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摘要：在井下钻孔施工中,由于钻探设备的能力,地层软硬变化等因素,易造成钻孔偏斜.通过正确选取钻具组合、施工中合理施压调整钻速等措施,较好地解决了钻进偏斜问题,提高了钻孔质量。
关键词：常规钻进透巷、斜孔保直、满眼钻具、通井钻具
一、工程概况
我公司承接的安徽淮北一煤矿井下钻孔工程，计划从井下一水平（-160m，已停采）硐室到二水平（-274m，正常生产）辅运大巷，施工两个井下斜井透巷钻孔。其中一口井作为泄水钻孔，将一水平排水引到二水平水仓。另一口井作为上水钻孔，连接二水平水源井抽水管道至地面，作为全矿生产生活用水。全孔要求下入Φ108mm*6.5mm套管。
二、施工难点
本工程的施工难点有两个：井下常规钻进透巷和斜孔保直。
1.井下常规钻进透巷
因一水平为1960年建成，井下条件较差，施工硐室低窄，无法卧下定向钻机，只能使用常规钻机施工，我公司经过考察现场，组织ZDY3200S型煤矿用坑道钻机一台套用于施工本工程。
根据矿方地质资料显示，钻遇地层软硬互层较多，钻孔穿过软硬互层时，因软硬岩石抵抗破碎能力的不同，使孔底产生不均匀破碎，造成钻速差，因而引起钻孔顶角及方位角的变化。钻孔偏斜的方向和顶角弯曲的强度取决于遇层角的大小和岩石的硬度差。差值越大，钻孔的弯曲强度越大。容易造成钻头顶层进或顺层跑，导致孔斜，且在钻进过程中，钻孔容易在钻具自重影响下偏向垂直方向。
2.斜孔保直
因矿井水质酸性较强，为了延长钻孔的使用寿命，矿方一开始考虑下入孔内的是专用防腐套管，这种套管使用法兰盘连接，外径较大，在低窄巷道内从倾斜钻孔下入无法实现，最终决定钻孔全孔下入Φ108mm*6.5mm厚壁套管。作为井下套管来讲，6.5mm壁厚大，刚度大，要求钻孔轨迹角度平滑且没有连续弯曲，施工难度较大。
三、钻孔质量保证措施
为了保证施工质量，现场施工采用一开一扩方式施工，即：小径钻进透巷，大径扩孔后下入套管。一开钻进的重点是在尽量保证钻孔不产生过多连续异向弯曲的情况下完成透巷施工任务，一扩钻进的重点在于修正钻孔直度，便于套管的下入。
1.钻具组合的选择
一开Φ73mm钻头钻进透巷，一扩Φ133mm钻头扩孔下入Φ108mm*6.5mm套管。由于本项目工程量较小，现场所有改造钻具都是我公司在常规钻具的基础上做出修改方案，矿方机修厂做配合加工。
孔径与钻具之间的间隙是造成钻具在孔内偏斜的重要条件。间隙越大，则钻具轴心线与钻孔轴心线的夹角越大，钻具偏斜越严重。
①一开钻具组合的选择
一开钻进采用满眼钻具：Φ73mmPDC钻头1个+Φ73mm满眼接首1个+Φ63.5mm钻具1根+Φ73mm满眼接首1个+Φ63.5mm钻具。
因一开孔径较小，如使用常规Φ73mm接首，一是钻井液和岩屑无法顺利排出使用，容易引起烧钻事故，二是无法对钻头划出的不规则螺旋眼进行修正，影响钻进效率。Φ73mm满眼接首为Φ73mm接首改造：先将接首车三道平台，这样能保证钻井液和岩屑可以经过平台上返，再在平台迎钻方向的末端各车一个槽沟，镶入合金，这样可以保证满眼接首具有修正不规则井壁的作用，提高钻进效率。
②一扩钻具组合的选择
一扩钻进采用通井钻具：Φ133mm牙轮导向钻头1个+Φ130mm通井套管1根+Φ127mm扶正器2根+Φ63.5mm钻具。扩孔钻进时，必须带有与原孔径同级的导向钻具，以保证换径后钻孔的同心度。第一个钻孔施工时，现场使用常规扶正器，经多次顺孔后，仍无法顺利下入套管，分析原因认为：常规井下扶正器两根中间连接处孔径骤然变小，钻具组合刚度不够，产生弹性变形，在扩孔钻头钻进时，无法对钻孔的直度做有效处理，最终影响成孔质量，只有在钻具组合前端加入足够刚度的长杆粗径钻具，才能顺利下入Φ108mm*6.5mm套管。Φ130mm通井套管为现场根据现有钻具套管改造：将两根长1.5m的Φ63.5mm钻杆连接拧紧，外面套入2.8m的Φ108mm套管，为保证两层管子同心，避免外管在钻孔内产生偏磨，两层管子中间的环形空隙内套入并焊牢三块定位板，分别布置在中间和两端，两端的定位板做成向外的锥形。最后在108mm套管外壁分4圈，每圈焊4个6mm厚的麻将状铁块，将套管加工成外径130mm，再在每块铁块的迎钻方向镶入合金。
2.施工中的保直措施
①施工准备时的注意事项
检修好机械设备，保证钻机运转正常。钻场要确保地基坚实、平整且满足使用厚度。打实单体液压支柱，保证钻机在载荷下不晃动、不偏离。
②开孔倾角的选择与控制
矿方要求的开孔位置与终孔靶区中心位置倾角为-79°。结合矿方提供的地层倾角，经过模型分析，钻孔遇层角约为65°，钻孔从软岩进入硬岩时，容易发生“顺层跑”现象。结合钻具自重的影响，最终把开孔倾角定为-77.2°。在钻头完全钻入岩层之前，由于没有着力点，钻头中心无法始终固定在同一点四处打飘，钻具同心度差，如果开钻时倾角出现偏差，下步补救会非常困难，所以应在开钻时，先在把钻头抵在开孔位置，确定好钻眼中心后，退出钻具，用人力掏出一个钻眼，再下入钻头钻进。入岩后控制用低钻速和轻钻压钻进，在进尺0.5m、1m和1.5m时停钻复测倾角，在确保倾角无变化后开始正常钻进。
②正常钻进时钻进参数的选择与控制
钻进时压力过大会引起钻杆弯曲，使钻具偏离钻孔轴线，过高的转速，增大了钻具的离心力，使钻具横向运动加剧，扩大了孔径，在松软地层钻进时，泥浆泵量过大，返流流速过高，会冲刷孔壁引起孔径扩大。这些不合理的工艺技术都会增大钻孔的弯曲强度。由于钻遇地层互层较多，岩石硬度变化较大，如不及时调整钻进参数，一是会影响钻进效率，二是会造成孔斜不受控制。很多时候施工人员操作上会有一个误区，就是在钻穿岩性变化较大的地层时不敢加压钻进，这样会严重影响钻进效率，应该是只需要在软硬层变化的时候对钻进参数调整就可以。钻进时忌突然增减钻压，岩性由软变硬，采用减压并适当降低钻速扶正打窝，修正孔底后再加足钻压钻进；岩性由硬变软，钻进时要平稳减压。
四、总结
针对井下常规钻进透巷和斜孔保直两个施工难点，应做到以下三点：
选取满眼钻具；
1、根据遇层角合理调整开孔倾角；
2、软硬变层应平稳增减压。