某地?zé)崽讲山Y(jié)合井施工中埋鉆事故的處理實(shí)踐

邢向渠，孟 江，趙普輝，岳松江，王艷霞

（1．河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南 鄭州450053；2．新疆第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊市830091）

1 前言

某地?zé)崽讲山Y(jié)合井是工作區(qū)地?zé)峥辈榈氖籽坫@探孔，之前該區(qū)域仍屬于地?zé)衢_發(fā)空白區(qū)，沒有可供參考的地質(zhì)資料作為地質(zhì)依據(jù)。施工之前僅做了物探、地震測量，根據(jù)物探、地震方法取得的資料初步制定了該地?zé)崽讲山Y(jié)合孔的設(shè)計(jì)深度為1500m。適逢梅雨季節(jié)，經(jīng)過近7個月的施工，鉆進(jìn)到了預(yù)定深度，然后即進(jìn)行洗井、抽水試驗(yàn)。抽水結(jié)果表明1500m以內(nèi)的熱儲不大理想，未達(dá)到設(shè)計(jì)目的。之后業(yè)主組織有關(guān)業(yè)內(nèi)專家商定對該鉆孔進(jìn)行加深，以探明勘查區(qū)的地?zé)岬刭|(zhì)特點(diǎn)及熱儲情況，并做抽水試驗(yàn)以取得相應(yīng)的水文、地?zé)岬刭|(zhì)參數(shù)。如果水量、水溫達(dá)到預(yù)定要求，可作為開采孔正常使用；如達(dá)不到預(yù)期要求，可作為該區(qū)一個重要的水文觀測孔，以觀測該區(qū)水文地質(zhì)特征。

2 工程概況

2．1 上部孔段情況

2．1．1 鉆孔設(shè)計(jì)

為了探明工作區(qū)深部地?zé)岬姆植肌⒙癫厍闆r，為該區(qū)的深部地?zé)豳Y源開發(fā)奠定基礎(chǔ)。以此為目的進(jìn)行了地?zé)崽讲山Y(jié)合孔的設(shè)計(jì)。

鉆孔結(jié)構(gòu)：0～穩(wěn)定基巖，Ф444．5mm；穩(wěn)定基巖～300m，Ф311．1mm，300～800m，Ф245mm，800～1500m，Ф215．9mm。

井管結(jié)構(gòu)為：0～穩(wěn)定基巖，Ф377mm（鋼級H40）；0～300m，Ф244．5mm（鋼級 J55）；300～1500m，Ф177．8mm（鋼級J55），其中0～300m段下入套管后采用水泥固井，下部孔段下入套管后，Ф244．5mm與Ф177．8mm重合部分采用水泥封閉環(huán)隙或用皮兜、膨脹橡膠聯(lián)合止水。

2．1．2 采用的施工機(jī)械及配套設(shè)備

該地?zé)崽讲山Y(jié)合孔使用張家口探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的 SPS－2000 型 水 源 鉆 機(jī) 配 備 BW1200／7、蘭 石3NB－800型泥漿泵及配套設(shè)備施工。當(dāng)鉆進(jìn)到450m時，為加快施工進(jìn)度，我們引進(jìn)孔底動力鉆具5LZ172直螺桿加接三牙輪鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)，平均鉆速為1．3～1．6m／h，大大提高了鉆進(jìn)效率，為順利完成鉆探任務(wù)創(chuàng)造了條件。

2．1．3 實(shí)際孔身結(jié)構(gòu)

終 孔 結(jié) 構(gòu)：0～30．4m，Ф444．5mm；30．4～580．0m，Ф245mm；580～1510m，Ф215．9 mm。

井管結(jié)構(gòu)為：0～30．4m，Ф377mm（鋼級 H40），下入套管后采用水泥固井；下部孔段為裸眼。

之后置換鉆孔內(nèi)的泥漿、進(jìn)行抽水試驗(yàn)，經(jīng)過半個月的間斷性抽水發(fā)現(xiàn)出水量和出口水溫均未達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過業(yè)主會同有關(guān)專家協(xié)商，要求加深孔深，以期取得較為理想的效果。

經(jīng)過試抽、抽水試驗(yàn)，初步得出出水量為2．8t／h，動水位在117m，出口水溫37℃，水量偏小，且水溫與鉆孔深度不相匹配，出水部位多數(shù)應(yīng)為上部層段，800m以下水量極為有限。

2．2 加深前項(xiàng)目進(jìn)展情況

2．2．1 加深設(shè)計(jì)

由前段時間的施工作業(yè)，初步確定了該區(qū)上部（1500m）以內(nèi)的地層富水情況。經(jīng)過項(xiàng)目專家組的商議，決定對該地?zé)峥辈榭准由睿垣@得該區(qū)詳實(shí)的區(qū)域地質(zhì)資料、并揭穿有關(guān)取水目的層，再行終孔，洗井抽水、抽水試驗(yàn)，以便獲得理想的效果。在此基礎(chǔ)上，專家組決定：以該孔現(xiàn)有條件為基礎(chǔ)進(jìn)行加深，加深最大深度為2500m，鉆進(jìn)到純花崗巖地層（下古生界）50m為終孔原則，鉆孔直徑為Ф152mm，適當(dāng)加密取心次數(shù)，每60m取心一次；每0．5m記錄一個鉆時；每兩米撈取巖樣一個。

2．2．2 施工機(jī)械與配套設(shè)施

根據(jù)加深孔施工要求，深度設(shè)計(jì)為2500m，原來投入的鉆探設(shè)備已經(jīng)滿足不了施工需要，為順利完成該項(xiàng)勘探任務(wù)，我們對原來的設(shè)備進(jìn)行了更換：采用GZ－3000型鉆機(jī)配備Q3NB－500型泥漿泵及配套設(shè)施進(jìn)行施工。

2．2．3 加深項(xiàng)目埋鉆前進(jìn)展情況

第二套設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)場后加深之前，為增大抽水時出水量，先采用5%濃度的焦磷酸鈉對主要含水層進(jìn)行浸泡，然后采用自制的活塞進(jìn)行活塞洗井，之后再下入揚(yáng)程250m，出水量為20t／h的深井潛水泵洗井、試抽、抽水試驗(yàn)，因出水量有限，后來換用10t／h，揚(yáng)程220m的不銹鋼深井泵進(jìn)行抽水。為確保抽水試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌掷m(xù)進(jìn)行，在出水口段水表的近水端加工了一個“三通”，將一定量的水回流入孔，以期取得相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)。

但在用活塞洗井時，因活塞是采用中間夾帆布的1cm厚橡膠墊加工而成，在刷孔、洗井時有許多橡膠墊從活塞上脫落掉入孔內(nèi)；在抽水時為準(zhǔn)確測量水位，在下泵時隨泵管下入一根1英寸粗的PVC管，以便從管內(nèi)下入測繩，起泵時因不注意有一段PVC管掉進(jìn)鉆孔內(nèi)。以上兩孔底滯留物在重新開鉆前必須清除干凈，然后才能正常鉆進(jìn)。否則會增加施工中的難度，使鉆孔內(nèi)的不穩(wěn)定因素?zé)o法排除。

3 鉆遇地質(zhì)概況

根據(jù)所鉆地層所取的巖心、巖屑，結(jié)合該區(qū)區(qū)域地質(zhì)特征，并征詢有關(guān)專家關(guān)于地層劃分的意見，將該探采結(jié)合井鉆穿地層分為：第四系、下第三系始新統(tǒng)布心組、古新統(tǒng)莘莊組、上白堊統(tǒng)大塱山組。揭露的地層及水文地質(zhì)情況簡述如下：

（1）第四系第一階地沉積以沖積為主的海陸混合沉積（Qalm4）

埋深0～25．00m，巖性為淤泥、砂層、粘性土等。

（2）下第三系始新統(tǒng)布心組（Eb）

埋深25．00～780m，巖性為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖等互層，以粉砂質(zhì)泥巖為主，底部見細(xì)礫巖。其中泥巖由淺至深以深灰色、深灰夾暗紅、暗紅為主。鉆進(jìn)的局部孔段巖石裂隙稍發(fā)育。

（3）下第三系古新統(tǒng)莘莊組（E x）

埋深780～950m，巖性為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，以暗紅色粉砂質(zhì)泥巖為主，主要為泥質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，層理發(fā)育。

埋深950～1080m，巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，以粉砂巖為主，底部見砂礫巖。暗紅色為主，990m以下夾少量灰白色、深灰色，粉砂巖以泥質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)為主，粉粒結(jié)構(gòu)為主，中厚層狀構(gòu)造，裂隙一般不發(fā)育，該層逐漸見含礫，礫徑一般較小，為0．2～1．0cm不等，底部砂礫巖礫徑一般1～3cm不等，礫成分以硅質(zhì)物、鈣質(zhì)物為主，局部為花崗巖。

（4）上白堊統(tǒng)大塱山組（Kdl）

埋深1080～1245．00m，巖性為粉砂巖、中砂巖、砂礫巖，以粉砂巖為主。

埋深1245～1510m，巖性為砂礫巖、中砂巖，以棕紅色砂礫巖為主，夾灰白色、深灰色。以鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)為主，砂礫質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，含礫徑一般0．1～0．6cm不等，礫呈次圓狀為主，礫成分主要為鈣質(zhì)物，底部為花崗巖。

4 埋鉆事故的發(fā)生及處理

4．1 首次埋鉆事故的發(fā)生與處理

4．1．1 調(diào)整泥漿性能

抽水試驗(yàn)之后的孔內(nèi)只有清水或類似清水液體，而孔底滯留物還需順利清除，為確保安全將滯留物清除干凈，必須重新調(diào)制、調(diào)整泥漿性能。在調(diào)制泥漿時按順序加入純堿、火堿、鵬潤粘土、CMC等處理劑，調(diào)成的泥漿性能如下：粘度29s，比重1．05g／cm3，含砂量0．5%。

4．1．2 下鉆掃孔發(fā)生埋鉆事故

因孔底殘留物的存在，要正常鉆進(jìn)，必須對鉆孔進(jìn)行徹底清掃。在調(diào)整好泥漿性能后，下Ф216mm三牙輪鉆頭＋Ф121mm螺旋鉆鋌＋Ф89mm鉆桿的鉆具以掃孔，當(dāng)掃到1440m在停泵后加鉆桿前探測孔底時發(fā)現(xiàn)有3m的沉淀，只能重新對立軸再掃孔，孔底多次研磨充分沖孔后再加鉆桿，這次鉆桿加上了。但是，在加完鉆桿繼續(xù)掃孔，掃完孔停泵后起立軸時鉆具拉起1m遇阻，下落鉆具也下不去，重新開泵時泵壓達(dá)到最大－15MPa，用泵頂?shù)耐瑫r上下活動鉆具，仍然沒有將阻塞物頂開，發(fā)生了第一次埋鉆事故。

4．1．3 首次埋鉆事故的處理

在發(fā)生第一次埋鉆事故后，項(xiàng)目經(jīng)理、機(jī)長、地質(zhì)工程師及機(jī)臺班長等組織起來開了一次碰頭會，商議這次埋鉆事故的處理辦法。經(jīng)過初步商議，認(rèn)為按照下述辦法進(jìn)行：①以泥漿泵頂和活動鉆具兩者結(jié)合的辦法嘗試，但是鉆具最大拉力不能超過80t（鉆具自由懸重為36t）；②如果不行，可適當(dāng)增大鉆具拉力到95t后快速釋放，強(qiáng)力活動鉆具，泥漿泵開泵頂鉆具只是輔助配合；③不開動泥漿泵，活動鉆具一段時間后，將鉆具拉力繼續(xù)加大到105t，剎車以維持拉力，做好鉆具位置標(biāo)記，靜置1小時，仔細(xì)觀察拉力變化和標(biāo)記是否移動，然后釋放拉力?；顒鱼@具，將拉力維持到105t，靜置1小時，繼續(xù)按上述方式觀察，看是否發(fā)生變化。如果沒有任何變化，只能考慮采用倒扣處理。

根據(jù)現(xiàn)場嘗試，前兩種辦法效果甚微，采取第三種辦法。持續(xù)提拉第一次后，發(fā)現(xiàn)鉆具標(biāo)記位置有不到2cm的上升，說明有了效果，重復(fù)提拉，維持拉力在105t，持續(xù)1小時后發(fā)現(xiàn)這次原來標(biāo)記位置在第一次上升基礎(chǔ)上又上了約3cm，繼續(xù)以上操作，在持續(xù)9小時后同樣的提拉，鉆具一共上升了0．65m。這時，班長開始頻繁活動鉆具，適當(dāng)加長活動鉆具時間，之后將拉力維持在100t，每隔半個小時活動一次，在活動第三次時鉆具被拉出來，埋鉆事故解除。

4．1．4 事故小結(jié)

這次事故的提示是：①造成埋鉆事故的沉淀物是大顆粒物質(zhì)，比如研磨成碎片的PVC碎塊、橡膠碎塊，中間填充有類似粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)細(xì)土，在大拉力長時間作用下，有一小部分粉細(xì)砂泥質(zhì)物從碎屑中間逐漸脫離下沉到牙輪鉆頭之下，為解除埋鉆創(chuàng)造了條件；②處理方法合理；③鉆機(jī)上各班班長與項(xiàng)目組人員的密切配合。

4．2 第二次埋鉆事故的發(fā)生與處理

4．2．1 繼續(xù)掃除孔內(nèi)碎屑

首次事故處理完后，大家經(jīng)過分析，認(rèn)為造成事故是因?yàn)榭椎讱埩粑锾?，主要是輕質(zhì)PVC、橡膠類物質(zhì)，顆粒較大，比重較泥漿重，采用現(xiàn)有鉆具無法對其進(jìn)行徹底的粉碎，泥漿上返流速不可能太大，無法將其排出鉆孔。據(jù)此，只能依據(jù)現(xiàn)有條件調(diào)整泥漿性能，之后繼續(xù)掃孔。

4．2．2 第二次埋鉆事故的發(fā)生

與第一次埋鉆事故有些類似，在掃孔到1502m時，持續(xù)沖孔2個半小時，提起立軸，等卸開立軸，加完第二根鉆桿，提拉鉆具時發(fā)現(xiàn)阻力很大，為以防萬一，趕快卸開鉆桿重新?lián)Q上立軸，開泵后泵壓又達(dá)到15MPa的最大泵壓，就連驅(qū)動泥漿泵的電機(jī)動力也顯得不足，照明燈一明一暗的。大家立即意識到又發(fā)生埋鉆了。

有了第一次埋鉆的處理經(jīng)驗(yàn)，大家很有信心再重復(fù)第一次的做法，應(yīng)該會重新解卡的，但是又忽略了最為重要的一點(diǎn)，孔深1510m，而現(xiàn)在的位置是1502m，距孔底只有不到1根鉆桿的距離，處理起來與第一次相比，難度相當(dāng)大。

4．2．3 第二次埋鉆事故的處理

項(xiàng)目組在深入細(xì)致的分析后認(rèn)為，繼續(xù)嘗試第一次埋鉆時采用的處理方法，如果沒有成功，再考慮反鉆具，大家深知反鉆具所要耗費(fèi)的時間、人力、財(cái)力相當(dāng)巨大，都不想那樣做。

（1）在用泥漿泵高壓持續(xù)工作30分鐘未果后，先活動鉆具，之后提拉鉆具拉力到105t左右，在鉆具上做好相對位置標(biāo)記，維持拉力1小時后觀察標(biāo)記位置有無變化，經(jīng)過一天一夜努力，發(fā)現(xiàn)鉆具紋絲未動。這種方法已經(jīng)不起作用，只能另想辦法。

（2）第二天，業(yè)主來看工地進(jìn)展情況，提出增大泵壓的解決辦法。如果用同一臺泵來提高泵壓只能采用去掉高壓閥的辦法，可以去掉兩個高壓閥只保留一個，這樣既可增大壓力又避免了泥漿泵電機(jī)動力不足的缺點(diǎn)。經(jīng)過嘗試，泵壓最高只能達(dá)到20MPa，還是頂不開堵塞物，該措施失敗。

（3）后來項(xiàng)目組召開了一次會議，讓大家一起想辦法，如何進(jìn)行下一步的處理。經(jīng)過過程分析，發(fā)現(xiàn)埋鉆原因是大顆粒碎屑中間填充了粉細(xì)砂、泥質(zhì)物質(zhì)，與鉆具滯留孔底泥漿中的固相沉淀造成的埋鉆有本質(zhì)區(qū)別。一致認(rèn)為還是應(yīng)該從如何增大泵壓作為突破口，經(jīng)過調(diào)查，業(yè)主從事有注漿項(xiàng)目，就向業(yè)主借了一臺高壓注漿泵，其特點(diǎn)是泵壓高，但泵量小，而用壓力頂并不涉及泵量問題，所以項(xiàng)目組以最快的速度從業(yè)主一個工地借來了一臺高壓注漿泵。先后分析注漿泵與主泥漿循環(huán)管線的連接問題、管線的安全性問題、循環(huán)管線地表段的排氣問題，開動注漿泵后現(xiàn)場的安全問題，這些問題想周全后即進(jìn)入實(shí)施。

埋鉆后第5天下午經(jīng)過努力，所有問題都解決完，一切準(zhǔn)備就緒，打開排氣孔，開動注漿泵，泥漿通過泥漿坑—注漿泵進(jìn)水管—注漿泵—高壓出水管—泥漿循環(huán)管線—孔底。當(dāng)泥漿從排氣孔排出時，停泵關(guān)閉排氣孔，然后開動注漿泵，逐漸加快泵的轉(zhuǎn)數(shù)，控制泵的最高壓力。該注漿泵的額定壓力是36MPa，大家商議后系統(tǒng)壓力不能超過28MPa，當(dāng)注漿泵壓力表壓力顯示26MPa后，壓力一下子降低到5MPa，說明循環(huán)水路通了。10分鐘后有少量泥漿從出水口流出，循環(huán)一段時間后停泵。至此，鉆具臨時解卡。

機(jī)臺人員以最快的時間接通800型泥漿泵與循環(huán)管線，晚上7點(diǎn)開泵循環(huán)泥漿，起初仍是先采用單缸工作，泵壓達(dá)到15MPa壓力釋放，提拉鉆具很輕松就將鉆具拉起來了。循環(huán)10分鐘后停泵，加上另兩個高壓閥，開泵正常循環(huán)，然后起出立軸后停泵，孔內(nèi)仍有5m的沉淀物。想辦法卸開立軸后起鉆，此次埋鉆事故處理結(jié)束。

5 事故總結(jié)

該項(xiàng)目比較獨(dú)特，它是兩臺鉆機(jī)前后進(jìn)入施工場地，上一臺撤出、第二臺再進(jìn)入現(xiàn)場的，兩臺鉆機(jī)操作人員沒有進(jìn)行交流，第一臺鉆機(jī)施工期間出現(xiàn)的問題第二臺鉆機(jī)操作人員很少知道，存在著交接脫節(jié)的問題。另外，因?yàn)槭翘讲山Y(jié)合井，業(yè)主一度要求采用清水鉆進(jìn)，這種想法不合實(shí)際，用清水鉆進(jìn)如此深的地?zé)峥辈榫畬?shí)在是太難。本事故總結(jié)如下：

（1）從兩次埋鉆事故可以看出，項(xiàng)目在泥漿方面重視不夠，沒有達(dá)到清除孔底沉淀物要求的性能就倉促進(jìn)行清孔底工作，考慮不周。

（2）事故處理要考慮后路，遵循由易到難的原則。先采用簡單的方法再采用復(fù)雜的方法，這樣可以最大程度的降低處理事故的風(fēng)險。

（3）事故處理每進(jìn)行一步都要確保不給后面處理留下隱患，留有余地。

（4）施工作業(yè)人員一定要聽從項(xiàng)目組的指揮，按照既定方案一步一步實(shí)施，不能憑個人經(jīng)驗(yàn)隨意而作。

（5）遇到事故不要驚慌，大家要齊心協(xié)力共同想辦法，凡事都會有一個比較好的處理辦法。