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摘要：本文结合实例工程，笔者认为施工该类井或比该井深度更大、井径更大的类似工程时，如果结合气举反循环钻井工艺，会取得更加良好的技术效果和经济效果。
关键词：煤矿排水井；钻井施工工艺；处理技术
某煤矿为解决矿井水问题，委托我队施工了一口井径较大的定向排水井，该井终孔深度425m，终孔直径508mm。由于钻孔直径大，地质条件复杂，垂直度要求高，成井难度大。为此，我单位组织相关技术人员研究制定了一系列技术保障措施，最终达到了设计要求，受到了业主的好评。
1 地质条件
（1）第四系：以砂土、砂质粘土为主，夹有多层粉砂、细砂及中砂层，底部为一层不稳定的含砾或含砾粘土，局部为砾石层。厚度为5m。
（2）第三系：以粘土、钙质粘土为主。厚度15m。
（3）三叠系飞仙关组：以紫红色砂岩、粉砂质泥岩、石英砂岩不等厚互层为主，局部夹灰色至深灰色粘土岩及粉砂岩，底部为砾岩。厚度约100m。
（4）二叠系龙潭组：上部为浅灰绿色细砂岩及砂质泥岩，夹煤线（厚度约7-12mm）；中部为褐色厚层状砾岩，中含植物碎块及玛瑙砾石；下部第一段为两层薄-中层状煤层夹泥岩；第二段为灰色砂岩及灰绿色砂质泥岩；第三段为炭质泥岩。厚度约360m。
（5）二叠系峨嵋山玄武岩组：上部为暗紫色凝灰岩；底部为深灰色杏仁状玄武岩。厚度大于28m。
2 钻井施工设备及器具
施工设备：GZ-1000型钻机，24m角塔井架，TBW-850/50型泥浆泵2台，ZD-1型振动筛除砂器1台，110kW/100kW发电机3台。
钻具：203mm钻铤45m，?159mm钻铤27m，?127mm钻杆430m。
钻头：?660.4mm钢齿牙轮钻头1个，组合式镶齿牙轮钻头1个，?508mm组合式镶齿牙轮钻头2个。
3井身结构设计
该排水井设计为两级井径。开孔采用?660.4mm孔径，钻入基岩不少于10m，钻进深度320m，下入?560mm表层套管，水泥全固井。表层套管主要目的是封隔第四系地层。下部井段采用?508mm孔径，钻至设计孔深425m，全井下入?426mm抽水管，水泥全固井封闭。钻进中根据地层结构情况，通过选择合理的钻探技术工艺和钻进参数的同时，注重泥浆的性能和质量管理，较好地防止了针对该地层中钻进可能因孔壁坍塌、掉块造成的卡、埋钻等孔内事故，较好地保证了施工的顺利进展，。
4 钻进工艺的选择
根据地质资料显示，该孔地层复杂，裂隙发育，容易产生坍塌、掉块而造成卡钻、埋钻等孔内事故，因此成孔过程中孔壁维护难度较大，另外，由于孔径较大，钻孔较深，携粉及排粉困难，对孔的垂直度要求高，对成井技术工艺和现场施工带来较大的难度，为保证了施工的顺利进行，也为更好地满足业主的实际使用需要，通过认真分析研究和以往经验，最终采用了以下施工工艺和技术措施。
4.1 利用塔式钻具和减压钻进技术解决孔斜问题
4.1.1 塔式钻具
塔式钻具是指钻具组合中从粗径加重钻铤到小径钻杆的级配要合理，同心连接，每一级组合要平缓过渡，尽量避免应力集中，造成钻具的损坏。这样的钻具组合具有在高速旋转中钻具的同心度好、受力分散、从而能起到钻孔孔径规则、防斜作用好，延长钻具寿命的作用。本孔采用的塔式钻具组合为：钻头+?203mm钻铤（长45m）+?159mm钻铤（长27m）+?127mm钻杆+主钻杆。
4.1.2 减压钻进技术
利用孔底部分钻铤加压，钻压不超过钻铤重力的70%，较好地防止孔斜，保证井孔的垂直度。
4.2 携粉及排粉
施工使用优质低固相泥浆，选用正循环钻进施工工艺，采用2台TBW850/50型泥浆泵并联使用，增大泥浆的入口泵量，从而提高泥浆的孔内上返速度，达到携粉及排粉的目的。
4.3 钻进规程参数及注意事项
针对不同的地层，采用不同的钻压、转速、泵量等工艺参数。由于本孔要求垂直度很高，所以采用塔式钻具减压钻进技术，实现钻孔垂直钻进的目的。在施工中钻压一般控制在80～100kN，采用低转速，一般用48r/min，同时尽量采用大泵量。实践证明，这种钻进技术在该孔成孔过程中应用非常成功，控制了钻孔顶角0.1°/（410m），远远小于允许的偏斜要求，达到了设计目的，满足了业主的要求。
钻进过程中，要求实行定深测斜，每20m测斜1次，发现井斜及时纠正，保证孔斜≯2‰，采用“塔式钻具”防斜，严禁弯曲钻具下入孔内，换径时加扶正器纠斜、稳直，坚持每钻程扫孔。
5 泥浆处理技术
5.1 泥浆性能参数
由于钻孔孔径大，产生的岩粉多，钻杆与孔壁的环状间隙大，用正循环钻进工艺，能及时地将井底岩粉排出孔外是调整泥浆性能的主要依据。
在开孔第四系地层和第三系地层的钻进过程中，由于第四系地层主要以砂土、砂质粘土为主，含砂量较高，所以，采用优质粘土配制聚丙烯酰胺低固相泥浆，添加腐植酸钾、纤维素等外加剂，稳定孔壁。泥浆性能参数为：粘度26～32s，密度1.10～1.20kg/L，失水量≯15mL/（30min），pH值8～9，含砂量≯4%。在钻进过程中，一直保持振动筛除砂，保证泥浆的性能和质量。
为保证表层套管下管顺利，顺孔时适当调整泥浆性能参数，保证孔壁稳定和孔底沉渣在允许范围内，适当调整泥浆性能参数。下表层套管前顺孔泥浆性能参数为：粘度为22～26s，密度1.12kg/L左右，失水量≯10mL/（30min），含砂量≯4%。
换径后及时调整泥浆，泥浆性能参数为：粘度23～28s，密度1.10～1.15kg/L，失水量≯15mL/（30min），pH值8，含砂量≯4%。达到设计孔深后，为保证抽水井管下管顺利，顺孔时泥浆性能参数调整为：粘度21～23s，密度1.08～1.10kg/L，失水量≯10mL/（30min），含砂量≯4%。 5.2 泥浆的维护
（1）正常钻进中，每回次检测泥浆全部性能一次，并记录。发现泥浆性能变差时，及时调整泥浆性能并保持泥浆性能的稳定。
（2）每次调浆或搅浆后要测定泥浆性能并记录。
（3）当井内遇特殊情况或重要施工工序时，密切注意观察，并测定泥浆性能变化，以便及时调节。
（4）坚持泥浆交接班制度，保证泥浆性能稳定。
5.3 特殊情况下的泥浆处理注意事项
对上部地层造浆井段：杜绝直接加入清水稀释，必要时采用稀释剂溶液进行处理。
坍塌井段：泥浆粘度30～35s，密度1.20kg/L左右，失水量≯8mL/（30min）。漏失井段：泥浆粘度24～30s，密度1.10～1.15kg/L，视漏失情况采取相应的处理措施，并备有充足的储备泥浆。
现场配有振动筛除砂器，并保持其正常工作。钻进间隙随时清理泥浆循环槽里的沉砂。
6 成井工艺
6.1 上部井段
开孔钻进到预定深度后，下入表层套管。
顺孔：钻孔达到孔深320m时，根据设计要求，用?630mm、不短于9m的顺孔管顺孔，孔内钻具上下顺畅后，用?560mm井管（长30m）顺孔，经验证整个井段井管上下活动顺畅后下?560mm井管。
下管方法：根据钻机的提升能力，采用钻机提吊安装井管方法。由于井管井径大、质量较大，经计算，井管总质量43t，所以下井管时一定要制定相应的下井管安全措施，专人指挥，专人操作，当放入井内的井管较多时，提动井管应谨慎，保证下井管时安全可靠。固井：采用水泥浆全孔段固井止水，注浆压力2～3MPa，水泥标号42.5R，水灰比0.6。
6.2 下部井段
换径后钻进到设计孔深后，下入抽水井管完井。顺孔：钻孔达到设计孔深（425m）后，根据设计要求，用?500mm、不短于9m的顺孔管顺孔，孔内钻具上下顺畅后，用?426mm井管（长30m）探孔，经验证整个井段井管无阻力后，下入?426mm井管。
下管方法：采用提吊浮力塞法下管。经计算，?426mm×12mm×425m井管总质量为51.74t，浮力塞控制浮力≯220kN，即管内液面深度≯200m。固井止水：采用水泥浆全孔段固井止水，注浆压力3～5MPa，水泥标号42.5R，水灰比0.6。
7 井管密封检查及井管内泥浆处理
固井结束48h后按设计要求进行试压保压试验，试压压力达设计压力后保压20min以上，证明井管密封良好。采用提桶法，清空管内稀泥浆，管内的残液高度<0.5m。
8 结束语
该排水井施工比较成功，按设计要求在业主要求的工期之内顺利完成了施工任务。但基于该井井径较大，使用正循环钻进工艺排粉难度较大，钻进效率相对较低，施工过程中维护泥浆性能难度较大，泥浆质量要求较高。
作者简介：
廖建；男；本科学历，湖南新化县人，1966年11月出生；毕业于中国地质大学（武汉）探矿工程专业；主要从事岩心钻探管理工作。
关键词：煤矿排水井；钻井施工工艺；处理技术
某煤矿为解决矿井水问题，委托我队施工了一口井径较大的定向排水井，该井终孔深度425m，终孔直径508mm。由于钻孔直径大，地质条件复杂，垂直度要求高，成井难度大。为此，我单位组织相关技术人员研究制定了一系列技术保障措施，最终达到了设计要求，受到了业主的好评。
1 地质条件
（1）第四系：以砂土、砂质粘土为主，夹有多层粉砂、细砂及中砂层，底部为一层不稳定的含砾或含砾粘土，局部为砾石层。厚度为5m。
（2）第三系：以粘土、钙质粘土为主。厚度15m。
（3）三叠系飞仙关组：以紫红色砂岩、粉砂质泥岩、石英砂岩不等厚互层为主，局部夹灰色至深灰色粘土岩及粉砂岩，底部为砾岩。厚度约100m。
（4）二叠系龙潭组：上部为浅灰绿色细砂岩及砂质泥岩，夹煤线（厚度约7-12mm）；中部为褐色厚层状砾岩，中含植物碎块及玛瑙砾石；下部第一段为两层薄-中层状煤层夹泥岩；第二段为灰色砂岩及灰绿色砂质泥岩；第三段为炭质泥岩。厚度约360m。
（5）二叠系峨嵋山玄武岩组：上部为暗紫色凝灰岩；底部为深灰色杏仁状玄武岩。厚度大于28m。
2 钻井施工设备及器具
施工设备：GZ-1000型钻机，24m角塔井架，TBW-850/50型泥浆泵2台，ZD-1型振动筛除砂器1台，110kW/100kW发电机3台。
钻具：203mm钻铤45m，?159mm钻铤27m，?127mm钻杆430m。
钻头：?660.4mm钢齿牙轮钻头1个，组合式镶齿牙轮钻头1个，?508mm组合式镶齿牙轮钻头2个。
3井身结构设计
该排水井设计为两级井径。开孔采用?660.4mm孔径，钻入基岩不少于10m，钻进深度320m，下入?560mm表层套管，水泥全固井。表层套管主要目的是封隔第四系地层。下部井段采用?508mm孔径，钻至设计孔深425m，全井下入?426mm抽水管，水泥全固井封闭。钻进中根据地层结构情况，通过选择合理的钻探技术工艺和钻进参数的同时，注重泥浆的性能和质量管理，较好地防止了针对该地层中钻进可能因孔壁坍塌、掉块造成的卡、埋钻等孔内事故，较好地保证了施工的顺利进展，。
4 钻进工艺的选择
根据地质资料显示，该孔地层复杂，裂隙发育，容易产生坍塌、掉块而造成卡钻、埋钻等孔内事故，因此成孔过程中孔壁维护难度较大，另外，由于孔径较大，钻孔较深，携粉及排粉困难，对孔的垂直度要求高，对成井技术工艺和现场施工带来较大的难度，为保证了施工的顺利进行，也为更好地满足业主的实际使用需要，通过认真分析研究和以往经验，最终采用了以下施工工艺和技术措施。
4.1 利用塔式钻具和减压钻进技术解决孔斜问题
4.1.1 塔式钻具
塔式钻具是指钻具组合中从粗径加重钻铤到小径钻杆的级配要合理，同心连接，每一级组合要平缓过渡，尽量避免应力集中，造成钻具的损坏。这样的钻具组合具有在高速旋转中钻具的同心度好、受力分散、从而能起到钻孔孔径规则、防斜作用好，延长钻具寿命的作用。本孔采用的塔式钻具组合为：钻头+?203mm钻铤（长45m）+?159mm钻铤（长27m）+?127mm钻杆+主钻杆。
4.1.2 减压钻进技术
利用孔底部分钻铤加压，钻压不超过钻铤重力的70%，较好地防止孔斜，保证井孔的垂直度。
4.2 携粉及排粉
施工使用优质低固相泥浆，选用正循环钻进施工工艺，采用2台TBW850/50型泥浆泵并联使用，增大泥浆的入口泵量，从而提高泥浆的孔内上返速度，达到携粉及排粉的目的。
4.3 钻进规程参数及注意事项
针对不同的地层，采用不同的钻压、转速、泵量等工艺参数。由于本孔要求垂直度很高，所以采用塔式钻具减压钻进技术，实现钻孔垂直钻进的目的。在施工中钻压一般控制在80～100kN，采用低转速，一般用48r/min，同时尽量采用大泵量。实践证明，这种钻进技术在该孔成孔过程中应用非常成功，控制了钻孔顶角0.1°/（410m），远远小于允许的偏斜要求，达到了设计目的，满足了业主的要求。
钻进过程中，要求实行定深测斜，每20m测斜1次，发现井斜及时纠正，保证孔斜≯2‰，采用“塔式钻具”防斜，严禁弯曲钻具下入孔内，换径时加扶正器纠斜、稳直，坚持每钻程扫孔。
5 泥浆处理技术
5.1 泥浆性能参数
由于钻孔孔径大，产生的岩粉多，钻杆与孔壁的环状间隙大，用正循环钻进工艺，能及时地将井底岩粉排出孔外是调整泥浆性能的主要依据。
在开孔第四系地层和第三系地层的钻进过程中，由于第四系地层主要以砂土、砂质粘土为主，含砂量较高，所以，采用优质粘土配制聚丙烯酰胺低固相泥浆，添加腐植酸钾、纤维素等外加剂，稳定孔壁。泥浆性能参数为：粘度26～32s，密度1.10～1.20kg/L，失水量≯15mL/（30min），pH值8～9，含砂量≯4%。在钻进过程中，一直保持振动筛除砂，保证泥浆的性能和质量。
为保证表层套管下管顺利，顺孔时适当调整泥浆性能参数，保证孔壁稳定和孔底沉渣在允许范围内，适当调整泥浆性能参数。下表层套管前顺孔泥浆性能参数为：粘度为22～26s，密度1.12kg/L左右，失水量≯10mL/（30min），含砂量≯4%。
换径后及时调整泥浆，泥浆性能参数为：粘度23～28s，密度1.10～1.15kg/L，失水量≯15mL/（30min），pH值8，含砂量≯4%。达到设计孔深后，为保证抽水井管下管顺利，顺孔时泥浆性能参数调整为：粘度21～23s，密度1.08～1.10kg/L，失水量≯10mL/（30min），含砂量≯4%。 5.2 泥浆的维护
（1）正常钻进中，每回次检测泥浆全部性能一次，并记录。发现泥浆性能变差时，及时调整泥浆性能并保持泥浆性能的稳定。
（2）每次调浆或搅浆后要测定泥浆性能并记录。
（3）当井内遇特殊情况或重要施工工序时，密切注意观察，并测定泥浆性能变化，以便及时调节。
（4）坚持泥浆交接班制度，保证泥浆性能稳定。
5.3 特殊情况下的泥浆处理注意事项
对上部地层造浆井段：杜绝直接加入清水稀释，必要时采用稀释剂溶液进行处理。
坍塌井段：泥浆粘度30～35s，密度1.20kg/L左右，失水量≯8mL/（30min）。漏失井段：泥浆粘度24～30s，密度1.10～1.15kg/L，视漏失情况采取相应的处理措施，并备有充足的储备泥浆。
现场配有振动筛除砂器，并保持其正常工作。钻进间隙随时清理泥浆循环槽里的沉砂。
6 成井工艺
6.1 上部井段
开孔钻进到预定深度后，下入表层套管。
顺孔：钻孔达到孔深320m时，根据设计要求，用?630mm、不短于9m的顺孔管顺孔，孔内钻具上下顺畅后，用?560mm井管（长30m）顺孔，经验证整个井段井管上下活动顺畅后下?560mm井管。
下管方法：根据钻机的提升能力，采用钻机提吊安装井管方法。由于井管井径大、质量较大，经计算，井管总质量43t，所以下井管时一定要制定相应的下井管安全措施，专人指挥，专人操作，当放入井内的井管较多时，提动井管应谨慎，保证下井管时安全可靠。固井：采用水泥浆全孔段固井止水，注浆压力2～3MPa，水泥标号42.5R，水灰比0.6。
6.2 下部井段
换径后钻进到设计孔深后，下入抽水井管完井。顺孔：钻孔达到设计孔深（425m）后，根据设计要求，用?500mm、不短于9m的顺孔管顺孔，孔内钻具上下顺畅后，用?426mm井管（长30m）探孔，经验证整个井段井管无阻力后，下入?426mm井管。
下管方法：采用提吊浮力塞法下管。经计算，?426mm×12mm×425m井管总质量为51.74t，浮力塞控制浮力≯220kN，即管内液面深度≯200m。固井止水：采用水泥浆全孔段固井止水，注浆压力3～5MPa，水泥标号42.5R，水灰比0.6。
7 井管密封检查及井管内泥浆处理
固井结束48h后按设计要求进行试压保压试验，试压压力达设计压力后保压20min以上，证明井管密封良好。采用提桶法，清空管内稀泥浆，管内的残液高度<0.5m。
8 结束语
该排水井施工比较成功，按设计要求在业主要求的工期之内顺利完成了施工任务。但基于该井井径较大，使用正循环钻进工艺排粉难度较大，钻进效率相对较低，施工过程中维护泥浆性能难度较大，泥浆质量要求较高。
作者简介：
廖建；男；本科学历，湖南新化县人，1966年11月出生；毕业于中国地质大学（武汉）探矿工程专业；主要从事岩心钻探管理工作。