旗杆楼铁矿风井冻结设计深度448.5m，井筒净直径4m，根据井筒检查孔揭露的地层情况，自上而下为：第四系表土（Q）、第三系（R）、二叠系上统上石盒子组组成，该地层存在35-40°地层倾角，倾角方向未表明，岩石抗压强度在38-89MPa，属于中硬岩，岩层软硬交错，钻孔在施工过程中极易出现偏斜。

一、钻孔出现的原因

（1）由于地层软硬交错，钻头在破岩时，吃入地层的深度不同造成偏斜，有硬地层进入软地层对钻孔偏斜影响较小，由软地层进入硬地层时对钻孔偏斜影响量较大，随着钻孔的延伸，偏斜量逐渐累加放大，造成钻孔轨迹偏离设计线。

（2）由于人员操作误差造成钻孔偏斜，在钻进变层位置时，由于人员操作疏忽，为对钻压、钻速控制造成钻孔偏离，有软进入硬层位时，应高速、低压，让钻头预先在岩面上划出孔窝，然后再正常进尺，由硬进入软层位影响稍小，对于突出地层，在变层时，为精心操作，瞬间即可把钻孔轨迹引入不力方向。

（3）岩层倾角较大，30-45°倾角对钻孔来说是较为复杂的角度，地层倾角极易引导钻头偏离，造成钻孔偏斜，偏值增加幅度大，在钻头切入岩面时，由于倾角影响，钻头不能全断面切入仅有一个点切入岩层，易出现钻头侧滑，进而出现偏斜。

二、防斜的基本方法

2.1防斜的基本方法

防斜是冻结孔施工主动干预钻孔轨迹，尽量确保钻孔轨迹符合设计要求，在大倾角的地层，钻孔偏值增量较大，很难控制钻孔轨迹，在高标准的质量要求下，钻孔纠偏次数和长度增加，直接增加了辅助时间，影响施工工期，在该项目施工过程中，通过收集钻孔测斜资料分析，在进入完整基岩后，岩石倾角影响逐渐增大，涉及岩层厚度318m，在此段岩层钻进，均受到大倾角地层的影响，通过资料分析，每钻进一根9m钻杆，顶角平均增量在15分左右，按照质量控制要求，无法满足继续钻进的要求，根据此类情况，通过优化钻进参数、改变钻具组合、优化钻头结构，降低了地层对钻孔偏斜的影响量。

2.1.1 优化钻进参数

根据钻进原理，钻机采用是正循环、悬吊法施工，钻孔的垂直度通过钻压+钻速进行控制，一般地层施工钻具组合为Φ89mm钻杆+Φ165mm钻铤+Φ190mm钻头，多根钻铤在钻具组合中起到提供钻压和稳定钻具的作用，大钻压给进钻头，在钻头未吃进地层时，由于地层倾角，大钻压增强了侧向力，造成钻孔偏斜增加，基于此种理论，在大倾角岩层，把钻压调小，同时，有软岩地层进入硬岩时进一步调小钻压，减缓钻进速度，进一步降低地层对钻孔偏斜的影响，根据以上理论，旗杆楼铁矿冻结造孔时期，由原来的3吨钻压调整为2吨-1.5吨，同时，在软-硬地层，控制钻压，钻进200-300mm后再正常钻进，钻孔顶角从原来的15分增量降低为10分增量。

图为：钻头进入地层的受力分析

F1-钻压 F2-地层分力 F3-有效钻进压力  F4-抵抗力

2.1.2 钻具组合优化

一般冻结孔施工，钻具组合为钻杆+钻铤+钻头，此种配合即可满足施工需求，在大倾角地层，由于钻压造成钻头受力出现F2地层分力，根据受力分析，地层分力传导至钻铤后，钻铤会沿着分力方向靠向钻孔孔壁一侧，直至抵住孔壁，然后产生抵抗力F4后，抵消地层分力，从而修正钻头轨迹，减缓钻头偏斜增量，但随着钻头的延伸，钻孔仍会沿着地层倾角偏离，进而造成孔斜严重，根据这一理论，从提供较强的抵抗力入手，抵消地层分力，优化后的钻具结构为：钻杆+钻铤+大直径扶正器+钻头，通过减少钻具与孔壁的间隙，及时的为偏离的钻头提供有效抵抗力，从而减缓钻孔偏斜的增量，在实施过程中，为加强抵抗力，进一步优化结构，在近钻头处添加两根大直径扶正器，在两根钻铤之间添加1根扶正器，即优化了钻孔偏离问题，也进一解决地层软硬互层问题，有效的提高了钻进的速度，钻孔偏斜增量进一步降低。

2.2.3 钻头结构优化

冻结孔对于岩石地层使用的常规钻头为三牙轮镶齿钻头，但在旗杆楼铁矿风井施工使用该类型钻头时，出现进尺速度慢、孔斜增量大的情况，每米进尺时间在1小时左右，同时，由于该钻头需要较大的钻压才能破碎岩石，但大钻压同时也增加F2地层分力，造成偏斜增量加大，再者，该类钻头冠部刀具不能提前吃入地层划眼，孔斜控制较差，基于此种问题，降低钻压、提前吃入地层作为优选条件，通过优化工程选择PDC钻头代替镶齿，同时，PDC钻头选择内凹式，冠部较高的种类，这种钻头可以提前吃入地层，降低地层分力F2，通过工程实地测试，同一层位地层，每米进尺缩短至15分钟，大大提高了进尺效率，钻孔顶角增量也降低至8分。

参数优化前后对比

三、结语

在大倾角硬岩地层造孔施工，要充分考虑到倾角对钻孔轨迹的影响，主动防斜，降低地层对钻孔偏斜增量的影响，在钻进参数、钻具结构、钻头上进行改造革新，通过以上的措施，为今后在大倾角岩层施工提供了有效的参考依据，在进尺效率和钻孔质量上给与保障，为后期的冻结施工提供了坚实的基础。

参考文献：

[1]王建学 万建仓 沈慧 钻井工程 石油工业出版社 2008年4月

[2]王扶志 地质工程钻探工艺与技术[J].探矿工程 2007