关键词：地质岩心钻探;偏心楔;定向钻进;导斜钻进工序

　　1 人工造斜的原因

　　1.1 修正孔斜

　　钻孔在施工过程中，由于地层构造和钻进工艺参数选择不合理，钻进方向发生偏离，严重影响钻孔到达预定矿层靶点，需要采用人工造斜方法修正孔斜。

　　1.2 事故绕障

　　在钻探施工作业过程中，发生孔内事故(埋钻，烧钻，挤夹、卡钻，钻具折断、脱落和跑钻，工具、物件坠入)时，因无法打捞出孔内遗留钻杆，消灭又较为困难且不经济，挪移孔位代价偏高(如我队2016年施工的甘肃省漳县苟家寨石灰岩矿钻探施工项目发生孔内事故的ZK202孔)而采用造斜钻进绕过事故段的方法是十分经济有效的选择。

　　1.3 补采岩矿心

　　在钻探施工作业中，发生钻遇地层岩石破碎而导致的卡取岩心困难，钻压、钻速及泵入量等钻进参数选择不正确导致岩心应力破碎或水力冲蚀，取心操作过程中岩心管震荡造成岩心脱落等事故(如我队2015年施工的甘肃省天祝县毛藏寺铜钼多金属矿项目部分矿层取芯率未达标的水平钻孔)，造成岩心采取率不足，需要选择人工造斜方法来补采特定层位岩心。

　　2 偏心楔的类型

　　a.偏心楔按其与钻具的相互关系分为固定式楔子和活动式楔子以及无楔体连续导斜器三种。

　　固定式楔子下入孔内导斜钻进后留在孔内，如要取出需要专门方法打捞。活动式楔子连同钻具下入孔内工作，回次终了后可随导斜钻具提出。无楔体连续导斜器结构较复杂，主要机理为导斜器内转构件动态旋转下受压弯曲，来迫使外不转动构件切入岩石以保持偏斜方向钻进，该导斜器有专门厂家制作出售，在此不予讨论。

　　固定式偏心楔分为开口式与闭口式两种。

　　开口式偏心楔

　　如图2-1，该开口式偏心楔管体为75mm钻杆，焊接的导斜管体为89mm钻杆。而异径型偏心楔的制作上是将89mm钻杆由其管径1/2处切至管壁处，切下部分倒置翻转焊接。

图2-1 Φ75开口式偏心楔

　　闭口式偏心楔。

　　下图2-2为闭口式偏心楔，该楔体前段有管体可与钻相连。

　　图2-2 闭口式偏心楔

　　取出式偏心楔是在固定式偏心楔的基础上在导斜体的弯月状下端连接固定装置，固定装置由楔体座和下楔体组成，用燕尾键固定。取出时可在孔内用钻杆或钩子打捞。

　　b.偏心楔在管体结构上分为同径型和异径型两种。

图2-3 同径型开口式偏心楔结构示意图

　　同径型偏心楔的导斜主要依靠自然造斜方法，主要运用于绕障及补采岩心。同径型与异径型由结构差异上可以看出：同径型偏心楔外径与孔径相匹配，可以广泛应用到深孔段进行导斜，但是其缺点明显：造斜位置不能准确控制随意性大，对于水泥固定强度要求高，钻进过程中的钻进规程参数要求严格;而异径型偏心楔适合应用在套管段位附近导斜，使用闭口式偏心楔连接于套管下端更可靠并且固定更简单。

　　3 偏心楔人工造斜方案设计

　　3.1 异径型闭口式偏心楔造斜方案

　　3.1.1 造斜需求背景

　　在我队于2016年6月施工的甘肃省漳县苟家寨石灰岩矿钻探施工项目所属的垂直钻孔ZK202钻进施工过程中，正常钻进至6月29日下午，孔深为179.26m。在下一回次钻进过程中，钻杆上接手丝扣于147.49米处折断。下丝锥打捞由于下部孔壁松散破碎，掉块已将下部钻杆卡死，提拉钻杆不能上行。继续下丝锥打捞，丝锥滑离事故头，插入松散孔壁与事故头之间，造成孔内阻力急剧增大，上部钻杆在142.80米处折断，发生二次事故。下入丝锥后锥入二次事故的事故头，因下部掉块发生埋卡钻杆彻底不能上下窜动。大回转力松解，发现钻杆重量减轻，丝锥与事故钻杆脱离，判断事故头已经劈开，至此下入丝锥打捞将不能起到任何作用，且更容易发生次生事故，造成更大损失。

　　该孔Φ89套管下至120.40m，事故头位于142.80m,适用异径型闭口式偏心楔造斜来进行事故绕障。

　　3.1.2 导斜钻进工序

　　(1)水泥封堵125米以下孔段，其步骤为：425水泥+1%--2%食盐+速凝剂按0.5—0.6的水灰比配置水泥浆，封堵125米以下孔段。等待3-4天凝固。

　　(2)Φ89套管加Φ96套管金刚石钻头扫孔钻进至140米，扫孔钻进过程中必须保持低钻速、小压力、大泵量。

　　图3-1-1 Φ89异径型闭口式偏心楔结构示意图

　　图 3-1-2 Φ75导斜钻头结构示意图

　　(3)在Φ89套管下端加Φ89异径型闭口式偏心楔(其结构详细见图3-1-1)，下至孔底。后用Φ50钻杆连接Φ75导斜钻头(见图3-1-2)，钻进至139.50m处后，侧钻已经完成(钻孔轨迹已经和原事故钻孔轨迹错开)。

　　(4)配置Φ75钻具钻进，注意在下入导斜偏心楔后要缓慢下放，慢速旋转，待穿过导斜器后下一回次中加大泵入量，依旧低速低压钻进。取岩心时不要将钻头提过导斜器，以免发生挂卡。

　　3.2 同径型开口式偏心楔造斜方案

　　3.2.1 造斜需求背景

　　在我队2015年施工的甘肃省天祝县毛藏寺铜钼多金属矿项目钻探施工项目中，其中水平钻孔ZK413孔施工至407.46m到434.26m, 钻遇地层岩石破碎而导致的卡取岩心困难，且在水平取芯过程中对钻具扰动大，岩心容易掉落孔内，导致该层位取芯率不达标，需要在该层位导斜钻进补采岩心。

　　钻孔Φ89套管下至184.04m处，距离目标层位距离过大，因此该情况适用在全孔完结后采用同径型开口式偏心楔造斜钻进方法补采岩心。

　　3.2.2 导斜钻进工序

　　(1)水泥封堵400米以下孔段，其步骤为：425水泥+1%--2%食盐+速凝剂按0.5—0.6的水灰比配置水泥浆，封堵400米以下孔段。等待凝固2-3天。

　　(2)同时用Φ50钻杆连接同径型开口式偏心楔(结构如图2-3其中两者接头处为反丝扣，下端连接硬质合金钻头)，连接钻杆将导斜器推向孔内，待其下端硬质合金到达水泥凝结段，加压慢钻使钻杆与导斜器分离。后继续灌入水泥固定导斜器，等待凝固2-3天。

　　(3)用Φ50钻杆连接Φ75导斜钻头(见图3-1-2)，保持低钻速、小压力、大泵量钻进至398.00m处后，侧钻已经完成(钻孔轨迹已经和原事故钻孔轨迹错开)。

　　(4)配置Φ75钻具钻进，注意在下入导斜偏心楔后要缓慢下放，慢速旋转，待穿过导斜器后下一回次中加大泵入量，依旧低速低压钻进。取岩心时不要将钻头提过导斜器。

　　(5)后续钻进过程中，必须控制钻杆扰动、防止导斜器移位，需要采用较高钻速和较低的给进压力。

　　4 结 语

　　在岩心钻探施工中，偏心楔导斜钻进方法是最为经济可靠的方法，该方法在各个钻探施工单位近20年的应用中取得了良好的效果。针对我队钻探施工现状以及近年来地勘部门对岩心钻探施工的要求，该种导斜钻进方法适合我队深入研究、实地实验及推广。

　　该导斜钻进方法中，合理的偏心楔结构选择、下入钻孔后的导斜钻进过程操作是该技术成功的关键;若选用水泥封堵固定偏心楔方法时，水泥凝固后的强度，和后续钻进过程中合理的钻进参数选择(控制钻杆扰动，防止导斜器移位)是造斜成功的关键点。