（一）矿区地层特性
该矿区上覆盖层，从钻探角度来讲主要有两类地层，一类是上部的第四纪松散地层，厚度41～120m，主要为粘土、黏质砂土、细砂和底部接触带砾石层，可钻性2～3级，很 容易钻进；另一类是奥陶纪灰岩，主要为长青群、九龙群、马家沟组灰岩、白云岩及薄层 细砂岩和少量钙质页岩夹层，属中硬地层，可钻性等级4～6级，地层均质、稳定，钻进过 程中孔斜一般不超标。盖层中影响钻探的主要因素是灰岩地层裂隙、溶洞发育，漏失严重。施工过程中，曾采用堵漏剂和灌注水泥浆封孔堵漏，基本无效，只有采用“顶漏”钻进。
矿层在下部的济宁群含铁系变质岩中，岩性组合为：绢云千枚岩、绿泥绢云千枚岩、板岩、变质火山岩夹磁铁石英岩。岩石可钻性经吉林大学建设工程学院测定，上部灰岩等 为5～6级，下部千枚岩等为7～9级（表9-1）。由于受孙氏店断裂、滋阳山断裂和张庄断裂 的影响，顶板埋深变化较大，1030～2000m（推断）。千枚岩层层理、片理发育（图9-4），走向350° 左右，倾向南西西，倾角为55°～60° ，属强造斜地层。此外，上部千枚岩较破 碎，且漏失，漏失程度变化较大。
表9-1 济宁铁矿区岩石可钻性测定结果
注：（1）7号岩样因一侧少了一部分，不够标准，未进行硬度测试；
（2）9号岩样有裂纹被压碎，未能进行研磨性测试；
（3）2、3、4、5、8、9、11、12、13号岩样均取自1300m以深济宁群千枚岩和磁铁石英岩，其余岩样则 取自上覆盖层600～1200m处的灰岩。
图9-4 济宁铁矿颜店矿区千枚岩地层岩心
该矿区分颜店和翟村两个矿段进行勘探，***完成钻孔41个（截至2010年7月），孔深1200～2100m。其中，颜店矿段完成钻孔23个。影响钻探的主要客观因素有钻孔深度大（Ⅱ类以上深孔）、造斜强度大、漏失严重以及地层硬等，其中最主要的因素是地层造斜强 度大，钻孔易发生严重弯曲。影响钻探施工因素总体与14号组合类似。
（二）主要技术方法及工艺
全部选用立轴钻机（HXY-6、XY-6B型），采用金刚石WL钻探技术，试验应用液动锤 WL钻探技术，多采用三级钻孔结构（图9-5）。一般以φ130mm开孔，钻进至灰岩，下如 φ110mm套管，然后采用S95WL钻进至100～150m，下如φ89m套管，最后采用S75WL钻进 至终孔。钻遇灰岩漏失孔段，曾采用棉籽壳、花生皮及灌注水泥浆等堵漏，但随着孔深的 增加，漏失愈加严重，难以堵漏，由于灰岩地层稳定，便采用“顶漏”钻进。
图9-5 基本钻孔结构示意图
开始施工时，对钻孔弯曲问题没有足够重视，主要从技术装备和钻进方法及工艺等加 以控制，注重了钻机选择、安装以及开孔、换径等环节，采用金刚石WL钻探技术，并从 钻具级配和钻进技术参数特别是钻压等加强控制，但钻孔弯曲仍然超标严重。
（三）矿区钻孔弯曲原因及其规律
对最早施工的4个钻孔磁三分量测量数据进行分析发现，在钻遇济宁群含铁系变质岩之前，钻孔一般不发生严重弯曲（不超标），自进入该变质岩地层开始（1000～1100m），钻孔弯曲明显加剧，顶角明显变大（图9-6），有3个孔终孔顶角超过48° ，孔斜严重，1100m至终孔孔段的钻孔顶角弯曲强度达到5.6° /100m（表9-2）；方位角也明显变化，多转 向30°～80° 之间，表现出明显的“顶层进”（图9-7）。
图9-6 最早施工的4个孔顶角随深度变化情况
图9-7 最早施工的4个孔方位角随深度变化情况
表9-2 济宁铁矿区最早施工钻孔顶角弯曲情况
在导致钻孔弯曲的三大因素中，该矿区地质因素无疑是主要因素。这就是由于济宁群 含铁系变质岩，以千枚岩为主，层理、片理发育，各向异性明显，地层倾角为55°～60° ，钻孔（直孔）遇层角为30°～35° ，为钻孔“顶层进”创造了非常有利的条件。
当然，技术装备和技术方法及工艺因素对钻孔弯曲也有一定影响。特别是在灰岩与千 枚岩接触带以及千枚岩上部破碎带，若钻压控制不当，给进过快，也会造成钻孔弯曲，这 种弯曲往往表现在顶角突然变大和方位角突然变化（转向）。
强造斜地层深孔钻探，一旦发生偏斜，采用传统的纠斜方法，如灌注水泥浆封闭后重 新透孔等一般难以奏效，因此，包括2008年上半年施工的钻孔，在没有采取很好的防斜、纠斜措施的情况下，没能有效防止钻孔弯曲，整个前期施工的钻孔顶角弯曲强度普遍较 大，仅有一个钻孔（ZK404）较小，平均弯曲强度达到6.51° /100m（表9-3）。当然，若采 用受控定向钻探技术，能有效纠斜，但需要采取多点纠斜才能达到理想的纠斜效果，并且 需要付出很大的代价。
表9-3 前期施工钻孔强造斜地层钻孔顶角弯曲情况
该矿区，地质因素是导致钻孔弯曲的主要因素，而地质因素是客观存在，不可改 变的，因此，只有通过采用技术工艺措施来尽可能减少钻孔弯曲，并充分利用矿区钻孔 弯曲规律，科学设计，以达到地质勘探目的。鉴于该矿区钻孔弯曲规律表现为“顶层 进”，有利于钻穿矿层，可利用该规律进行初级定向钻探施工，即根据易斜地层埋藏深（1000～1100m）和钻孔发生弯曲规律及特点，钻孔仍设计为直孔，要求钻孔在钻进上覆 地层时，钻孔顶角弯曲强度不超标，进入济宁群地层后，钻孔顶角弯曲度不作硬性规定，只要控制钻孔孔底偏移距离不超过勘探线间距的1/2，方位角不超出30°～80° 范围，就 不必进行纠斜，只是在施工过程中要采取有效防斜措施加以控制，防止钻孔弯曲超出上述 范围，这样，既可节省钻探工作量和纠斜工作量，降低了成本，又能到达地质目的。弄清 矿区钻孔弯曲规律后，后续钻孔均利用这一规律进行施工。