燒鉆事故的預(yù)防與處理措施

時(shí)志興，賈有金

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)，河南安陽(yáng) 455004)

燒鉆事故的預(yù)防與處理措施

時(shí)志興，賈有金

(河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)，河南安陽(yáng) 455004)

分析了燒鉆事故的原因;結(jié)合工程實(shí)例，總結(jié)了幾類(lèi)燒鉆事故的處理技術(shù)措施;最后得出了預(yù)防燒鉆事故的注意事項(xiàng)和措施。

燒鉆事故;沖洗液;處理措施

在鉆進(jìn)過(guò)程中，特別是金剛石鉆進(jìn)過(guò)程中，如果孔底沖洗液不足，使鉆頭冷卻不良，巖粉排除不暢，高速回轉(zhuǎn)過(guò)程中鉆頭與孔壁、巖心和巖粉摩擦產(chǎn)生高溫，巖粉泥漿或沖洗液中的粘土就起膠結(jié)物的作用，把鉆具下端與孔壁巖層、巖心燒結(jié)在一起。此時(shí)沖洗液循環(huán)中止，鉆具不能回轉(zhuǎn)，也不能提動(dòng)，形成燒鉆事故。

燒鉆事故膠結(jié)最強(qiáng)的是鉆頭部位。發(fā)生燒鉆后，首先應(yīng)根據(jù)施工情況，判斷燒鉆程度、地層情況、孔內(nèi)情況及現(xiàn)場(chǎng)情況，迅速采取有利措施，及時(shí)有效處理。筆者結(jié)合多年從事野外鉆探施工經(jīng)驗(yàn)，分析燒鉆事故的原因，總結(jié)處理經(jīng)驗(yàn)，提出預(yù)防和杜絕燒鉆事故的注意事項(xiàng)和技術(shù)措施。

1 燒鉆事故的原因

燒鉆事故的關(guān)鍵原因是由于在鉆進(jìn)過(guò)程中孔底部位失水或斷水而導(dǎo)致沖洗液量不足，從而不能冷卻鉆頭產(chǎn)生高溫而造成。一般多是由于鉆機(jī)操作人員思想大意，精力不集中，不能?chē)?yán)格按操作規(guī)程作業(yè);沒(méi)有根據(jù)施工過(guò)程中的具體情況，作出正確判斷而及時(shí)應(yīng)對(duì)孔內(nèi)變化，或是技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足而造成。具體主要有以下幾種情況沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn):

(1)水泵工作不正常，送水量小或不送水;

(2)吸水籠頭被雜物堵塞或吸水高度太大，吸不進(jìn)水;

(3)閥門(mén)出現(xiàn)故障，沒(méi)有排除;

(4)鉆進(jìn)軟塑地層，鉆壓高壓入過(guò)深，導(dǎo)致水路堵塞;

(5)巖層有硬變軟時(shí)，沒(méi)有及時(shí)減壓和降低鉆速，進(jìn)尺過(guò)快，巖粉多而造成糊燒鉆;

(6)鉆桿破裂或接手漏水，使沖洗液供量不足;

(7)鉆頭磨損過(guò)度，水口變小，水槽變淺;

(8)巖心堵塞鉆頭，未及時(shí)處理;

(9)掃孔速度太快，沖洗液量不足。

2 燒鉆事故的征兆

(1)進(jìn)尺很慢或不進(jìn)尺;

(2)燒鉆事故發(fā)生時(shí)，首先感到轉(zhuǎn)動(dòng)吃力，鉆具回轉(zhuǎn)阻力增大;

(3)燒鉆事故發(fā)生時(shí)，會(huì)有憋泵，泵壓增高，高壓管跳動(dòng)，返水量變少等癥狀;

(4)鉆進(jìn)過(guò)程中，泵壓突然下降而孔內(nèi)返水正常，沖洗液已不是從孔底返出，如繼續(xù)鉆進(jìn)，就有發(fā)生燒鉆事故的可能;

(5)動(dòng)力機(jī)負(fù)荷增大，發(fā)出與正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不同的聲音;傳動(dòng)皮帶跳動(dòng)厲害，夜間照明燈忽明忽暗;

(6)鉆具提動(dòng)困難或根本提不動(dòng)。

3 燒鉆事故的處理

燒鉆事故發(fā)生后，要根據(jù)事故的性質(zhì)以及孔內(nèi)具體情況、燒鉆程度、地層情況等確定處理措施。

3.1 輕微燒鉆事故

當(dāng)有燒鉆征兆，孔內(nèi)干凈時(shí)，要立即用升降機(jī)強(qiáng)力起拔，不要死拉，邊開(kāi)車(chē)邊拉。如提拉不動(dòng)，再用千斤頂起拔。

3.2 完整地層燒鉆事故

地層較穩(wěn)定，沖洗液為清水，孔內(nèi)干凈，巖粉厚度＜0.3 m。處理此類(lèi)事故，要先泡，泡就是讓燒結(jié)鉆具在孔內(nèi)停留一段時(shí)間，使燒結(jié)部位變軟。因?yàn)闊@后鉆頭與巖石燒結(jié)成一體，強(qiáng)行處理會(huì)造成鉆機(jī)、鉆塔或其它附件損傷。既存在一定的安全隱患，又浪費(fèi)人力、物力，造成不應(yīng)有的損失。相反，根據(jù)熱脹冷縮的原理，待其冷卻后，鉆頭與巖石之間產(chǎn)生縫隙，粘結(jié)力減小，則鉆具便可容易提出。

3.2.1 實(shí)例一

2009年，103號(hào)機(jī)在河南省安陽(yáng)市都里鐵礦區(qū)施工ZK3004孔，該礦區(qū)為灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖地層，完整穩(wěn)定。該孔設(shè)計(jì)孔深300 m，用XB1000A型鉆機(jī)，PHP、CMC無(wú)固相沖洗液，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。在280 m時(shí)，此時(shí)孔內(nèi)巖粉厚度0.2 m，為搶進(jìn)尺操作人員打開(kāi)回水鉆進(jìn)，使送水量減少，不能有效冷卻鉆頭，在交接班之前15 min發(fā)生燒鉆事故(鉆具未提離孔底)。

燒鉆事故發(fā)生后，對(duì)事故鉆具強(qiáng)拉硬頂處理。約30 min，升降機(jī)的內(nèi)齒圈被拉崩。后因購(gòu)買(mǎi)配件，拆卸安裝鉆機(jī)而中間停待17 h，在試車(chē)時(shí)鉆具被完整提出。觀察提出的鉆具，鉆頭未發(fā)現(xiàn)明顯變形，顏色為黑藍(lán)色，巖心為灰白色，呈粉狀和碎粒狀，用錘敲擊才能從鉆頭內(nèi)倒出。

3.2.2 實(shí)例二

2010年，河南省洛陽(yáng)市洛寧下峪東草溝鉛鋅礦區(qū)，該礦區(qū)地層主要為片麻巖，局部有輝綠巖和安山巖，地層完整。施工ZK4002號(hào)，用HY－44型鉆機(jī)，設(shè)計(jì)孔深240 m，沖洗液為清水，加入聚丙烯酰胺和植物膠護(hù)壁劑，金剛石繩索取心鉆進(jìn)。由于責(zé)任不到位，水泵吸水管露出水面，鉆具未頂離孔底，孔深210 m時(shí)發(fā)生燒鉆事故。強(qiáng)行處理，鋼絲繩被拉斷，鉆具未拉動(dòng)。等水和安裝鋼絲繩2 h后，經(jīng)過(guò)重復(fù)頂、拉、扭強(qiáng)行處理約20 min，鉆具慢慢的提離了孔底。鉆具提離孔底1.0 m后，已可自由活動(dòng)。鉆具提出鉆孔后，鉆頭體未發(fā)現(xiàn)明顯變形，金剛石胎體底唇面已露出鉆頭體，胎體內(nèi)周呈不規(guī)則形狀，已壓平壓寬，厚度約12 mm，與巖心燒成一體，外徑也不規(guī)則(75 mm鉆頭)，直徑約75.6 mm，鉆頭體顏色為黑色，巖心為灰白色，呈粉狀和碎粒狀，經(jīng)錘敲擊巖心才能倒出。

3.3 復(fù)雜地層燒鉆事故

沖洗液為泥漿，孔內(nèi)地層復(fù)雜，燒鉆后鉆頭和巖石燒結(jié)成一體，巖粉沉淀在鉆桿與孔壁較小環(huán)狀間隙內(nèi)，泥漿在孔壁上形成泥皮對(duì)鉆具有一定的吸附作用，此類(lèi)燒鉆事故為復(fù)雜性質(zhì)的燒鉆事故，由于孔內(nèi)復(fù)雜，具不可預(yù)測(cè)性，停待會(huì)造成更復(fù)雜孔內(nèi)事故，因而處理此類(lèi)燒鉆事故要及時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)妥。

2009年，河南省嵩縣金礦區(qū)，該礦區(qū)為中元古界熊耳群雞蛋坪組，斷裂構(gòu)造為平行于潭頭－大章斷陷盆地兩側(cè)斷裂的北東向斷裂，巖石硬、脆、碎，在河南省為最難鉆進(jìn)地層。上部為黃土夾硬碎石塊，地層主要為英安巖、石英角閃巖、花崗巖。巖石破碎，易掉塊，且構(gòu)造巖層內(nèi)有充填物，遇水膨脹，局部漏水，易坍塌。施工ZK2004號(hào)鉆孔，設(shè)計(jì)孔深500 m。用XY－4型鉆機(jī)，繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝。用CL植物膠無(wú)固相沖洗液，以達(dá)到防塌維護(hù)孔壁穩(wěn)定。在孔深423 m時(shí)，由于水泵工作不正常，水量減小，不能起到冷卻鉆頭作用，沒(méi)有停鉆修理，強(qiáng)行鉆進(jìn)發(fā)生燒鉆事故。

處理此類(lèi)事故用升降機(jī)提拉和千斤頂起拔往往無(wú)效，因此不能停待，不能硬頂拉。一般應(yīng)先反回鉆桿和異徑接頭，然后再用套取、劈、透、磨等辦法進(jìn)行處理。本事故的步驟如下:

(1)反:用反絲公錐反出全部鉆桿至內(nèi)管總成露出;

(2)撈:用打撈器的打撈頭與鉆桿接手焊接，連接鉆桿打撈，撈出內(nèi)管總成，避免用打撈器直接打撈，因負(fù)荷較大，鋼絲繩易斷開(kāi)導(dǎo)致打撈器總成掉入孔內(nèi)，造成二次事故，使事故復(fù)雜化;

(3)反:用反絲公錐反出鉆具的上擴(kuò)孔器;

圖1 導(dǎo)正切鐵鉆頭

圖2 掏心打眼鉆頭

(6)撈:用公絲錐打撈，擰絲錐時(shí)要反復(fù)輕轉(zhuǎn)，不要擰死，上頂時(shí)液壓表顯示7 MPa，與卷?yè)P(yáng)機(jī)配合并用，擴(kuò)孔器與鉆頭被整體撈出，鉆頭已嚴(yán)重變形，燒成黑色，胎體完全脫落，成平底鉆頭;

(7)吸:加工磁鐵打撈鉆頭，把磁鐵放入舊鉆頭內(nèi)，用3 mm厚鋼板距鉆頭底部15 mm處封堵，鉆頭體上留出對(duì)應(yīng)的2個(gè)小孔以便沖洗液流入和流出(如圖3所示)，取出孔內(nèi)鐵屑、金剛石等。

圖3 磁鐵打撈鉆頭

經(jīng)過(guò)多天努力，處理好了此次燒鉆事故，順利完成施工任務(wù)。

4 燒鉆事故的預(yù)防

(1)操作時(shí)要集中精力，隨時(shí)觀察孔底壓力、水泵壓力、孔口返水及進(jìn)尺和動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)異常立即提升鉆具離開(kāi)孔底并及時(shí)排除;

(2)保持水泵良好運(yùn)轉(zhuǎn)，保證水流正常;

(3)保持泥漿池清潔，及時(shí)清除泥漿池和沉淀池里的巖粉和雜物;

(4)下鉆時(shí)嚴(yán)禁一下到底，鉆具距孔底1 m以上時(shí)，開(kāi)泵，待沖洗液循環(huán)正常后再緩慢將鉆具慢轉(zhuǎn)放到孔底;

(5)下鉆前檢查鉆具，損壞鉆具禁止下入孔內(nèi)，發(fā)現(xiàn)返水不正常立即停鉆，查明原因;

(6)泵壓突然增加或下降立即停鉆，查明原因;

(7)在軟塑地層或軟硬互層時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)尺過(guò)快，控制鉆壓、鉆速;

(8)禁止使用外徑和水口嚴(yán)重磨損及底面不平的鉆頭;

(9)孔內(nèi)保持清潔，不許有碎硬質(zhì)合金片和鐵片，巖粉厚度不得超過(guò)0.3 m。

5 總結(jié)

根據(jù)燒鉆事故的原因、孔內(nèi)情況、地層情況等采取有效的措施，只要操作人員嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，盡心盡責(zé)，此外，使用合格鉆具、保持泥漿清潔、使用好的泥漿、不要任意加減鉆壓、不要隨意調(diào)整水量等，燒鉆事故是可以杜絕的。發(fā)現(xiàn)燒鉆征兆，要立即果斷處理。在處理孔內(nèi)燒鉆事故時(shí)要根據(jù)孔內(nèi)實(shí)際情況、地層情況，分清事故的性質(zhì)和類(lèi)型，認(rèn)真做出準(zhǔn)確判斷“對(duì)癥下藥”。

［1］胡郁樂(lè)，張紹和.鉆探事故預(yù)防與處理知識(shí)問(wèn)答［M］.湖南長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2010.

［2］王扶志，張志強(qiáng)，宋小軍.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)［M］.湖南長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2008.

［3］唐進(jìn)軍，黃貢生.CL植物膠復(fù)合無(wú)固相沖洗液在復(fù)雜地層繩索取心鉆進(jìn)中的應(yīng)用與研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(11):25－29.

［4］劉克林.淺析燒鉆事故的發(fā)生及處理［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(5):32－33，36.

［5］李振學(xué)，鄧敏.欒川縣多金屬礦復(fù)雜地層巖心鉆探技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(9):56－59，95.

Prevention of Bit Burnt Accident and the Treatment Measures

SHI Zhi-xing，JIA You-jin(Henan Provincial Non-ferrous Metals Geological and Mineral Resources Bureau No.1 Geological Team，Anyang Henan 455004，China)

Analysis was made on the causes of bit burnt accident.The technical treatment measures for bit burnt accidents were summed up according to the field situations，and the precautions were made clear.

bit burnt accident;washing fluid;treatment measure

P634.8

B

1672－7428(2012)03－0040－03

2011－08－23;

2011－12－11

時(shí)志興(1973－)，男(漢族)，河南太康人，河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)鉆探分隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)、工程師，探礦工程專(zhuān)業(yè)，從事巖心鉆探工作，河南省安陽(yáng)市梅東路76號(hào)，shizhixing999@sina.com;賈有金(1957－)，男(漢族)，河南安陽(yáng)人，河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)技師，從事巖心鉆探工作。