梁小糠
贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队， 贵州遵义 563000）
摘要：钻孔弯曲度测量是地质找矿中钻探工程质量控制的重要指标之一，是钻探工程质量控制的重要组成部分，弯曲度测量数据准确与否，将直接影响后续资源量估算和成果报告编制。在实际钻探施工过程中，获取的弯曲度测量数据真实性并不理想，通过对存在问题的分析，采取“事前—事中—事后”的质量控制模式，尽量消除或减小人为因素、系统误差、磁性影响因素的影响，利用数字测斜仪+铝管和无线光纤陀螺测斜仪相结合的测量方式，钻孔弯曲度测量取得很好的成效，保证了测量数据的准确性。
关键词：钻孔弯曲度测量 数字测斜仪 无线光纤陀螺测斜仪
1.前言
钻探工程是地质找矿最有效、直接、重要的探矿手段之一，其质量好坏将直接影响矿体深部的空间形态、位置、资源量估算和成果报告的编制。钻探工程是地质找矿工作的重中之重，严格按照钻探工程质量的七大指标来把控钻探工程质量就显得格外重要，而钻孔弯曲度测量对钻探工程质量的影响最为突出。随着时代的发展，钻孔弯曲度测量从最原始的氢氟酸（HF）腐蚀法测量钻孔的顶角，到采用机械罗盘测斜仪、数字罗盘测斜仪测量钻孔的顶角和偏斜方位，再到目前最先进的无线光纤陀螺测斜仪进行弯曲度测量。作为钻孔编录的技术人员或者钻探技术负责人，要及时熟悉施工机台使用的弯曲度测量设备（后简称“测斜仪”），能够鉴别弯曲度测量数据的真实性和可靠性，切实做好对钻孔弯曲度测量的质量控制。
2.弯曲度测量存在的问题
以贵州省正安县马鬃岭铝土矿勘探项目为例（后简称“马鬃岭项目”），项目启动时采用数字罗盘测斜仪（KXP-2A/KXP-2D-简称“数字测斜仪”）作为钻孔弯曲度测量的主要手段，在每一个测点测取1组数据。数字测斜仪采用重力加速度传感器测量钻孔顶角。采用巨磁效应磁阻传感器测量大地磁场及钻孔方向的磁矢量。通过数字转换及处理，计算出钻孔的顶角和偏斜方位。省大精查办组织专家到马鬃岭项目实地检查工作时，明确提出钻孔的弯曲度测量数据不准确，因为数字测斜仪在钻杆中，磁敏元件往往受磁性体的影响，钻孔的真实偏斜方位难以确定。
基于钻孔弯曲度测量发现的问题，对已经结钻机台的弯曲度测量数据进行汇总分析发现：
（1）部分钻孔的偏斜方位比较凌乱，偏斜方位时而向东、时而向西、时而向北；
（2）测定的顶角时大时小，钻孔深部的顶角时常比浅部小；
（3）少部分钻孔存在不同孔深位置的弯曲度测量数据完全一致，一度不差。
综上，可以看出钻孔的弯曲度测量数据存在明显错误，两个测量位置的测量数据完全相同，实属罕见，就是经过校正的仪器，也存在精度误差，不可能一度不差；钻孔偏斜方位紊乱，深部的顶角时常比浅部小，均不符合钻孔的自然弯曲规律，也不符合仪器本身所存在的精度误差应显示的规律。
表1 矿区钻孔弯曲度测量数据（改进前）
钻 孔
编 号 测量
孔深(m) 数字测斜仪 钻孔编号 测量
孔深(m) 数字测斜仪 备 注
方位角(°) 顶角(°) 方位角(°) 顶角(°)
ZKXX-1 100 166 0.8 ZKXX-3 200 103 1.6
200 132 1.8 300 273 1.3
300 48 1.8 400 133 1.6
400 156 1.9 500 7 0.1
500 62 2.3 600 77 0.8
600 100 1.6 700 129 1.5
700 29 1.6
ZKXX-4 100 - -
800 75 1.5 200 8 0.6
878 78 1.3 300 13 1.2
ZKXX-2 100 - - 400 76 0.8
200 134 0.5 500 342 1.2
300 242 2.0 600 342 1.2
400 142 1.9 700 16 2.3
500 260 2.0 800 303 1.5
600 77 2.2 900 15 2.7
700 189 1.4 1000 342 1.6
800 265 3.0 1100 342 1.6
基于上述发现的问题，改进钻孔弯曲度测量方法就成为项目开展过程中亟需解决的难题。坚持问题导向，追根溯源，通过对存在问题逐一甄别后，可以将导致测量数据异常的原因归纳为人为因素、磁性影响因素、系统误差。
（1）磁性影响因素：对于钻孔的偏斜方位比较凌乱，顶角时大时小，钻孔深部的顶角时常比浅部小，主要由于测斜仪中磁敏元件的磁感应（在钻杆中）受磁性体的影响造成；
（2）人为因素：对于弯曲度测量数据的雷同，主要是弯曲度测量时没有编录人员现场监督，机台钻探工人缺乏责任心，存在造假嫌疑。
（3）系统误差：对个别的异常测量数据，由于系统误差的原因或许不可避免，但测斜设备无人校正，长期不校正也是导致测量数据异常的原因。
3.弯曲度测量改进及验证情况
（1）弯曲度测量改进：通过存在问题的分析，找出问题的症结所在，对症下药，才能药到病除，通过改进弯曲度测量方法，消除影响因素，使获取的测量数据趋于真实、合理，才能真实反映出施工过程中钻孔偏斜方位和顶角的变化情况。
① 针对磁性影响因素：
在进行弯曲度测量时，将数字测斜仪穿过钻杆，让数字测斜仪距钻杆一定距离的位置进行弯曲度测量，通过地表数十次的模拟试验后，发现数字测斜仪在距钻杆（磁性体）2米以上时，数字测斜仪测得的偏斜方位和顶角与实际值已基本一致（简称为“数字测斜仪+铝管”）。在实际作业时，应先拔出2根钻杆，在数字测斜仪上方加固1根2.5米长的铝管，铝管另一端则通过钢丝绳固定在钻具底部，让数字测斜仪穿过钻杆（磁性体）沿着孔壁进行测量，尽可能减小（磁性体）对数字测斜仪磁敏元件的影响，确保测量数据的准确性。改进方式成本较低，操作便捷，可行性较高。
要完全消除磁性体（钻杆）对弯曲度测量的影响，无线光纤陀螺测斜仪（简称“陀螺仪”）无疑是首选，陀螺仪（CX-6C）是专门为磁性地区以及在铁套管中测量钻孔顶角和偏斜方位而设计，测量钻孔偏斜方位的办法是采用不受磁体影响的陀螺仪来定向，具有自动寻北功能、无零点漂移、连续测量等优点，是磁性环境中测量钻孔偏斜方位和顶角最理想的设备。作业时将陀螺仪与笔记本电脑连接，通过笔记本电脑向陀螺仪传输指令，然后将陀螺仪从第一测点按时间节点依次下放至终孔测点，完成测量后将测量数据传输至电脑，其连续测量的优势可谓一枝独秀。
但陀螺仪（CX-6C）价格较昂贵，动辄数十万，每个机台都配备该设备显然不切实际。
② 针对人为因素：
矿区由于施工机台较多，编录人员少，在钻进过程中现场监督弯曲度测量，人员配置就显得捉襟见肘，充分利用互联网优势，建立专门的工作群，通过线上授课，结合现场编录时对钻探工人的培训，增强机台钻探工人的责任意识；弯曲度测量时通过视频实时跟进，问题自然迎刃而解。
③ 针对系统误差：
定期对测斜仪进行误差校正，减小系统误差对测量数据的影响，同时还将每个测量点位的弯曲度测量次数增加为3次，取其平均数，对存在明显差异的数据进行剔除，如三组数据均存在较大差异，则进行多次测量，以求最大限度地减小系统误差对测量数据的影响。
综上：通过微信工作群线上培训及监督，及时校正弯曲度测量设备，采用数字测斜仪+铝管的方式来控制钻进过程中的弯曲度测量，配置1台陀螺仪（CX-6C）在终孔后进行逐个测量点位的测量数据验证，以确保弯曲度测量数据的真实性、准确性、可靠性。
（2）弯曲度测量改进后验证情况：本着绿色勘查，尽量少损毁土地的原则，矿区部分场地采用“一基多孔”的方式，设计了若干斜孔，恰逢弯曲度测量方式改进完成，钻孔弯曲度测量验证工作按照先斜孔后直孔的顺序进行，取得的测量数据如下：
表2 矿区钻孔弯曲度测量测得数据（改进后）
钻孔
编号 孔深(m) 陀螺仪（CX-6C） 数字测斜仪+铝管 钻孔
编号 孔深(m) 陀螺仪（CX-6C） 数字测斜仪+铝管 备注
方位角(°) 顶角(°) 顶角(°) 方位角(°) 方位角(°) 顶角(°) 顶角(°) 方位角(°)
ZKXX-5
(斜孔) 50 306 9.8 9.9 311 ZKXX-7
(直孔) 100 198 0.6 0.7 154
单个测深有2组数据为二次验证数据
100 301 9.2 9.0 304 200 203 0.5 0.9 165
150 296 8.9 8.8 313 300 231 0.4
200 296 9.0 8.3 300 ZKXX-8
(直孔) 100 213 1.5 1.3 213
250 294 9.3 8.9 299 200 217 1.9 1.9 217
ZKXX-6
(斜孔) 50 305 7.0 6.9 287 300 228 2.0 1.7 232
100 296 7.1 6.8 293 400 224 2.3 1.9 224
150 301/302 7.0/7.0 7.4 296 500 219 2.3 2.3 236
200 300 6.8 7.1 293 600 221 2.7 2.7 193
250 293 6.8 7.3 296 700 225 3.3 3.4 225
300 294 6.8 7.3 296 800 227 3.4 4.1 221
350 293 6.9 6.7 297 850 228 3.7
400 291/296 6.9/7.0
根据改进弯曲度测量方式后获取的测量数据（表2列出的部分数据），可以看出采用“数字测斜仪+铝管”测得的钻孔偏斜方位和顶角与陀螺仪测得的数据大体一致，测点间的偏斜方位和顶角无明显突变和雷同，尤其是以往钻孔偏斜方位较紊乱的问题得到了有效控制，获取的测量数据具有了一定的规律性，其中以陀螺仪测量斜孔的弯曲度最为明显，从开孔位置到终孔位置的偏斜方位具有明显的渐变规律，说明改进后的弯曲度测量方式切实可行，获得的测量数据真实、可信。
4.结论
钻孔弯曲度测量是钻探工程质量控制的七大指标之一，是地质找矿中钻探工程的重要组成部分，弯曲度测量数据越准确，钻孔在深部穿过矿体的位置就越精准，后续资源量估算和编制的成果报告就更加真实可靠。因此，在地质找矿中钻孔弯曲度测量对钻探工程质量的控制就显得格外重要，以马鬃岭项目弯曲度测量为例，采取“事前—事中—事后” 控制的弯曲度测量模式，钻孔弯曲度测量取得很好的成效，保证了测量数据的准确性，是马鬃岭项目钻孔弯曲度测量取得的重要成果，具有推而广之的必要：
（1）事前控制：开钻前，应充分利用互联网优势，建立专门的工作群，通过线上线下培训，增强钻探工人的责任意识，杜绝人为造假；其次对测斜设备进行定期校正，尽量减小系统误差的影响；
（2）事中控制：钻进过程中，通过线上弯曲度测量监督，采用“数字测斜仪+铝管”方式进行弯曲度测量，同时增加每个测点的测量次数，以求尽量减小系统误差的影响；
（3）事后控制：终孔后用陀螺仪对每个测量点位的测量数据进行验证，如有数据异常，必须进行二次验证，确保数据的准确性。
参考文献
［1］王铁群.重力加速度计在钻孔弯曲度测量中的应用［J］. 煤炭学报，1996，21(2)：164-167
［2］吴云.钻孔弯曲的原因及预防和纠正方法浅析［J］. 城市建设理论研究，2013，第33期
［3］石再平.贵州省正安县马鬃岭铝土矿勘探设计书［R］.遵义：贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队，2016.
［4］张蛮庆.对钻孔顶角弯曲度指标的探讨［Z］
［5］张蛮庆.我国钻孔弯曲度测量技术地发展与展望［Z］
作者简介：梁小糠，1989.08，男，汉族，贵州省遵义市汇川区，地质工程师，长期从事地质勘查工作。