深孔帷幕灌浆孔斜成因研究与处理方法

□任碧波

深孔帷幕灌浆质量关系到大坝地基的安全。如果钻孔产生的偏斜度很小，其影响不大；假如偏斜度严重发展，不仅对钻进质量、事故发生率、钻进效率等会产生不良的影响，而且会严重影响具有一定防渗标准的“连续帷幕”的形成。所以，我们必须对孔斜由发生到处理等技术问题加以掌握，以便在深孔帷幕灌浆中将孔斜控制在规程要求的容许偏差值内。

一、孔斜成因分析

（一）地质条件不良

钻进松散覆盖层时，覆盖层越厚，越容易改变钻孔的方向，其主要原因是覆盖层具有较强的活动性，钻出的钻孔孔径较大时，势必对粗径钻具不能形成强有力的控制，因而不能保证钻进方向的一致性。在有一定倾角的、软硬交替的岩石中钻进，由于钻头在同一接触面上有软硬不同的岩层，因此，可钻性不同的岩层会产生不同的钻进速度，从而改变钻头的钻进方向；在厚度大、破碎较严重的岩层中钻进，其钻孔孔径也较大，粗径钻具在钻进方向上不容易被控制。此外，破碎岩层往往是软硬岩层共存，因此，钻头容易改变方向。

（二）技术条件不适宜

在开孔钻进或浅孔阶段的钻进中，钻机立轴与钻孔不在同一条中心线上，这会直接影响钻孔偏斜；使用过高的立轴钻杆与磨损较严重的立轴钻杆定向套管，容易使立轴产生较大摆动，直接影响钻头在孔底钻进时的不稳定性。

使用弯曲的钻具或过短的岩心管钻进，也会导致孔斜。弯曲的岩心管和钻杆都会使钻具连接后不正，从而影响钻进的方向；使用过短的岩心管，在孔内歪斜时，比长岩心管的歪斜度更大，产生的孔斜度也更为严重。

在由大孔径换小孔径或扩孔钻进过程中，因为孔壁各部硬度不一，孔径大小也不一致，换径后的钻头很难保持在与原孔中心线一致的方向向下钻进。

（三）操作方法不当

钻进时加压过大，会使钻杆多处产生严重弯曲，特别是在不利的地质条件下，对产生钻孔偏斜的影响会更大；使用磨损过钝的金刚石或硬质合金钻头钻进，会因金刚石颗粒或合金颗粒向岩石内切入不稳定，从而容易改变钻头的钻进方向；在松散易坍塌的岩层中钻进，冲洗液的排量过大，压力过高，特别是使用粘度很小的泥浆或清水作冲洗液时，会严重破坏孔壁，造成孔内某一局部的坍塌，使孔径扩大。

二、孔斜对产生孔内事故的影响

孔斜会加剧孔壁坍塌、掉块、岩层错动等现象，易造成孔内埋钻、卡钻挤夹等事故。在松软、破碎的岩层中钻孔，不采取有效的护壁措施，就有可能产生孔壁坍塌，造成钻具的埋挤、陷埋事故；在地质构造复杂的地层中钻进，当遭遇到局部地层结构不坚固、不完整时，会因岩层自身牢固性不够，钻杆在孔内回转碰打，冲洗液冲刷破坏，使其部分岩石破裂而掉入孔内，造成钻具的挤夹，给钻具的提升或下降带来困难；在节理多、倾角大、破碎多等容易活动的岩层内钻孔，往往会发生成批的岩石块（孔壁岩石）向孔内滑动，使钻孔变形，产生因岩层部分错动导致的卡钻挤夹事故。

在偏斜度较大的钻孔内，发生钻具折断事故后会影响事故的正常处理，增加其处理的复杂性。钻杆折断以后，其下部的断头会因孔斜而深藏在大孔径段内，使打捞矢锥不易对上断头；如果钻孔方位的偏斜变化较为复杂，尽管孔壁是完整的，打捞矢锥也不容易碰上断头；假如钻孔方位的偏斜无多大变化，也会因孔斜度较大，使打捞矢锥与钻杆断头不容易端正地接触。

三、孔斜对钻进效率的影响

钻孔偏斜会使钻杆在孔内随之发生弯曲，当回转动力由立轴钻杆向钻头传递时，会使钻头的回转非常不稳定，造成钻头的磨损，降低钻进的效率，钻进进尺也会因此而受到不同程度的影响。

钻孔偏斜使钻具与孔壁之间的摩擦力增大，钻孔的轴心压力不能按需要全部作用到钻头上，从而影响进尺。如果过分增加压力，就容易造成钻具折断。

由于钻孔偏斜比较严重，不能使用快速钻进的方式钻孔，因为快速钻进容易导致钻具折断。

四、孔斜对钻孔质量的影响

孔斜对岩层或构造带的空间位置、厚度、结构的分析有直接影响。一般在进行深孔帷幕灌浆施工之前都要选取一部分Ⅰ序孔，将其作为先导孔施工，以便进一步查明地质勘探资料的正确性，了解岩层及构造带的分布状况，将其灌浆成果资料用于指导后期各序孔的灌浆施工。但有孔斜以后，对岩层及构造带产生因孔斜所造成的假厚度，改变了施工目的和要求，使所要了解的内容变得模糊，在根据各先导孔地质资料进行岩层对比及灌浆分段等方面都会发生困难。

钻孔产生偏斜会破坏灌浆孔间的合理孔距，会产生部分无效进尺，甚至需要采取补孔的办法来弥补因孔斜带来的负面影响。有时，因钻孔偏斜太大或偏斜方向巧合，钻孔的下部会钻至临近孔中或穿过临近钻孔，使钻孔下部的进尺无效。再进行补孔时，无疑会造成很大的浪费。

五、孔斜的预防与处理措施

（一）预防孔斜的措施

1.钻机的安装要水平牢固，立轴中心与钻孔中心应在同一条垂直线上，并按要求的孔向对准孔位开孔，以使钻进中不摆不晃。

2.孔口管必须牢固并满足要求，在开孔钻进与浅孔阶段钻进中，立轴钻杆不能太长，否则钻进时摆动性大，致使立轴转动不稳，造成钻具摆动性增大。

3.使用符合规格的各种钻孔器具，并随时检查，如发现有弯曲的钻具或有磨损较严重的立轴导管时，应及时更换。在浅孔钻进阶段，一般情况下，使用的岩心管长度应较大一些。

4.钻孔较深以后（即开始需要从地面减压钻进时），特别要注意钻压的调整，同时要注意提升吊环必须与立轴及钻孔中心线在一条直线上；

（二）孔斜的处理措施

1.扩孔纠偏法。此种方法适合于浅孔阶段中（一般不超过10 m）钻孔已偏斜严重的情况。采取加长粗径钻具，并使用比原钻具直径至少大一级的钻具，从孔口或从孔口管底部位置扩下去，可以扩大处理符合要求的钻孔，矫正钻孔的方向，防止在继续钻进中该孔偏斜严重发展的情况出现。

2.短钻具法。在松软岩层或厚度大的覆盖层中钻进时，当钻孔产生一定偏斜后，可利用较短的粗径钻具进行矫正。因为在上述地质条件下钻孔，孔径一般比较大，而短钻具在较大孔径内较易改变方向。主要通过用轻压力慢转速的操作方法，钻具会因自重垂向钻进。使用的岩心管长度一般为1～1.5 m，钻进3～5 m 后进行钻孔测斜。如果孔斜度已减少，则可使用正常钻具钻进。