王树营（新汶矿业集团地质勘探有限责任公司，山东 新泰 271222）

大口径钻孔钻进技术研究

王树营
（新汶矿业集团地质勘探有限责任公司，山东 新泰 271222）

针对矿井排水或输料使用的大口径钻孔施工中孔斜要求高、口径大、易漏水等特点，简述该类钻孔在钻进中的几个关键点及技术措施。

找正；钻进参数；调浆；高压注浆；替浆

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.263

0　引言

在矿井基建或生产中，为缓解输料压力或提高井下水的排放能力，常需在巷道上方施工垂直地面直达巷道的钻孔。该类钻孔一般深度较浅，孔深在500m以内，孔径较大在φ450mm～660mm之间，下入技术套管管径为φ325mm～426mm，常见的有输料孔和排水孔两种。鄂托克前旗长城五矿作为基建矿井，井下排水能力脆弱，为满足接下来生产的需要在风井附近施工2个排水孔，作为井下水的主要排放通道。钻孔设计深度均为283.5m，孔径为φ450mm，并下入φ325*10mm排水套管，偏斜率要求不大于0.5%。介绍顺利施工这两个孔的方法，为该类钻孔的施工提供参考。

1　施工条件概况

立排钻孔自东向西分别命名为立排1#、立排2#，孔间距为8.0m，穿过的主要地层有第四系砂土层30.0m，新近系粘土层150.0m、砂砾层20.0m，太原组、土坡组基岩83.5m。

施工钻孔以东已开拓回风石门，其底板标高为933m，巷道垂深为279～283.0m。其中1#孔与巷道水平距离约5.8m；2#孔约为15m，巷道掘进揭露附近岩石时裂隙比较发育、局部涌水较大，说明孔底岩石本身就具有一定的裂隙发育程度和透水性，故施工至孔底附近漏水可能性很大，应做好堵漏的准备。

2　设备安装及水平找正

孔斜要求高的原因施工前的设备安装显得弥足重要，整个安装过程分为稳底盘起架子、钻机磨盘设备安装、穿钢丝绳及高压管。前两步的安装过程应确保天轮与孔位、磨盘中心与孔位对正。除此之外还应依次采取以下措施来防斜：

（1）塑料细管对整个底盘找平。在长约10.0m的塑料细管中注入清水，其中一头以底盘一个角为中心，依次对正另外的三个角。利用连通器及水位压差原理，水位高度相同时，细管中的水会稳定下来，固定的一头标住底盘的上界面，另外一头水位线高于底盘的另一个角底界面则说明该角处较低。测出几个角的高低，通过垫厚木板的方法，对较低角进行垫高，直到四个角在同一个水平面上。

（2）用水平尺对磨盘口找平。磨盘安装后使用水平尺对磨盘口的东西、南北方向分别找平，并通过对磨盘几个角的局部垫高来确保磨盘水平。

（3）提引器与磨盘中心对正。穿完钢丝绳接上提引器后，将提引器掂至磨盘上方来对正磨盘中心，如若有偏差可适当调一下架子腿的相对高度。

（4）拉起立轴后，放入磨盘中，用水平尺纵向量一下立轴是否铅垂进入磨盘，通过调节与高压管的相对位置来确保立轴铅垂。

3　小径钻进与扩孔

施工方案采用先小口径成孔，再一次扩孔到位，钻具的配备和钻进参数是防斜的关键，两个孔同时施工共用一台TBW-1200/7B泥浆泵钻进，平分泵量，故泵量约为600 L/min。

表1　钻进参数表

3.1小径钻进

3.1.1钻具配备

φ190mm/215.9mm牙 轮 钻 头+φ178mm加 重 管+φ127mm钻杆+φ89mm钻杆+立轴。开孔后，φ178mm加重管长度为25.0m，φ127mm钻杆仅有1根，长10.0m左右，作为加重管与φ89mm钻杆之间的缓冲，加重钻具长为35.0m，保证钻具铅垂钻进。

3.1.2钻进参数

（1）第四系砂土层、新近系粘土层的钻进采用慢速、低压、大泵量。（2）新近系底砾岩的钻进采用钻速为慢速、中压、大泵量。（3）太原组、土坡组基岩钻进采用慢速、高压、大泵量。

3.2扩孔

3.2.1扩孔钻具配备

φ450mm阶梯式五翼复合片扩孔钻头/牙轮钻头+φ178mm加重管+φ127mm钻杆+φ89mm钻杆+立轴。其中上部第四系砂土层、新近系粘土层采用阶梯式复合片扩孔钻头，而新近系砾石层、太原组土坡组基岩则采用牙轮钻头。

3.2.2扩孔钻进参数

（1）第四系砂土层、新近系粘土层的钻进采用中速、中压，大泵量。（2）新近系底砾岩的钻进采用慢速、低压、大泵量。太原组土坡组基岩钻进采用快速，高压、大泵量。其中立排2#在保证孔斜的前提下，仅用48小时6个台班，实现了新近系粘土层自φ215.9mm至φ450mm扩孔进尺150.0m。

4　冲洗液的使用及堵漏

4.1化学泥浆的配置（见表2）

表2　泥浆材料及配比表

在钻进过程中使用聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆作为冲洗液，其主要由基本材料和泥浆处理剂两部分组成，泥浆处理剂又分为有机处理剂和无机处理剂。

同时还应随着冲洗液性能指数的变化，根据各处理剂的作用不断的进行调浆，确保冲洗液始终保持对钻进最有利的状态。

4.2堵漏

遇钻孔冲洗液全泵量漏失应先分析造成漏水的原因，若仅为砂岩裂隙漏水，则可直接用水泥浆封闭堵漏；若进入巷道松动圈，往往会出现泥浆顺震动裂隙进入巷道，而注入的灰浆则多数凝固在孔内，此时应采取高压注浆的办法具体措施如下：在漏水位置以上1m左右，下钻注入水泥浆，在水泥凝固后形成一个3m厚的注浆垫。换用Φ63.5mm钻铤带Φ89mm无芯钻头投孔，用清水漏水钻进，打透止浆垫、并钻进至终孔深度。利用水泥注浆垫作为支撑，在Φ89mm的钻孔内下入Φ50mm钻杆；为确保安全，保持钻杆底部距离孔底3-5m。在注浆垫顶面位置的钻杆周围焊接Φ120mm的止浆盘和橡胶止浆塞，从钻杆内压入速凝水泥浆确保水泥浆进入裂隙；待水泥初凝后提出钻杆，进一步侯凝。也可不用止浆盘和橡胶止浆塞，从钻杆内压入灰浆后，提出钻杆，并在表层套管上焊盖加注浆阀，直接从孔口注清水，终压要求不超过2Mpa，从而把底部灰浆压入裂隙，关闭直通，侯凝，但该法要求表层套管的壁后注浆效果很好。

5　壁后注浆及替浆

下入排水管后要立刻壁后注浆进行固管，注浆前应先注入清水进行冲孔，将泥浆与灰浆隔离，注完浆后再用清水进行替浆，防止形成过多的泥浆、灰浆混合液而影响注浆效果以及在排水管中残留过多的灰浆而最终影响排水。

（1）水泥用量的计算

其中：V—孔壁与套管间的空隙体积（m3） D—钻孔孔径（m）

h—段距（m） 1.2—超径系数 M干水泥—干水泥的质量（t），Φ外—排水套管外径

需要说明的是1.2倍的超径系数仅在裸孔段使用，通过实验证明超径系数1.2求得的水泥用量比较接近实际用量，同时适用于基岩或松软层，仅在全孔为坚硬且裂隙不发育的基岩中该值偏大。1.08 t/ m3为实验所得配置1 m3水灰比为0.6：1的灰浆需加入干水泥的质量。

（2）替浆量的计算公式为

Q替=Kq（L-l）+Q地

q—钻杆每米容积（L/m）；L—孔深，m；l—钻杆与孔底的距离，m。K—压水系数，300m以内取K=0.9，孔深300m以上取K=0.95 Q地—地面管线及水泵容积，大口径取60～65L，小口径55～60L。

6　结论

本工程通过准确分析地层、优化钻具组合及钻进参数、设备安装全面找正有效的控制了孔斜，两孔最终孔斜率为0.31%和0.32%。聚丙烯酰胺不分散低固相化学泥浆的使用及合理的调浆，有效的进行护壁和岩粉携带，并采取合理的措施对漏水进行了有效的治理。亦存在不足，钻孔间距虽小，但应避免使用同一台泥浆泵，建议使用规格不低于TBW-850/7的泥浆泵2台。

［1］王扶志，张志强，宋小军.地质工程钻探工艺与技术［M］.长沙市：中南大学出版社，2008.

王树营（1987-），男，山东新泰人，助理工程师，主要从事野外地质技术工作。