一、标准编号及标准名称
由欢迎来到公海555000归口管理、中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司提出的《定向孔工程地质钻探技术规程》团体标准((T/C1200-2023)于2023年11月30日批准发布。
其他主(参)编单位：长江三峡勘测研究院有限公司(武汉)、中国地质科学院探矿工艺研究所、深圳地质建设工程公司、倬方钻探工程集团有限责任公司、深圳市钻通工程机械股份有限公司、西北水利水电工程有限责任公司、长江岩土工程有限公司。
二、背景及必要性
我国西部大量拟建的水利水电、抽水蓄能、压缩空气储能、铁路、公路等工程多分布在高山峡谷区，具有地质环境复杂、边坡高陡、地质勘探难度大等特点。青藏高原水电工程建设处于高寒、高海拔、高地震烈度、高山峡谷、高植被覆盖等复杂环境，山势雄伟、边坡高陡，地质构造背景复杂，新构造运动强烈，物理地质现象发育，地震地质灾害频发，自然环境恶劣，交通条件极差，人迹罕至，勘察工作存在前所未有的技术挑战。
为了查明工程区的基本地质条件，开展地质钻探工作是必要的。但是在这一艰难环境和地区地质钻探施工难度大怎么办?勘探中因修路、设备搬迁对脆弱环境造成破坏怎么办?大落差地形钻孔深度过大、有效深度“性价比”不高怎么办?要针对性地掌握工程岩体深部的卸荷松动、高地应力、岩溶发育、区域断裂构造等怎么办?要查明顺河断裂的分布与特性怎么办?对此，科学家们研究出水平定向钻探技术，解决了这一问题。
实践证明，定向钻探技术不但可以有效地解决地质勘探中上述难题，而且获取的资料丰富、成果精度高，具有高效、经济、环保等特点。为适应水利水电、抽水蓄能、压缩空气储能及铁路、公路等工程建设需要，大力推广并开展定向钻地质勘探技术，统一定向钻操作方法、工艺和技术要求，保障钻探质量和作业安全，制定本文件。
三、主要技术、产品要点
水平定向钻探技术能够精确地对工程区岩体信息进行详细的勘察，主要技术、产品要点体现在以下几个方面：
(1)建立水平定向钻进参数与钻孔岩体的关联性，研究钻头破岩机理与岩体强度的变化关系，为施工掘进提供真实可靠的数据支撑。
(2)将传统地勘取芯技术与水平定向钻技术相结合，实现间断取芯，对岩芯进行抗压强度等基本物理测试，详细分析工程区岩性的基本物理特性，为岩体质量评价、围岩分级提供精确的岩性参数。
(3)采用综合测井技术中的水压至裂测试、声波、自然伽马、电阻率、孔内电视等手段对水平勘察孔内围岩岩性进行划分，对孔内围岩应力特性、温度、密度、渗透性、裂隙发育程度等进行评价。
四、主要研究成果
平硐勘探面临一定困难。在西藏诸多地区，火工材料管理严格，审批手续复杂，往往需要很久才能完成炸药库建库工，火工材料运输需相关公安部门押运，还需公安部门委托外部专业监督爆破，造成生产成本比较大。平洞开挖时产生的废弃渣石是一个很大问题，废弃渣石往往需要丢弃在河道或山坡上，造成一定程度的环境破坏。环保又国家一项重要政策，在环保与施工之间存在一定矛盾问题，协调好也有一定难度。为了适应于高寒高海拔地区定向钻探的需要，西北院对相关钻探设备进行了改造(图1)。
我公司定向钻孔测试技术取得一定成绩。2013-2015年，我们开展并完成了“定向钻孔测试设备研发及综合勘察技术研究与应用”课题研究，进行了研究并取得了一些可喜成果，解决了多个专业技术瓶颈问题，该技术属国际领先水平，我院钻孔测试技术在全国领先。水平孔测试技术在金川水电站、昌马抽水蓄能电站等多个项目得到成功应用，获得了多个技术专利和软件著作权，2023年获得中国施工企业协会科技进步创新成果一等奖。
钻孔测试面临一些问题。当水平孔深大于100m时摄像镜头很难送到孔底。常规声波探头只能完成小于150m水深的测试，满足不了地质勘察需要。录制的孔壁展开图模糊，难以根据孔壁展开图实现数字岩芯化。钻孔摄像成果仅以展开图形式展示，与地质专业和其它相关专业融合度不高。经过多年的研发与实践，有效克服了上述诸多技术瓶颈，满足了水平定向钻探有效服务于国家重大基础建设工程的需要(图2)。
我公司在水平定向钻技术应用方面有专门的技术团队，至今已有10年时间，形成了一大批研究成果和取得了众多知识产权。其中，在定向钻探和孔内测试方面拥有专利30余件、软件著作权15项、专有技术和省部级工法各12项，主编的行业/地方/团体标准20部，研究成果获得省部级二等奖以上项目10余项。
2023年05月04日，经3名院士，4名全国勘察设计大师组成的评价委员会对《超高海拔复杂环境大型水电工程勘察关键技术及工程应用》进行了科技成果评价，评价结论为“该成果创新程度高、实用性强，具有广泛的推广应用价值，成果达到了国际领先水平。
五、本规程的主要技术
我国水利水电工程开发经过几十年的迅猛发展，诸多大江大河流域已经修建了众多具有一定规模的大坝、跨流域调水工程、抽水蓄能电站等，我国已经成为世界上水利水电工程最多的国家，其建设规模不断刷新世界纪录，形成了一批具有代表性的大库水库高坝，数量极其庞大，大部分是二十一世纪初期建造，至今已蓄水运行20余年。
水平定向钻探技术在水利水电中的应用是根据枢纽建筑物的布置格局，通过详细严格的策划和设计确定水平勘察孔，并在孔内开展取芯、水压致裂、综合测井和孔内电视等相关测试，利用综合测试手段可对隧道设计轴线围岩的岩性变化、破碎带分布范围以及隧道涌水情况等进行精确划分，实现隧道围岩地质预报。为了满足上述要求，《定向孔工程地质钻探技术规程》主要技术包括钻进、取芯、导向、随钻测量、综合测井等五个方面。
(1)钻进技术。水平定向钻进以全面钻进为主，并根据地质设计和工况来决定具体取芯间隔(图1)。全面钻进以井底动力(螺杆钻具)驱动牙轮钻头复合钻进为主。极坚硬地层时采用“涡轮钻具驱动金刚石钻头”复合钻进，利用涡轮钻具的高转速特性进行高效碎岩;或采用“螺杆钻具+液动锤”二合一复合钻进，增加冲击载荷，提高碎岩效率。
(2)取芯技术。取芯技术可分为绳索取芯和提钻取芯。绳索取芯是当岩心装满内管时，不提钻而用绳索打捞器从钻杆内把内管捞取出来获得岩心(图2)。绳索取芯因其钻进效率高、岩芯采取率高、劳动强度低、钻探成本低等显着优点，而广泛使用。提钻取芯是钻头钻达取芯点时，将孔内所有钻具完全起出，更换为取芯钻具，下钻进行取芯钻进，取芯完成后，再次取出孔内所有钻具至地表，更换为全面导向钻头继续导向钻进，如此往复，直至完成所有取芯计划。
(3)导向技术。水平定向钻通过人工磁导航定向钻进控向系统(无线)、随钻测量有线导向系统实时获取和调整钻具的姿态角度信息，包括深度、倾角、方位角和工具面向角等，并可根据这些姿态角度信息实时控制钻具前进方向，从而保证钻具沿着隧道轴迹进行钻探勘察。
(4)随钻测量技术。通过传感器测量近钻头参数信息：定向数据(井斜角、方位角、工具面角)、地层特性(伽马射线、电阻率测井录)、钻井参数(井底钻压、扭矩、转速)等，利用井下发射器通过信号遥测通道(硬导线法、电磁波法、钻井液脉冲法)发送至地面，实现随钻参数测量。
(5)综合测井。每完成一次取芯后，利用取芯孔进行一次水力压裂试验，测量地应力的大小和方向。在勘察孔钻至设计孔深之后，提钻安装无电缆存储式测井仪器，利用声波、自然伽马、电阻率等对钻孔围岩的岩性、孔温、密度、渗透性、含水率等参数进行检测。亦可安装电池存储式孔内视频检测仪器进行孔内岩性判别。
六、工程应用情况
西北院已有70多年的建院历史。自建院以来，共完成勘探任务：钻孔：66万米左右，其中水上钻孔10万米，陆地钻孔56万米;平硐25万米左右。
长期以来使用的钻探设备为：80年代前使用苏联进口的手轮式无液压300型钻机，80年代后使用杭州液压XY-3(300型)钻机。近年来普遍使用的为重探液压XY-2型钻机。水泵型号为三缸BW-200/40型泥浆泵和BW-250/50型。硐探设备主要有：早期广西柳州9m3空压机;2000以后，前期勘探山高路险，为了搬迁方便，所用设备为3-4m3小型空压机;主要设备为26-28式气腿式风钻。钻机和空压机配备30-120kw发电机组动力设备。
近年来编制组在川藏铁路建设中，勘探者们用水平定向钻探技术，在冰天雪地的大雪山上，探明了100多条隧道的地质情况;在粤港澳大湾区建设中，采用水平定向钻探技术，在狮子洋主航道下，探明了狮子洋水下的地质情况;在国家重大引水工程建设中，采用水平定向钻探技术，在崎岖陡峻的山崖上，探明了通渠的每座山体地质情况(图3、图4)。
2019年10月，川藏铁路洛隆段察达隧道勘察钻探中，编制组核心单位使用陕西西探地质装备有限公司XDQ-1200轻便型钻机开展水平超前地质预报钻孔作业，孔径75mm，终孔深度750.5m，创造了轻便型钻机水平钻探孔国内深度记录。
2020年1月4日，编制组单位在西南某隧道勘查中顺利完成一眼903.28m(75mm口径)水平取芯钻孔，创造了国内工勘同类钻孔深度记录。
2020年5月30日，编制组单位在乌尉高速天山胜利隧道项目采用水平定向钻间断取芯技术，于1900m处成功提取博阿断裂带岩芯，终孔水平钻进长度为2271m，再次刷新纪录。
《定向孔工程地质钻探技术规程》团体标准的发布实施，也为企业拓展了经营渠道，解决了相关行业技术瓶颈，2024年3月-5月，西北院承担了青海省海西州大柴旦塔塔凌河水库右岸坝肩地质勘探工作(图5)，主要采用水平转孔技术，完成了两个深孔的施工，克服了边坡陡立、地勘平硐无法掘进难题，效率高、成果质量高、成本低，为本工程的有效勘察、科学设计做出了贡献。本项目已于2024年5月28日通过青海省水利厅技术审查，今日将开工建设。
