）牙輪鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)主要有孔底軸心壓力、鉆頭的回轉(zhuǎn)速度和沖洗液量，小直徑牙輪鉆頭的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)見表3-20。

1）孔底軸心壓力由加重鉆桿的重量來建立，而鉆桿處于拉伸狀態(tài)，用加重鉆桿的重量來調(diào)節(jié)孔底軸心壓力的大小。孔底軸心壓力根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)和鉆頭類型來選取，最小值適用于鉆進(jìn)塑性和裂縫性巖石。隨著巖石硬度和研磨性的增大，應(yīng)適當(dāng)提高孔底軸心壓力。

2）一般情況下，鉆頭回轉(zhuǎn)速度不超過300r/min。鉆進(jìn)低研磨性巖石，推薦圓周速度在1～2m/s的范圍內(nèi)。而研磨性巖石回轉(zhuǎn)速度不超過1m/s，否則鉆頭磨損增大。

3）沖洗液的上升流速：鉆進(jìn)軟巖時(shí)應(yīng)不小于0.8m/s，鉆進(jìn)硬巖時(shí)應(yīng)不小于0.4m/s。

牙輪鉆頭進(jìn)貨時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查和測量外徑，新鉆頭應(yīng)沒有明顯的缺陷——裂縫、斷裂、焊縫處出現(xiàn)裂縫、擠壞絲扣等。新鉆頭牙輪的活動(dòng)間隙不應(yīng)超過說明中規(guī)定的最大允許值。鉆頭下入孔內(nèi)前，應(yīng)該檢查鉆頭是否適用于該井段鉆進(jìn)。在換徑和孔徑縮小處，應(yīng)降低下降速度，以避免鉆頭碰撞。當(dāng)鉆頭下降困難時(shí)，應(yīng)詳細(xì)檢查相應(yīng)的孔段，用不超過規(guī)定軸心壓力的1/3的壓力進(jìn)行孔壁檢查。為防止鉆頭在接近孔底處被卡住，最后1.5～2m必須用較小的速度下降，最后接上主動(dòng)鉆桿，開動(dòng)回轉(zhuǎn)器和沖洗泵，慢慢下到孔底。每一個(gè)新鉆頭在正常鉆進(jìn)前，都應(yīng)以較小的軸心壓力（正常值的10％～20％）和最小的圓周速度下磨合10～15min，然后平穩(wěn)地轉(zhuǎn)入最優(yōu)規(guī)程。當(dāng)鉆進(jìn)被迫中斷或回次終了時(shí)，鉆孔停止加深，鉆頭提離孔底回轉(zhuǎn)，同時(shí)繼續(xù)沖洗直到孔底完全清除巖屑為止。

如出現(xiàn)以下情形，可判定牙輪鉆頭已在孔底磨損：

（1）機(jī)械鉆速急劇降低，完全停止進(jìn)尺，并且鉆頭回轉(zhuǎn)不均勻（帶有跳動(dòng)），這表示牙輪軸承卡住或鉆頭已完全磨損。

（2）均質(zhì)巖石中機(jī)械鉆速逐漸下降，若增加軸心壓力而鉆速不增長，則表明牙輪已磨損。

當(dāng)難以按鉆頭磨損確定回次終了時(shí)，可按鉆頭在孔底的工作時(shí)間來確定提升鉆頭的時(shí)刻，或按計(jì)算或參照礦區(qū)已用鉆頭的資料來確定鉆頭在孔底的工作時(shí)間。

在以下情況須及時(shí)更換或報(bào)廢牙輪鉆頭：

（1）鉆頭上的硬質(zhì)合金齒磨損大于80％或牙齒高度磨損2/3。硬質(zhì)合金齒脫落（達(dá)10％～20％）或個(gè)別銑齒折斷不能做鉆頭使用。

（2）對(duì)于59mm和76mm鉆頭，軸承活動(dòng)間隙大于4mm；對(duì)于93mm鉆頭，為5mm；對(duì)于112mm和132mm鉆頭，為6mm；對(duì)于151mm鉆頭，為7mm。

（3）牙輪齒圈完全磨損。

（4）鉆頭直徑磨損大于3mm。

3.2.8　定向鉆進(jìn)

所謂定向鉆進(jìn)技術(shù)是指為了鉆進(jìn)到一個(gè)預(yù)定的地下目標(biāo)，使鉆孔軌跡在特定方向偏斜的工藝技術(shù)方法。斜孔鉆進(jìn)是定向鉆進(jìn)的一種。

1.定向鉆進(jìn)機(jī)具

定向鉆進(jìn)需要采用專用定向儀或具有定向功能的測斜儀，測量或指示出造斜機(jī)具在孔內(nèi)的工具面向角，并通過地表旋轉(zhuǎn)鉆柱等方法將工具的面向角調(diào)整到需要的角度。定向鉆進(jìn)通常需借助于專用機(jī)具，主要有偏心楔（又稱斜向器）、機(jī)械式連續(xù)造斜器、液動(dòng)螺桿鉆具等。偏心楔是采用偏轉(zhuǎn)一定角度的導(dǎo)斜槽引導(dǎo)鉆頭偏斜鉆進(jìn)，使鉆孔軌跡自楔頂位置發(fā)生折線式彎曲，其工藝過程較為復(fù)雜，一次糾正鉆孔彎曲的角度也有限，常用于較小的全彎曲角改變量鉆孔糾斜、鉆孔側(cè)鉆偏斜或補(bǔ)取巖芯等。基于連續(xù)造斜器和螺桿馬達(dá)的定向鉆進(jìn)技術(shù)可方便用于增減鉆孔頂角、方位角，使鉆孔軌跡按設(shè)計(jì)方向偏斜。螺桿馬達(dá)定向鉆進(jìn)具有隨鉆糾斜和控斜的優(yōu)勢。

造斜方法與造斜機(jī)具的選擇應(yīng)符合下列要求：

（1）全孔取芯定向鉆孔宜采用地面動(dòng)力鉆桿驅(qū)動(dòng)、單點(diǎn)造斜鉆進(jìn)方法進(jìn)行定向孔鉆進(jìn)。單點(diǎn)造斜工具宜采用偏心楔進(jìn)行。

（2）造斜段不要求取芯的定向孔，可采用連續(xù)造斜器連續(xù)造斜進(jìn)行定向孔鉆進(jìn)。連續(xù)造斜器可由地面動(dòng)力鉆桿驅(qū)動(dòng)，也可由螺桿馬達(dá)孔底驅(qū)動(dòng)。

（3）根據(jù)巖石可鉆性，造斜鉆頭應(yīng)選用專用的硬質(zhì)合金、復(fù)合片或金剛石造斜鉆頭。

2.定向鉆孔設(shè)計(jì)

在定向鉆孔設(shè)計(jì)前，應(yīng)充分了解鉆孔地層條件，收集的資料應(yīng)包括下列內(nèi)容：

（1）定向鉆孔所穿過的巖層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、巖石硬度、可鉆性。

（2）現(xiàn)場環(huán)境條件對(duì)定向鉆孔開孔位置與軌跡參數(shù)的限定條件。

（3）已有鉆孔偏斜規(guī)律、防斜措施、測斜資料。

（4）造斜機(jī)具的造斜能力。

定向鉆孔的設(shè)計(jì)應(yīng)充分參考同一地區(qū)既有鄰孔的鉆進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在不增加鉆進(jìn)難度前提下，盡量減少鉆進(jìn)總進(jìn)尺，同時(shí)要有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆進(jìn)的作業(yè)要求。定向鉆孔設(shè)計(jì)包括下列內(nèi)容：

（1）定向鉆孔開孔的孔位坐標(biāo)及開孔頂角與方位角。

（2）定向孔結(jié)構(gòu)形式，鉆孔軸線軌跡參數(shù)，各孔段起始點(diǎn)頂角與方位角及起始點(diǎn)坐標(biāo)值。

（3）定向鉆孔設(shè)計(jì)軌跡二維投影圖或三維圖。

（4）定向鉆孔護(hù)壁及固孔。

（5）定向鉆孔方法與造斜工藝。造斜點(diǎn)位置宜選擇在穩(wěn)定的中硬巖層部位，應(yīng)避開硬、脆、碎巖層以及斷層帶、巖溶發(fā)育區(qū)等。如果造斜點(diǎn)選在孔底，應(yīng)先進(jìn)行孔底清理；如果造斜點(diǎn)選在鉆孔中部，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行人工架橋，建立人工孔底。

3.定向方法

定向鉆孔測斜儀器、定向儀應(yīng)根據(jù)測斜精度要求、造斜機(jī)具、定向精度、是否有磁場干擾等因素進(jìn)行選擇。依據(jù)不同的定向測量原理，定向方法可分為直接定向法和間接定向法。直接測量工具面向的方位角（當(dāng)采用磁性定向儀時(shí)，該角度又稱磁工具面角）并將工具面向方位角定位到設(shè)計(jì)方位角度的定向方法，稱為直接定向法。以原鉆孔重力高邊為基準(zhǔn)，在垂直于傾斜鉆孔軸線的平面上，測量工具面向與鉆孔重力高邊之間角度（該角度又稱重力工具面角）的方位角并將工具面向方位角定位到設(shè)計(jì)方位角度的定向方法，稱為直接定向法。直接定向法、間接定向法的適用條件如下：

（1）當(dāng)鉆孔是垂直孔時(shí)，由于無傾斜方位，所以，只能用直接定向法。

（2）原鉆孔是斜孔，且鉆孔頂角較大（一般要求鉆孔頂角大于3°），定向儀的重力敏感元件對(duì)鉆孔重力高邊有精確反應(yīng)，直接定向法、間接定向法均能使用。

（3）原鉆孔是斜孔，但鉆孔頂角較小（一般鉆孔頂角小于3°）時(shí)，盡可能采用直接定向法。

（4）當(dāng)使用磁性定向儀時(shí)（直接定向法），必須在造斜工具上端連接5～10m的無磁性鉆桿或無磁鉆鋌。

4.工具面角的確定

工具面角的確定與造斜點(diǎn)上部孔段的頂角、方位角以及目標(biāo)靶點(diǎn)與造斜點(diǎn)垂深、水平距有關(guān)，可采用作圖法和計(jì)算法。

（1）作圖法確定工具面角。假設(shè)已有的鉆孔頂角θ1、方位角為α1，造斜后鉆孔頂角θ2、方位角為α2，作圖法求解重力工具面角β（造斜工具在孔內(nèi)的安裝角）的步驟如下：

從某O點(diǎn)引方向線OC、OD，使∠COD=α2-α1，在OC線上按設(shè)定比例k截取θ1的長度［通常，k的單位為（°）/cm］，得點(diǎn)A，在OD線上按同樣比例k截取θ2的長度，得點(diǎn)B，連接AB，量取∠CAB即為所需要重力工具面角β，AB線段長度按設(shè)定比例k換算的角度即為達(dá)到目標(biāo)頂角θ2和方位角α2所需要的造斜全彎曲角γ，如圖3-5所示。

依據(jù)同樣原理，已知造斜點(diǎn)原鉆孔頂角θ1、方位角為α1、造斜目標(biāo)頂角θ2、全彎曲角γ，可以作圖求解出安裝角β，造斜后的鉆孔方位角。

確定工具面角的作圖法是一種近似方法，其適用于鉆孔頂角較小（一般鉆孔頂角小于16°），且造斜全彎曲角γ不大的情況。

（2）計(jì)算法確定工具面角。已知造斜之前的鉆孔頂角θ1、方位角為α1，造斜后的目標(biāo)頂角θ2、方位角為α2，依據(jù)斜面圓弧造斜段鉆孔軌跡模型，造斜目標(biāo)的安裝角β可采用公式（3-1）計(jì)算。

實(shí)際定向時(shí)，根據(jù)所選擇的造斜工具類型的不同，計(jì)算（作圖法）得出的安裝角β還必須考慮造斜機(jī)具的組合差和孔底動(dòng)力鉆具的反扭轉(zhuǎn)角的影響，并加以補(bǔ)償修正。

5.造斜機(jī)具操作方法

定向作業(yè)前，定向鉆進(jìn)作業(yè)人員應(yīng)熟悉和掌握造斜機(jī)具、造斜定向儀器的結(jié)構(gòu)、原理、性能以及操作方法和維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)。對(duì)造斜機(jī)具或定向儀器進(jìn)行性能檢查與定向精度確認(rèn)。

造斜鉆進(jìn)前，應(yīng)先計(jì)算確定造斜機(jī)具工具面角，根據(jù)造斜方法選定合適規(guī)格的造斜機(jī)具。造斜機(jī)具下入造斜點(diǎn)后應(yīng)嚴(yán)格按照計(jì)算的工具面角進(jìn)行孔內(nèi)定向與固定。

造斜鉆進(jìn)時(shí)，導(dǎo)斜鉆具組宜配置彈性鉆桿或萬向接頭，也可用直徑小一級(jí)的鉆桿作為柔性鉆桿。導(dǎo)斜鉆具宜采用比原鉆孔小一級(jí)的直徑，鉆具長度應(yīng)小于1.0m。

開泵時(shí)應(yīng)將導(dǎo)斜鉆具提離導(dǎo)斜槽，輕壓慢轉(zhuǎn)進(jìn)行導(dǎo)斜鉆進(jìn)，過導(dǎo)斜面1/2長度后，方可進(jìn)入正常鉆進(jìn)。導(dǎo)斜鉆進(jìn)應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)經(jīng)常提動(dòng)鉆具，以便修正孔徑，減少鉆進(jìn)阻力。

導(dǎo)斜鉆進(jìn)時(shí)，每回次進(jìn)尺應(yīng)小于鉆具長度，不得使導(dǎo)斜鉆具上端超過楔腳。導(dǎo)斜鉆進(jìn)孔段長度達(dá)到1～2m后，應(yīng)進(jìn)行孔內(nèi)清洗與造斜孔段測斜，確認(rèn)符合設(shè)計(jì)要求后再繼續(xù)造斜鉆進(jìn)，直至分段導(dǎo)斜鉆進(jìn)結(jié)束。

定向鉆孔造斜孔段應(yīng)均勻造斜，采用偏心楔單點(diǎn)造斜或鉆桿驅(qū)動(dòng)連續(xù)造斜鉆進(jìn)時(shí)，造斜強(qiáng)度宜為0.2～0.5（°）/m；采用螺桿馬達(dá)孔底驅(qū)動(dòng)進(jìn)行造斜鉆進(jìn)時(shí)，造斜強(qiáng)度宜為0.5～1.0（°）/m，并應(yīng)保證鉆桿組順利通過和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工作安全。可以通過鉆速變化來判斷所鉆地層巖性的變化，選擇合理的孔底動(dòng)力鉆具組合，可獲得可靠的造斜率，有利于軌跡控制。造斜率應(yīng)盡量控制在小于2°/30m范圍內(nèi)，避免形成“狗腿”現(xiàn)象。

當(dāng)造斜率偏低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)分析原因，及時(shí)采取相應(yīng)的措施。若軟地層鉆頭無法獲得足夠的鉆壓，工具增斜效果降低，則應(yīng)降低排量，減少井眼沖蝕。若工具面不穩(wěn)定，無法獲得穩(wěn)定的造斜率，則應(yīng)采用均勻送鉆、穩(wěn)定排量等措施加強(qiáng)工具面控制。若鉆具剛性過強(qiáng)，無法產(chǎn)生足夠的側(cè)向力，則應(yīng)考慮降低鉆具剛性。若采用馬達(dá)造斜且以上措施無效時(shí)，可以考慮調(diào)整彎殼體馬達(dá)的角度或更換彎角更大的彎接頭。

造斜孔段導(dǎo)斜鉆進(jìn)完成后，進(jìn)入新孔正常鉆進(jìn)前，應(yīng)對(duì)導(dǎo)斜孔段進(jìn)行擴(kuò)孔。擴(kuò)孔鉆具鉆頭應(yīng)根據(jù)偏心楔安裝固定方式并結(jié)合巖石可鉆性進(jìn)行選擇與配置，導(dǎo)向桿長度宜為0.5～1.0m。

擴(kuò)孔完畢后，應(yīng)用巖芯管長度為1.5m的金剛石鉆具鉆進(jìn)一個(gè)回次，清除孔中巖粉后，按照鉆孔結(jié)構(gòu)定向要求鉆進(jìn)后續(xù)孔段。

6.定向鉆孔測量

定向鉆孔測量與軌跡計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）根據(jù)定向鉆孔設(shè)計(jì)要求和地層特性選擇合適的測量方法和測量儀器。

（2）孔斜測量宜從孔口開始向孔底逐點(diǎn)測量，直線孔段測點(diǎn)間距可為10～20m，造斜孔段測點(diǎn)間距宜為5m，可根據(jù)需要縮短測點(diǎn)間距；同一測點(diǎn)至少測量兩次，若兩次測量讀數(shù)差較大時(shí)，宜重新測量。

（3）造斜鉆進(jìn)應(yīng)進(jìn)行記錄。

（4）定向鉆孔軌跡測量成果可按表3-21規(guī)定的內(nèi)容填寫，并計(jì)算鉆孔軸線上各測點(diǎn)的坐標(biāo)值，繪制實(shí)際定向孔內(nèi)軸線軌跡圖。

7.造斜和糾斜

斜孔鉆進(jìn)的造斜和糾斜建議采用機(jī)械式連續(xù)造斜器或液動(dòng)螺桿鉆具。

（1）機(jī)械式連續(xù)造斜器結(jié)構(gòu)工作原理。如圖3-6所示，機(jī)械式連續(xù)造斜器是一種以側(cè)向力切削井壁為主連續(xù)造斜機(jī)具，其結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成，定子部分主要包括上軸承室、傳壓彈簧、外殼、上半楔、滑塊、下半楔等，轉(zhuǎn)子部分主要包括接頭、上半軸、復(fù)位彈簧、花鍵軸套、下半軸、短管、鉆頭等。機(jī)械式連續(xù)造斜器造斜鉆進(jìn)時(shí)，回轉(zhuǎn)動(dòng)力由地表鉆機(jī)提供，通過鉆桿柱傳遞扭矩、鉆壓給孔底造斜器轉(zhuǎn)子部分鉆進(jìn)碎巖，利用造斜器定子部分的滑塊機(jī)構(gòu)，使造斜器在孔內(nèi)產(chǎn)生固定方向的側(cè)向造斜力，并隨鉆進(jìn)過程與鉆頭同步滑行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)造斜。

依據(jù)機(jī)械式連續(xù)造斜器結(jié)構(gòu)工作原理，孔內(nèi)造斜鉆進(jìn)時(shí)，可推導(dǎo)得出滑塊機(jī)構(gòu)滑出對(duì)孔壁施加的卡固力Q和鉆頭的側(cè)向力A計(jì)算式（3-2）、式（3-3）。

式中：P為鉆壓，kN；α為滑塊楔角，（°）；f為鋼與鋼的摩擦系數(shù)；f1為鋼與巖石的摩擦系數(shù)；L1為滑塊軸向中截面與鉆頭底端面的距離，cm；L2為滑塊軸向中截面與上半楔凸環(huán)的距離，cm。

機(jī)械式連續(xù)造斜器使用要點(diǎn)如下：

1）機(jī)械式連續(xù)造斜器主要用于鉆孔糾斜、定向孔造斜分支，增、減頂角與增、減方位角均可，但以增頂角效果最好，此時(shí)，滑塊位于鉆孔下幫，定子卡固位置最穩(wěn)定，不易產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。

2）造斜鉆進(jìn)孔段應(yīng)選擇在5～8級(jí)完整中硬地層，地層太軟，滑塊定位卡固時(shí)，滾輪吃入孔壁巖石，不能隨進(jìn)尺同轉(zhuǎn)子同步下行，產(chǎn)生“懸掛”現(xiàn)象。

3）造斜器連接鉆桿下入孔內(nèi)造斜位置上0.2～0.5m處，定向后，下放到孔底（不回轉(zhuǎn)），加壓使離合機(jī)構(gòu)分離，滑塊滑出定位后，才能開動(dòng)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

4）造斜鉆頭一般選用全面合金或金剛石不取芯鉆頭（或取細(xì)小巖芯）。粗巖芯與鉆頭內(nèi)徑之間有導(dǎo)正作用，不利于鉆具的側(cè)向切削和不對(duì)稱破碎孔底巖石。

5）造斜完畢后，一般還需用錐形鉆頭修擴(kuò)孔。

6）機(jī)械式連續(xù)造斜器的造斜強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)可調(diào)［0.3～2.0（°）/m］，選用不同長度的短管可實(shí)現(xiàn)造斜強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，加長短管，造斜強(qiáng)度減小。

（2）螺桿馬達(dá)造斜原理。螺桿馬達(dá)能夠用來實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)基于鉆頭回轉(zhuǎn)碎巖而鉆桿柱不回轉(zhuǎn)；可連接不同定向彎外管；可隨鉆進(jìn)行傾角和方位角測量。其原理是通過選用或調(diào)節(jié)不同的定向彎外管（見圖3-7）或彎接頭，來達(dá)到定向目的。

根據(jù)設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡，在鉆孔施工過程中，通過隨鉆測斜數(shù)據(jù)來調(diào)整彎外管的工具面向角，從而使鉆孔的傾角和方位基本達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。通過調(diào)節(jié)泵量可控制鉆頭的轉(zhuǎn)速，此時(shí)依據(jù)泵壓可判斷孔底工況，泵壓可反映扭矩的大小（即鉆壓的相對(duì)大小）。

螺桿馬達(dá)定向鉆進(jìn)工藝流程如圖3-8所示。

液動(dòng)螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)要點(diǎn)為：

1）螺桿鉆具應(yīng)用于定向鉆進(jìn)時(shí)需在鉆具上配置造斜件，常用的造斜件主要有彎接頭、外殼體等，必須根據(jù)所需要的造斜強(qiáng)度適當(dāng)選擇。

2）清水、鹵水、泥漿等沖洗液都可使螺桿鉆具有效地工作，但沖洗液應(yīng)盡量潔凈，其含砂量應(yīng)低于0.5％，顆粒直徑應(yīng)小于0.3mm。

3）第四系松軟地層造斜鉆進(jìn)配用2°彎接頭或1.5°彎外管，同時(shí)在鉆桿柱與彎接頭之間接一個(gè)長1.5～2.0m、直徑與鉆孔直徑相同的穩(wěn)定器。

4）螺桿鉆具工作時(shí)，螺桿馬達(dá)定子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)逆時(shí)針方向的反扭矩，因此，螺桿鉆具在孔內(nèi)的定向的工具面向角必須補(bǔ)償該反扭矩所產(chǎn)生的反扭角。

5）在單一的穩(wěn)定的地層中，造斜鉆進(jìn)可連續(xù)地集中完成；在軟硬互層或是易斜地層，造斜鉆進(jìn)可分段進(jìn)行；在堅(jiān)硬地層中，為了減少造斜工作量，有時(shí)需加大造斜強(qiáng)度，可采用交替鉆進(jìn)法。

6）根據(jù)巖石可鉆性選擇造斜鉆頭，Ⅴ級(jí)以下的巖石可選用硬合金造斜鉆頭，Ⅵ級(jí)以上的巖石則選用金剛石造斜鉆頭。

7）螺桿鉆具下鉆過程中必須將鉆桿接頭螺紋上緊，以防止螺桿鉆具工作時(shí)反扭矩上緊螺紋所造成的工具面向角誤差。

8）螺桿鉆具在孔內(nèi)定向結(jié)束后，必須在無載荷條件下啟動(dòng)，緩慢掃孔到底后，逐漸加鉆壓直到正常工作鉆壓。

9）造斜鉆進(jìn)時(shí)，操作者應(yīng)時(shí)刻觀察水泵壓力的變化。如泵壓穩(wěn)定，說明螺桿鉆工作正常，孔內(nèi)情況也正常。如泵壓突然升高，鉆桿柱上的反扭矩明顯增加，應(yīng)立即減小鉆壓或用鉆機(jī)立軸提升鉆具。

10）每一個(gè)造斜鉆進(jìn)回次結(jié)束后，必須對(duì)造斜孔段進(jìn)行修孔，修磨孔壁可采用錐形硬合金鉆頭和錐形金剛石鉆頭。

3.2.9　跟管鉆進(jìn)

跟管鉆進(jìn)是一種特殊鉆進(jìn)方法，即一邊鉆進(jìn)一邊壓入或旋轉(zhuǎn)下入套管，或套管超前壓入或旋轉(zhuǎn)下入，然后鉆具跟著鉆進(jìn)。這種方法可以防止鉆進(jìn)過程中的孔壁坍塌或流砂充塞鉆孔，適用于鉆進(jìn)松散地層和流砂層。廣義的跟管鉆進(jìn)方法有多種，這里主要介紹氣動(dòng)潛孔錘同心跟管鉆進(jìn)工藝和偏心跟管鉆進(jìn)工藝。

1.潛孔錘偏心跟管鉆進(jìn)法

鉆具根據(jù)偏心機(jī)構(gòu)原理，依靠導(dǎo)向鉆頭帶動(dòng)一只偏心擴(kuò)孔器，在潛孔錘進(jìn)行鉆進(jìn)的同時(shí)，導(dǎo)向部分帶動(dòng)偏心擴(kuò)孔器進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)，鉆成的孔徑比套管外徑稍微大一些，使套管同步隨鉆頭下入孔內(nèi)。套管無獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置，為使套管能順利跟進(jìn)，在套管鞋和鉆具上安裝一種迫使套管和鉆頭同步跟進(jìn)的裝置，跟進(jìn)的套管具有穩(wěn)定孔壁和保護(hù)孔口的作用，而且鉆進(jìn)、排渣和護(hù)壁3個(gè)工序同時(shí)進(jìn)行，使鉆孔工作得以順利進(jìn)行，這是一種既發(fā)揮了潛孔錘碎巖效率高的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其護(hù)壁性能差而采取的一種工藝措施。但是，由于采用單偏心的擴(kuò)孔機(jī)構(gòu)，鉆進(jìn)時(shí)鉆桿和套管常常不同心，易產(chǎn)生孔斜，且由于鉆具根部受力不均勻，容易產(chǎn)生斷裂。由于鉆進(jìn)時(shí)套管無單獨(dú)驅(qū)動(dòng)裝置，因而在緊密地層中套管的跟進(jìn)深度受到限制，并且存在偏心鉆頭的偏心機(jī)構(gòu)有時(shí)由于被巖屑卡住不能正常回收，而使鉆孔報(bào)廢的缺點(diǎn)。

潛孔錘偏心跟管鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)以“低轉(zhuǎn)速、低鉆壓、高上返氣速”為原則。鉆進(jìn)過程中，應(yīng)注意觀察套管的跟進(jìn)情況及孔內(nèi)排粉情況，并每鉆進(jìn)一段距離應(yīng)該強(qiáng)吹排粉，以保持孔內(nèi)清潔。吹孔時(shí)，鉆具向上提動(dòng)距離嚴(yán)加控制。國產(chǎn)SP系列潛孔錘偏心跟管鉆具分低氣壓（0.8MPa以下）和中高氣壓（0.8～2.5MPa），主要取決于配套使用的潛孔沖擊器。目前在我國大部分地方使用的是低氣壓跟管鉆具，使用中高氣壓跟管鉆具是發(fā)展趨勢。

鉆壓是潛孔錘偏心跟管鉆進(jìn)的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)正常鉆進(jìn)時(shí)，其鉆壓從理論上講由鉆具鉆壓P1和跟管鉆壓P2組成。對(duì)鉆具鉆壓P1來講，當(dāng)保持足夠鉆壓時(shí)，可防止鉆具在沖擊時(shí)反彈，使鉆具緊密地與孔底巖石接觸，對(duì)傳遞沖擊功、提高破碎效率是十分重要的。實(shí)踐證明，在一定范圍內(nèi)，隨著鉆具鉆壓增大，機(jī)械鉆速隨之增高，但過大的鉆具鉆壓不僅會(huì)使鉆頭沖擊刃齒過快磨損，而且容易產(chǎn)生事故。據(jù)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)總結(jié)，用于鉆進(jìn)的鉆壓，以每厘米鉆頭直徑0.5～0.9kN為宜。跟管鉆壓P2是決定潛孔錘跟管鉆進(jìn)跟管深度的主要因素，在設(shè)計(jì)確定潛孔錘跟管深度時(shí)，原則上應(yīng)以鉆具或套管允許施加的鉆壓為依據(jù)，對(duì)鉆具來說：

式中：S為鉆具組合中最弱環(huán)節(jié)桿件的斷面積（通常是鉆桿）；［R］為該桿件材質(zhì)的許用抗壓強(qiáng)度。

從式（3-4）中，即可求解出最大的跟管鉆壓P2。對(duì)套管來說：

式中：S′為套管的斷面積；［R］′為套管材質(zhì)的許用抗壓強(qiáng)度。

上述可求得兩個(gè)不同值的跟管鉆壓P2，取其小值作為施加的最大跟管鉆壓。在生產(chǎn)中，跟管的阻力是隨著跟管深度的增加而增大的，因此，跟管鉆壓也應(yīng)大致與之相適應(yīng)，在設(shè)計(jì)跟管深度時(shí)，應(yīng)盡可能使所用的跟管鉆壓達(dá)到設(shè)計(jì)跟管深度。

2.潛孔錘同心跟管鉆進(jìn)

潛孔錘同心跟管鉆進(jìn)是在破碎松散地層中采用氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)，并用套管護(hù)壁，一邊鉆進(jìn)，套管一邊隨鉆頭下入孔內(nèi)。跟進(jìn)的套管具有穩(wěn)定孔壁和保護(hù)孔口的作用，而且鉆進(jìn)、排渣和護(hù)壁同時(shí)進(jìn)行，可以很好地解決卵礫石等復(fù)雜地層鉆進(jìn)中護(hù)壁難的問題。

由于潛孔錘的碎巖方法改變了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)方法的碎巖機(jī)理（切削、研磨、壓裂），在潛孔錘做功時(shí)產(chǎn)生了動(dòng)載和應(yīng)力集中，致使可鉆性、研磨性極強(qiáng)的卵礫石產(chǎn)生粗顆粒（2～3cm）的體積破碎，加之套管跟進(jìn)封閉隔絕了空氣在卵石層的泄漏，在套管與鉆具的間隙間產(chǎn)生高速氣流（15m/s），迅速將破碎后的巖屑排出孔外，避免了重復(fù)破碎。此外，對(duì)難以及時(shí)破碎的卵石，在回轉(zhuǎn)壓力作用下鉆具可將它擠向孔壁，有利于向下繼續(xù)破碎。

潛孔錘同心跟管鉆進(jìn)施加鉆壓、風(fēng)量、風(fēng)壓一般比潛孔垂偏心跟管鉆進(jìn)小。