反井钻机偏差控制措施及孔偏斜精细量测技术

偏差控制措施及孔偏斜精细量测技术
   在反井钻施工过程中，导孔的精度控制是关键，也是施工的难点。一般情况下，偏差控制在1% 以内符合要求。
   在超深竖井中，偏差更加难于控制，钻进深度越深，越难于控制，根据CCS水电站竖井施工的经验，要达到理想的偏差控制，除了基本条件必须满足要求外，在钻进过程中，要严格控制钻进参数，均速钻进，并通过降低钻进速度来减小偏差，但在井深达到400米以后，偏差可控性较差的，往往取决于地质情况好坏、岩石的走向等因素，所以必须在400米以前，使偏差得到最佳的控制。
1、偏差控制的基本要求
  （1）基础达到要求
   基础施工是偏差控制工作的第一步，是偏差控制的先决条件之一，基础必须满足平整度、稳定性、强度的要求，基础不能满足要求，不得进行下一道工序施工。具体要求详见3.3.1基础施工。
  （2）测量校准无误
   精确控制测量放样，对主机水平进行校准，确保钻杆垂直于水平面，也是偏差控制工作的关键步骤，直接影响到造孔精度；
  （3）严格控制钻进参数，使设备在最佳状态下平稳推进。钻进参数的设置详见导孔、扩孔钻进阶段相关内容。
2、钻孔过程中的偏差控制措施
   2.1合理配置稳定钻杆
稳定钻杆的作用主要是控制钻头在钻进过程中顺开孔方向直线钻进，所以稳定钻杆和钻头直径的合理配置是保证钻孔精度的重要条件之一。稳定钻杆外径为Φ280mm ，与导孔钻头钻孔直径相同，确保了稳定钻杆紧贴岩石面，使得导孔钻进不偏离。配置稳定钻杆时注意以下几点：
   (1) 开孔前检查导孔钻头和稳定钻杆，要求导孔钻头直径和稳定钻杆外径相同，以保证钻头与钻杆同心，确保钻孔的精度；
   (2) 稳定钻杆的磨损如超过 3 mm，其稳定作用减小，就不得再继续使用，只能作报废处理；
   (3) 稳定钻杆的配置采取钻头后连续装6～7根稳定钻杆（CCS水电站1号井配置7根，1号井配置6根），根据地质情况，CCS水电站两条竖井地质情况都较差，所以后面不配置稳定钻杆。
  2.2合理控制钻进速度
  合理控制导孔钻进速度是控制偏差的另一关键手段，钻进压力、转速决定了钻进速度，而钻进速度取决于操作人员对钻进参数的合理控制。钻杆是钢性体，具有一定的挠度，在造孔过程中其挠度与长度及所施加的钻压成正比，钻压越大，长度越长，挠度也越大，这样钻杆偏离轴线的机率也越大，精度越难以保证，而钻压较小，造孔速度就会下降，因此正确控制钻进速度是保证导孔精度的重要条件之一。同时钻进参数选择还要根据地质情况等多方面因素确定，由操作员在施工过程中根据不同情况及时调整。 
   以CCS水电站两条竖井为例，导孔开孔时速度较慢，一般控制在200分钟/米，待稳定钻杆全部进入岩石后可适当加速，但前面50~100米内速度不宜过快，尽量做到0偏差，否则后面的偏差控制难于达到要求，50~100米以后正常钻进，速度一般控制在80分钟/米，和斜井施工有所不同，竖井的反井施工可以通过合理控制钻进速度来控制偏差。
3、偏差测量
   在反井钻施工中，竖井的孔位偏差测量是反井钻施工中必不可少的辅助手段之一，钻头进入岩石后，对其偏斜的方位无法进行有效监控，只能通过测斜仪进行孔偏差的测量，掌握其情况，从而指导下一步钻进。目前使用的测斜仪有多种，CCS水电站采用瑞典进口的型号为REFLEXEZ-TRAC™的高精度测斜仪，REFLEXEZ-TRAC™测斜仪可以测出当前测量位置的水平角、方位角、磁偏角、磁场强度、温度等。
   3.1 REFLEXEZ-TRAC™测斜仪的原理
   目前使用的测斜仪有多种多样，大多利用地磁场原理。REFLEXEZ-TRAC™测斜仪同样利用地磁场，根据测量出的水平角、方位角、磁偏角和当前的测量距离，而计算出偏斜方向和偏斜距离。
   3.2 REFLEXEZ-TRAC™测斜仪使用注意事项
   任何人工或者天然的磁场都会对测斜仪造成干扰，从而影响测量精度，所以在测量时要注意：
  （1）在用测斜仪进行测量前，必须把钻杆全部取出孔外；
  （2）测量探头3米范围内不得有锚杆等铁件；
  （3）可以采用麻绳或者尼龙绳来悬挂探头；
  （4）按下手持机测量按钮时要保持悬挂探头的绳索稳定，不得移动；
  （5）在测量点附近可能会遇到铁矿石，会造成干扰，使测量结果不准确，所以在对测量结果进行分析时，可以将有异常的数据过滤掉。
   3.3测斜方法
   主要有单点测量和多点测量两种测斜方法，单点测量只能测一个点的偏斜，多点测量可以根据需要设置测量间距，从而掌握整条导孔的偏斜情况。在CCS水电站竖井的测斜中，我们采用多点测量。
  以下为2号井300米测斜示例：从图表中可以看到测量间距为10米，从0~300米进行了31次测量，并且准确显示每个部位的偏斜方向、偏斜距离、水平角、磁偏角等信息，例如300米时：往东偏86cm，往南偏116cm。（注：该孔527米打通后偏斜4.7米。）