大口径钻孔首例成功救援的技术保障

赵原

2015年12月25日7时56分，山东省平邑县万庄石膏矿区发生坍塌。中国地震台网测定，由坍塌引发的振动相当于4.0级地震。坍塌事故发生时，井下有29名作业人员，最终有15名生还。其中，除事故当天11人获救外，有4名被困人员在井下经历了36天、850多个小时，终于在2016年1月29日升井获救。这是我国首例大直径钻孔成功救援案例，在世界上也仅是第三例，在我国矿山救援史上具有里程碑式的意义。那么在这次成功救援的背后，开创了哪些新的救援技术手段呢？本刊记者采访了参与此次救援的主要救援队之一的国家矿山应急救援淮南队（以下简称“淮南队”）钻探分队队长、勘探处副处长丁同福。

记者（以下简称“记”）：丁队长您好，2015年12月25日，平邑县石膏矿坍塌事故发生后，对井下被困矿工的救援行动从始至终牵动着全社会的心，请您大致介绍一下当时的情况，以及淮南队参与救援的过程。

丁同福（以下简称“丁”）：事故发生后，位于山东省枣矿集团和临矿集团救护队第一时间进入矿井侦察并施救，12月25日及26日凌晨，在-142 m水平11路西平巷17号工作面及以东区域成功救出11名矿工，发现1名遇难者。根据现场情况，现场事故救援指挥部决定采取打通救援通道的方法实施搜救，先后组织了3次救援行动。由于井下巷道持续坍塌，国家安全生产应急救援指挥中心副主任高广伟在第一时间提出了钻孔救援的方案，协调、调集了国家矿山应急救援淮南队、兖州队、开滦队、北京大地特勘基地、矿山救援西安研究中心等国家级矿山救援队伍携装备参与救援。

我们是12月26日凌晨接到国家安全生产应急救援指挥中心的指令，淮南队派出了50多人的救援队伍，包括淮南队下属的钻探分队和安装分队。26日紧急装运13辆车，当日15时30分从安徽省淮南市出发，星夜兼程，于12月27日凌晨1时30分到达事故救援4号井场，参与了5号大口径救生钻井施工和提人升井的全过程。12月30日，小口径2号钻孔被打通后，探测到4名幸存矿工。2016年1月1日，就在2号孔附近，2个直径711 mm的大直径救生钻孔开钻。1月6日，4号大口径救生钻孔遇到岩层塌落等问题进展缓慢。1月23日，我们克服了卡钻和透水等问题，将备用的5号大口径钻孔成功打到了指定位置。1月28日，5号大口径孔打通，钻井深度226.25 m。1月29日晚，成功提人升井。至1月31日开始撤回部分设备返程淮南，淮南队在救援施工现场历时37天。

记：此次救援中，淮南队除大直径钻孔设备外，所使用的钻探设备还有哪些？这些设备有哪些特点和优势？针对这次救援现场所遇到的的复杂情况发挥了哪些关键作用？

丁：淮南队所使用的钻探主体设备是德国RB-T90大口径救生钻机；5号大口径施工配套有美国寿力双工况900XHH/1150XH空压机、英国产Ф711 mm潜孔锤、石探产Φ219 mm双壁钻杆和Φ680 mm加重管；国家安全生产应急救援指挥中心还从开滦救援队组织调运空压机及备用接头，从山西虹安调运Φ650 mm加重管和减震器等。

RB-T90大口径救生钻机能够采用多种工艺施工，其最大的技术优势在潜孔锤大口径气举反循环施工，对于稳定的、坚硬的地层，钻效达到4～5 m/h，目前国产钻机尚未达到这一水平。在这次救援中，RB-T90施工5号大口径救生井，采用多介质正反循环交替施工，保证了能够钻下去；垮塌严重地层中，采用多路套管封闭处理，保证能够成井。在国内和国外，都处于领先技术水平。

记：在救援通道打通的过程中都遇到了哪些困难，最后是如何解决的？

丁：此次救援工作分为地面地下同步开展，但是由于不断有新的坍塌发生，对救援生命通道进行了反复破坏，再加上空间狭小、操作困难，不断给救援工作带来阻力。

我主要谈谈5号大口径救生井通道打通过程中遇到的困难：

现场施工4号矿井的地层，自始至终一直在坍塌垮落、沉降变形，按规定不具备施工大口径钻井的基本条件。大口径救生钻井被赋予唯一的救人通道，整个施工过程，不仅仅用困难重重来表述，而是多次“最后一次机会了”后起死回生。举几个例子：施工到170 m时候，Φ711 mm潜孔锤及其加重、扶正钻具，被垮塌地层“埋钻”20多米，且在处理过程中还不断垮塌，熟悉钻探的人都知道，这么粗且长度超过11 m的加重钻具被埋，面临“死刑”的判决；Φ565 mm孔径施工到井深216 m处，用Φ150 mm左右的视频探头，来探查孔内水位及孔壁情况时，在井深120 m处被“卡”了，上不来下不去；在准备提人前的几个小时，下最后一趟钻具处理井壁突出粘附物，在提人Φ508 mm工作管底口，钻具被卡，又一次上下艰难；救生井深200多米、下了4路套管、最下部还有10 m裸孔段……

对于这些从未经历过的困难，我们想尽办法，采取针对性措施，最终一次次化险为夷。比如：大钻具“埋钻”20多米，原有Φ219 mm双壁钻杆不能动弹，我们采用吊车下入Φ51 mm钻杆，接入石油固井车高压水“冲锋陷阵”，高压冲起被埋钻具周围的破碎岩块，同时，再用吊车紧随后下入Φ139.7 mm石油套管+15.24 mm高压软管，用空压机的气水反循环携带岩块，排出孔外，再根据孔内排渣情况，适时用钻机强力起拔，孔里边同时有4路管在一起“同心协力”，取得最后成功。这些操作每一步都非常谨慎，稍有不慎，就会造成“废孔”的严重后果。再比如：因为地层坍塌，需要下入4路套管，除孔口管外，其它3路套管，哪一路若不能下置到预定孔深，都会造成后续无法施工，钻孔无法利用严重后果。我们从技术上采取了能够做到的全部的保持钻孔垂直的措施。

记：作为首例大直径钻孔成功救援案例，救援过程中采取了哪些开创性的救援方法和手段？对于今后同类事故的救援有哪些借鉴意义？

丁：此次救援，是国内第一次大口径救生钻孔施工，首次采用了很多新工艺、新技术、新装备。在技术方案上，根据当地地层特点，浅（表）层软硬互层、多层段岩溶漏涌水、掉钻及岩层破碎等，我们采用了旋挖钻机施工，并引入专业石油固井队伍和设备固管，下部再用RB-T90大口径救生钻机施工成井。根据成井需要和地层特点，钻头分别采用了潜孔锤、牙轮、刮刀，循环介质分别采用空气、泥浆、泡沫，工艺上分别采用空气气举反循环、空气气举正循环、泥浆正循环、泡沫正（反）循环等交替使用。在钻具组合、钻进参数、钻进效率等方面，都积累了丰富的经验。

其中复杂地层钻进的目的是为大口径救生井能够成井，需要搞清楚复杂的情况，是地层不断垮塌、破碎、漏失、溶洞等，来采用不同的针对性措施处理；对于地质条件不清引起的地层复杂，可以现行施工一个小口径地质资料探查孔，根据探实资料来合理设置救生井结构，能够避免很多技术风险。此外，对于小口径救命孔，要快；对于大口径救生井，要稳！

记：淮南队打钻分队平时的训练中，有哪些训练内容与此次救援相关，并起到了关键作用？在救援队的队伍建设方面有哪些建议？

丁：淮南队打钻分队是打钻的专业化施工队伍。打钻、安装、撤卸等一系列流程完全适用应急救援流程，与钻井施工配套的材料加工制作、测井测斜、技术保障、成果资料等，都能够符合国家应急救援队的要求。

打钻是一个实操要求特别强的行业，我们的队员都是在生产一线施工的队员，很多都从业20～30年，具有丰富操作实践和工程案例经验，我单位每年都施工30～40口地面大口径瓦斯井，钻井与救生井类似，但使用设备、工艺、技术与救生井完全不同。平常他们施工的钻机是TSJ2000等水源钻机，泥浆泵正循环施工；而救援德国RB-T90钻机，采用空气潜孔锤反循环钻进，由于购进时间较短，平时接触和训练都比较少，仅在2015年4月自行训练了半个月，小口径正循环施工过1口浅孔。

俗话说：“上天容易入地难”。对于RB-T90大口径救援钻机，下一步更需要加强设备正常操作演练，加强操作的熟练程度和配合的默契程度。没有几年时间的操作积累，对于RB-T90是很难得心应手驾驭的。

这次大口径钻孔救援，我们在技术上、组织上、后勤保障上有很多方面还需要不断改进提高。技术上：需要解决复杂地层钻进问题、孔径与管径匹配、井斜与落点控制、工艺改进等；在组织上：要建立权威专家系统，构建以大钻施工为主体的方案；在后勤保障上：不要因为受冷受累受冻而减员，消减了最重要施工主线。

编辑 赵 原