徐 波

（河南省煤田地质局四队，河南 郑州 450000）

近年来，随着深部开采安全和工作环境不断恶化，以及国家对绿色矿山建设和矿山安全生产的重视，以安全、减能、高效为目的所实施的瓦斯抽采、输冰降温、强排水、通风、送料、下电缆以及矿山救援逃生等用途为一体的大口径多功能井越来越受到各类矿山企业的青睐。根据用途不同，大口径工程井成井后套管直径一般在Φ450mm～Φ1100mm范围，井深绝大部分小于1000m。钻遇的地层多是沉积岩地层，地层岩性多样，条件复杂[1]。由于复杂地质条件下，很容易造成大口径钻孔施工难度的增加，因此，进行复杂地质条件下的大口径钻孔施工技术研究是极具现实意义的。

与一般地质钻孔相比，大口径钻孔具有井眼直径大、套管直径大、套管重量大、下管风险大、固井难度大、井斜要求严等鲜明的工艺技术特点[2]，本文结合大口径钻孔的施工技术特点，阐述在岩层破碎带、易斜地层和易漏地层等常见复杂地层条件下复杂地质条件下大口径钻孔施工技术研究，致力于提升大口径钻孔施工的安全性，为大口径钻孔施工中遇到的类似问题提供借鉴[3，4]。

1 大口径钻孔施工技术特点

大口径钻孔作为一种工程井，其设计、施工与水文水井、矿产资源钻探和石油钻孔有许多不同之处，其主要特点可以概括为“五大、一严”，即：终孔孔径大、套管直径大、套管重量大、下管风险大、固井难度大、井斜要求严。

1.1 终孔孔径大

大口径钻孔的终孔孔径是根据工作套管的直径确定的，一般介于常规钻孔与矿山竖井之间，常见终孔孔径在Φ450mm～Φ1000mm之间，近年来，随着满足矿山开采的需要，施工钻孔孔径逐渐增大，最大钻孔直径已达Φ1500mm。

1.2 套管直径大

为满足矿山瓦斯抽采、输冰降温、强排水、通风、送料、下电缆等使用功能，大口径钻孔的套管直径要大于石油钻孔、地质钻孔等常规地质钻孔。其套管直径一般在Φ450mm～Φ800mm之间，我单位施工中安装的最大工作套管直径已达Φ1100mm。

1.3 套管重量大

大口径钻孔所下工作套管必须具有一定的厚度，才能满足套管的三轴抗挤压强度及使用年限的需要，而壁厚越大，套管越重。我单位施工的陕西某矿井地面排水钻孔，下入Φ720mm*24mm、Φ720mm*32mm直缝套管808m，套管重量达378t。

1.4 下管风险大

由于套管重量大，且远超钻机自身提升能力和钻塔承载能力，套管下放通常采用漂浮下管法进行；由于管壁厚焊接时间长，对下管前孔内泥浆性能和孔壁稳定性要求较高；由于孔径大，使地层中砾岩层、粘土层等不稳定更加容易坍塌变形，加大了下管的难度和风险；在下管过程中一旦遇阻被卡或套管下不到设计孔深，起拔套管根本无从谈起，严重时可能造成钻孔报废。

1.5 固井难度大

大口径钻孔与套管的环状容积大，需要的固井水泥量也较普通钻孔大的多，大口径钻孔固井时需要在短时间内将大量的水泥浆注入到孔内并置换钻孔与套管环空间隙内的泥浆上返至地面，对固井工艺、固井设备和施工组织要求较高。由于钻孔孔壁不规则，如何保证大环空体积套管的固管质量也是大口径钻孔固井施工的难点。

1.6 井斜要求严

鉴于大口径钻孔用途，减少井下巷道掘进工作，钻孔中靶位置一般位于井底巷道附近一定范围内，因此钻孔井底位置收到严格限制，要求钻孔井垂直。此外，井斜过大不仅会给钻进中造成困难，而且对套管的下入造成困难。

鉴于以上大口径钻孔施工特点，在复杂地质条件下钻进时，应采用相应的施工方法，确保钻孔施工质量，保证钻孔施工安全顺利完成。

2 复杂地质条件下钻孔施工技术

2.1 泥浆

泥浆作为钻孔施工的“血液”，不仅能将钻机过程中产生的大量岩粉带出，此外泥浆在孔内循环流动过程中在孔壁上形成泥皮后起到保护孔壁稳定的作用。大口径钻孔施工常用泥浆性能指标：密度1.17g/cm3～1.27g/cm3、漏斗粘度30s～50s、失水≤12ml、泥皮厚度≤1.5mm、PH值8～10、含沙量≤4%。在复杂地质条件下进行大口径钻孔施工时，在泥浆选用方面，需要针对不同的地层调整泥浆性能，保证钻孔施工顺利安全。例如在极易垮塌、掉块等不稳定地层钻进时，泥浆调制中可适量加入防塌剂（K31），以提高泥浆防塌能力。

为保证泥浆性能，在钻进施工过程中，做好泥浆的动态监测和净化。利用泥浆性能测量仪器，定时测定泥浆性能，以便及时调整和补充泥浆。泥浆净化采用机械净化、人工捞砂和长槽沉淀三种方法，全面清除泥浆中的无用固相，保持和稳定泥浆的性能，达到良性循环。

2.2 岩层破碎带钻进

确保泥浆性能：综合分析地质资料及可能的钻遇地层情况，注意钻进时孔口的出渣状况，在即将进入岩层破碎岩层带时，必须调整泥浆性能，并且根据岩层破碎的程度调整泥浆性能指标，提高泥浆的护壁能力，避免在破碎带钻进时孔壁发生坍塌、掉块，确保钻孔安全施工。

注浆加固围岩：如果在钻进过程中发现岩层岩石严重破碎，使用正常的泥浆护壁技术不足以支撑破碎的围岩，造成孔壁坍塌时，应立即停止循环泥浆，采用地面带压注水泥浆的方式，对破碎地层进行加固，必要时可在水泥浆中加入速凝剂，使破碎的围岩固结成整体，再按正常的施工方法进行钻进，并在钻进过程中观察围岩加固效果。如有必要，可进行二次加固，以保证钻孔孔壁稳定，满足钻孔后续作业施工安全的需求。这种方法是处理岩层破碎带的最有效的方法，缺点是时间长造价高[5]。

2.3 易斜地层钻进

在岩层倾角大的地层中钻进时，容易发生孔斜现象，为了保证钻孔的垂直度，满足设计及套管安装的要求，必须控制孔斜。在大口径钻孔施工中常采用“扶正器、减压慢钻及无线随钻”技术进行孔斜控制。

扶正器。在大口径钻孔施工时，采用增设扶正器方法控制井斜，扶正器与钻头直径基本同径，分别连接在钻铤的不同部位，保证使满眼钻进长度大于20m，该方法可以有效地减少钻具与孔壁之间的间隙，最大限度控制钻孔偏斜。

减压慢速钻进。根据岩层的倾角，钻进时需减压50%，并降低钻进速度，钻孔的垂直度才可能控制在允许范围内。此外不同操作人员采用钻进参数操作要一致，钻具组合和技术参数要合理，不得任意更改。

无线随钻技术。在大口径导正孔钻进过程中使用无线随钻纠斜技术，可以时刻监测钻孔内孔斜及方位角变化情况，如果发现钻进过程中孔斜和方位角超出预定设计，可以第一时间使用无线随钻纠斜技术进行定向纠斜，能确保钻孔中靶和套管下放安全顺利。

2.4 易漏地层钻进

下钻时控制速度，防止压力激动，并有专人记录泥浆返出情况和泥浆池液面变化情况。大口径钻孔在易漏地层施工时，要严格控制泥浆的性能，避免泥浆比重过大压漏地层。在钻进过程中遇漏失时，应记录其漏失量、漏失速度、漏失层位和泥浆性能，发现大量漏失后应立即起钻进行堵漏。

在大口径钻孔钻进时发生井漏现象，且井漏情况一般时，可以采用锯末屑掺入泥浆中能起到堵塞岩层空隙的作用，也可以将锯末屑掺入粘土中做成泥团，投入孔内，用钻具在井下搅拌，将其挤入漏水的岩层中，具有较好的防漏效果。当漏浆较严重，上述方法不能有效的进行堵漏时，可以采用井下注水泥浆的方法，对漏失地层堵漏。

3 结语

（1）本文结合大口径钻孔施工特点，研究了在复杂地质条件下大口径钻孔施工技术，避免大口径钻孔在施工过程中出现安全问题，影响整体工程安全。

（2）复杂地质条件下的大口径钻孔施工是一项专业性非常强的施工工作。需要有完整的、切实可行的施工组织设计和专项施工方案，才能按时顺利安全完成施工任务。

（3）在大口径钻孔施工前要获取详实的地质资料，根据地质资料分析在施工过程中可能遇到的复杂地质问题，制定相应的专项施工方案，以指导钻孔安全施工。

（4）在今后的大口径钻孔施工中，应加大本文施工技术在复杂地质条件下的应用。进一步完善不同复杂地质条件下大口径钻孔的施工工艺，为大口径钻孔施工的进一步优化提供参考依据。