一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法及导正装置.pdf

本发明公开了一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法及导正装置，在含有大块石、孤石、裂隙断层发育等复杂地层时，通过采取安装导正装置、严格控制钻孔过程、复杂破碎地层进行灌浆处理等方法，在长距离精确控制钻孔下，克服钻孔偏斜，斜率可以控制在1％范围内。有效地解决了钻孔孔道长、岩性软硬差别大、钻杆钻具由于冲击、扭力及自身重力产生挠曲变形等引起的钻孔偏斜的难题。在缓坡度、水平作业效果更加显著。本发明操作简便，减少了废孔的产生，降低了成本、且施工效果好，孔壁光滑，有利于后继工序的操作。

1、  一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法，其特征在于包括以下步骤：
1)机具安装时钻进轴线与设计方向轴线重合，钻头中心与孔位点重合，机座与基础联结牢固。
2)开孔时，先低速冲击钻进，待钻进1.0～1.5m后，复测钻孔各项参数，符合要求则继续钻进，否则进行纠偏；
3)钻进过程中，每隔5米需停机用测斜仪进行孔斜测量，实时掌握钻进轨迹，孔斜率若超过允许值，进行钻具、导正装置间距，钻速钻压的的调整；
4)根据钻进速度随时调节钻压，匀速钻进，保持孔内清洁；
5)在钻杆上安装导正装置(12)；
6)复杂破碎地层进行灌浆处理；
经过以上步骤可以在复杂地层下获得长距离，且斜率在1％以内的精密孔道。

2、  根据权利要求1所述的一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法，其特征在于：在钻杆上每4米-6米安装有一个导正装置(12)。

3、  根据权利要求1所述的一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法，其特征在于：钻孔须穿过含有大块石、孤石(6)、裂隙发育的断层5等复杂地层时，采取限压、限量灌浆固壁，灌浆压力控制在0.2～1Mpa，用送浆管将W/C＝0.4∶1的浆液限量输送到破碎带，使孔壁破碎岩体、大块石、孤石、裂隙在有限范围内充填胶结，形成稳定孔壁并在浆液填隙胶结的作用下改善地层强度，然后再钻进。

4、  一种复杂地层下精确控制孔斜的导正装置，其特征在于：导正筒(13)活动安装在钻杆(10)外，导正筒(13)外设有多根导正杆(14)。

5、  根据权利要求5所述的一种复杂地层下精确控制孔斜的导正装置，其特征在于：所述的多根导正杆(14)按圆周排列。

6、  根据权利要求5或6所述的一种复杂地层下精确控制孔斜的导正装置，其特征在于：所述的多根导正杆(14)按轴向排列。

7、  根据权利要求7所述的一种复杂地层下精确控制孔斜的导正装置，其特征在于：轴向排列的多根导正杆(14)之间交错排列。

一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法及导正装置
技术领域
本发明涉及一钻孔方法，特别是一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法及导正装置。
背景技术
为满足工程的需要，有些钻孔，例如：薄壁结构的混凝土防渗墙的钻探勘察孔、高精度对穿式预应力锚索孔等，这些孔的精度要求很高，其中孔斜要求小于1％，钻孔过程中如果不采取措施或措施不当，钻孔易偏斜，成为废孔。尤其是在复杂地层条件下，夹带大块石、孤石、裂隙断层破碎发育、岩性软硬差别大的钻孔更容易引起偏斜，再加上有些钻孔孔道很长(几十米、甚至几百米)，钻杆、钻具由于冲击、扭力、重力(缓倾角或水平钻孔时自身重力也会产生钻杆变形)影响下产生挠曲变形引起钻孔偏斜，在此情况下，采取何种有效措施，克服钻孔偏斜，满足高精度要求是钻孔过程中面临的首要难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法及导正装置，可以在遇有复杂破碎地层，长距离精确控制钻孔下，克服钻孔偏斜，且操作简便、成本低、效果好。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法，包括以下步骤：
1)机具安装时钻进轴线与设计方向轴线重合，钻头中心与孔位点重合，机座与基础联结牢固。
2)开孔时，先低速冲击钻进，待钻进1.0～1.5m后，复测钻孔各项参数，符合要求则继续钻进，否则进行纠偏；
3)钻进过程中，每隔5米需停机用测斜仪进行孔斜测量，实时掌握钻进轨迹，孔斜率若超过允许值，进行钻具、导正装置间距，钻速钻压的的调整；
4)根据钻进速度随时调节钻压，匀速钻进，保持孔内清洁；
5)在钻杆上安装导正装置；
6)复杂破碎地层进行灌浆处理；
经过以上步骤可以在复杂地层下获得长距离，且斜率在1％以内的精密孔道。
所述的一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法，在钻杆上每4米-6米安装有一个导正装置。
钻孔须穿过含有大块石、孤石、裂隙断层发育等复杂地层时，采取限压、限量灌浆固壁，灌浆压力控制在0.2～1Mpa，用送浆管将W/C＝0.4∶1的浆液限量输送到破碎带，使孔壁破碎岩体、大块石、孤石、裂隙在有限范围内充填胶结，形成稳定孔壁并在浆液填隙胶结的作用下改善地层强度，然后再钻进。
导正筒活动安装在钻杆外，导正筒外设有多根导正杆。
所述的多根导正杆按圆周排列。
所述的多根导正杆按轴向排列。
轴向排列的多根导正杆之间交错排列。
本发明提供的一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法及导正装置，在含有大块石、孤石、裂隙断层发育等复杂地层时，机具的安装要求严格，从而保证钻孔精度，便于下部工序的展开。开钻时采用低速钻进，这样孔的加工精度较高，这一段就可以成为后继加工的基础。平均每5米进行一次测量，保证了孔的精度，从而可以随时进行调整，也便于导正装置的安装，因为钻具重量越轻、钻杆刚度越大、导正器设置间隔越小、钻速钻压越低其孔斜率越小。匀速钻进可以避免钻速变化引起钻孔的倾斜，保持孔内清洁，可以避免岩屑堆积致使钻孔偏斜。
钻杆外安装特制的导正装置，导正装置外的导正杆多点均匀与孔壁接触，保证了导正筒的径向精度，导正筒扶持在其内的钻杆，从而避免了钻杆的倾斜、扭曲变形，在缓坡度、水平作业效果更加显著。
采取限压、限量灌浆，且水灰比为W/C＝0.4∶1，并调节灌浆的压力，从而保证灰浆在破碎带均匀分布，改善钻进地层强度，避免因地层软硬不均而使加工孔产生偏斜，又不会浪费太多的灰浆，节约了成本。
通过采取安装导正装置、严格控制钻孔过程、复杂破碎地层进行灌浆处理等方法，在长距离精确控制钻孔下，克服钻孔偏斜，斜率可以控制在1％范围内。有效地解决了钻孔孔道长(几十米、甚至几百米)、岩性软硬差别大、钻杆钻具由于冲击、扭力及自身重力(缓倾角或水平钻孔自身重力产生的钻杆变形更甚)产生挠曲变形等引起的钻孔偏斜的难题。
本发明操作简便，减少了废孔的产生，降低了成本、且施工效果好，孔壁光滑，有利于后继工序的操作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施方式结构示意图；
图2是本发明导正装置结构示意图；
图3是本发明导正装置B-B剖视图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法，包括以下步骤：
1)机具安装时钻进轴线与设计方向轴线重合，钻头中心与孔位点重合，机座与基础联结牢固。
2)开孔时，先低速冲击钻进，待钻进1.0～1.5m后，复测钻孔各项参数，符合要求则继续钻进，否则进行纠偏；
3)钻进过程中，每隔5米需停机用测斜仪进行孔斜测量，实时掌握钻进轨迹，孔斜率若超过允许值，进行钻具、导正装置间距，钻速钻压的的调整；
4)根据钻进速度随时调节钻压，匀速钻进，保持孔内清洁；
5)在钻杆上安装导正装置12；
6)复杂破碎地层进行灌浆处理；
经过以上步骤可以在复杂地层下获得长距离，且斜率在1％以内的精密孔道。
所述的一种复杂地层下精确控制孔斜的钻孔方法，在钻杆上每4米-6米安装有一个导正装置12。
钻孔须穿过含有大块石、孤石、裂隙断层发育等复杂地层时，采取限压、限量灌浆固壁，灌浆压力控制在0.2～1Mpa，用送浆管将W/C＝0.4∶1的浆液限量输送到破碎带，使孔壁破碎岩体、大块石、孤石、裂隙在有限范围内充填胶结，形成稳定孔壁并在浆液填隙胶结的作用下改善地层强度，然后再钻进。
导正筒13活动安装在钻杆10外，导正筒13外设有多根导正杆14。
所述的多根导正杆14按圆周排列。
所述的多根导正杆14按轴向排列。
轴向排列的多根导正杆14之间交错排列。
实施例：
如图1所示，在清江水布垭枢纽工程50m对穿式预应力锚索施工中，钻孔从源廊道1须穿过含有大块石、孤石6、裂隙发育的断层5等复杂地层到达目标廊道2，钻孔完成后进行对穿式预应力锚索施工。钻孔要求孔斜率必须控制在1％之内，否则成为废孔。为满足长距离钻孔高精度的要求，必须解决含有大块石、孤石、裂隙断层发育等复杂地层岩性软硬差别引起的钻孔偏斜以及钻杆钻具由于冲击、扭力及自身重力产生挠曲变形等引起的钻孔偏斜等一系列难题。
为实现高精度钻孔的目的，加工方案由以下三个步骤组成：
1、严格控制钻孔过程
1)机具安装时钻进轴线与设计方向轴线重合，冲击器9及钻头8中心与孔位点重合，机座与基础联结牢固，受震不偏移；
2)开孔时，先低速冲击钻进，待钻进1.0～1.5m后，复测钻孔各项参数，符合要求则继续钻进，否则进行纠偏。
3)钻进过程中，每隔5米需停机用测斜仪进行孔斜测量，实时掌握钻进轨迹，孔斜率若超过允许值，需进行钻具、导正装置12间距，钻速钻压的的调整；钻具重量越轻、钻杆刚度越大、导正装置设置间隔越小、钻速钻压越低其孔斜率越小。
4)根据钻进速度随时调节钻压，力求匀速钻进，保持已完成钻孔段11孔内清洁，避免岩屑堆积致使钻孔偏斜。
2、改进钻具使之具有导正功能
如图2所示，为纠正钻杆钻具由于冲击、扭力、重力产生挠曲变形引起的钻孔偏斜，在钻杆上每4米-6米加设一个导正装置12。钻杆与导正装置12的导正筒13之间有间隙，导正筒13外设有多层导正杆14，每层按圆周等距设有6根导正杆14，每层导正杆14之间交错设置，从而保证了导正杆多点均匀与孔壁接触，保证了导正筒13的径向精度，导正筒扶持在其内的钻杆10，从而避免了钻杆10的倾斜、扭曲变形，在本例的水平作业中效果显著。
3、复杂破碎地层进行灌浆处理
钻孔须穿过含有大块石、孤石、裂隙断层发育等复杂地层时，采取限压、限量灌浆固壁：在一定压力下(灌浆压力一般控制在0.2～1Mpa，根据现场实际情况和吸浆量大小调节)，用送浆管将水灰比为W/C＝0.4∶1的浆液限量输送到破碎带，使孔壁破碎岩体、大块石、孤石、裂隙在有限范围内充填胶结，形成固结灌浆段4，稳定孔壁并在浆液填隙胶结的作用下改善地层强度。然后再钻进，如需穿过的软弱破碎带较长，灌浆固结一段，钻进一段，循环进行，形成的固结灌浆钻孔段7可以有效克服钻孔偏斜。
采用本发明的方法可以满足工程施工质量和进度要求，成本低、效果好。