套銑管技術(shù)在水文鉆具事故處理中的應(yīng)用

張純峰

(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)，河北邯鄲 056201)

套銑管技術(shù)在水文鉆具事故處理中的應(yīng)用

張純峰

(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)，河北邯鄲 056201)

在峰峰集團(tuán)梧桐莊煤礦地面注漿孔施工時(shí)，因在掃孔過(guò)程中操作不當(dāng)，使粗徑鉆鋌脫扣跑鉆，造成脫扣鉆鋌被卡事故。事故發(fā)生后，雖然對(duì)鉆鋌脫扣事故鉆具采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，但均未成功。后引用了石油專用套銑管技術(shù)進(jìn)行事故的處理，取得了非常理想的效果。介紹了事故處理難點(diǎn)及套銑管處理技術(shù)措施。

套銑技術(shù);處理事故;水文鉆具;加重鉆鋌

1 概述

2011年6月，我隊(duì)承攬的峰峰集團(tuán)梧桐莊煤礦地面注漿補(bǔ)13孔(設(shè)計(jì)深度1450 m)施工，當(dāng)鉆進(jìn)到860 m時(shí)，為確保鉆孔順直，采取正常施工過(guò)程中圓孔的方法進(jìn)行劃眼，當(dāng)圓孔至842 m時(shí)，拉力表表針突然上跳，總重力減輕，當(dāng)班操作人員將鉆具慢慢下放回探，鉆具回探2.4 m時(shí)，鉆具被托住，隨即上鉆后發(fā)現(xiàn)178 mm加重鉆鋌5小根(長(zhǎng)度為43.1 m)丟入孔內(nèi)，事故頭深度799.1 m。雖然對(duì)鉆鋌脫扣鉆鋌事故采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，如:采取上下提拉活動(dòng)鉆具、用油浸泡等手段，但均無(wú)效果。針對(duì)孔內(nèi)事故鉆鋌超長(zhǎng)、粗徑的情況，為防止事故復(fù)雜化，通過(guò)相關(guān)人員對(duì)鉆孔地質(zhì)條件和事故原因進(jìn)行認(rèn)真分析與研究，認(rèn)定為鉆鋌被卡事故。決定采用石油專用套銑管技術(shù)進(jìn)行事故的處理，通過(guò)鉆機(jī)和技術(shù)人員的努力，將事故鉆具全部打撈上來(lái)，最終取得了非常理想的處理效果。

2 事故處理的難點(diǎn)

(1)事故鉆具較長(zhǎng)?？變?nèi)粗徑鉆具長(zhǎng)度為43.1 m，在套銑事故鉆具時(shí)，套銑管的長(zhǎng)度要滿足處理事故的要求，需要多根連接，連接后長(zhǎng)度約49.6 m。

(2)套銑筒與井壁和事故鉆具的環(huán)狀間隙小。由于套銑管套銑事故鉆具時(shí)，內(nèi)外環(huán)狀間隙小，因此必須要有針對(duì)性地調(diào)整鉆井液性能，以滿足套銑工作的需要，確保能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)套銑及避免套銑筒被卡事故的發(fā)生。否則，極有可能導(dǎo)致事故無(wú)法處理，最后造成鉆孔報(bào)廢。

3 套銑處理技術(shù)措施

3.1 套銑鉆鋌對(duì)鉆井液的要求

3.1.1 增強(qiáng)鉆井液的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以利于排除鉆屑

鉆井液要具有一定的粘度和很大的觸變性，在套銑時(shí)能有效懸排鉆屑，流動(dòng)時(shí)在地面循環(huán)能很好地沉淀，而一旦停泵，依靠鉆井液的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所形成的具有很大的懸浮力，降低巖屑的下降速度，減少或杜絕巖屑埋卡套銑管的風(fēng)險(xiǎn)。

鉆井液還必須對(duì)巖屑有良好抑制和絮凝性，使巖屑不水化、膨脹分散且能相互橋聯(lián)在一起沉淀。3.1.2 良好的冷卻鉆頭和潤(rùn)滑鉆具性能

因套銑管與孔壁和事故鉆具的環(huán)狀間隙小，鉆井液除冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、減輕減少套銑筒的磨損外，降低回轉(zhuǎn)阻力顯得尤為重要。因此，使鉆井液具有良好的潤(rùn)滑性，確保在套銑管套掃時(shí)，減輕和減少套銑管內(nèi)外回轉(zhuǎn)阻力，從而降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.3 穩(wěn)定孔眼的能力

井壁穩(wěn)定是安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆進(jìn)的基本條件，在處理孔內(nèi)事故中，它是保證達(dá)到處理目的和順利進(jìn)行的基本保障，依靠性能良好的鉆井液粘性粘結(jié)在井壁上，不僅形成既光滑、又薄而韌的泥餅，而且又能抑制孔壁分散，增加潤(rùn)滑性。在套銑時(shí)，有效地利用其液相、液柱來(lái)穩(wěn)定地層和潤(rùn)滑鉆具，以達(dá)到減輕鉆具的摩擦阻力的目的。

3.2 滿足套銑作業(yè)的鉆井液性能

良好的鉆井液性能是保證安全生產(chǎn)最基本的條件。在孔內(nèi)出現(xiàn)事故的特殊情況下，采取的處理方法不同，對(duì)鉆井液性能指標(biāo)的要求也不同，因此必須提出相應(yīng)的措施，以滿足特殊的要求。根據(jù)套銑前孔內(nèi)情況和對(duì)鉆井液性能測(cè)試結(jié)果，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到套銑作業(yè)時(shí)的要求。針對(duì)事故情況的分析，制定出具體的技術(shù)措施要求，利用處理劑對(duì)鉆孔內(nèi)的沖洗液進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，最終，不僅增加了鉆井液的粘度，使其懸浮攜帶性能增強(qiáng)，而且使沖洗液具有良好的潤(rùn)滑性，以求達(dá)到降低回轉(zhuǎn)阻力，為確保套銑鉆進(jìn)的順利進(jìn)行打下了良好的基礎(chǔ)。

具體方法:配制粘土粉為1%的原漿，在原漿的基礎(chǔ)上加入高效潤(rùn)滑劑1%～3%、濃度為0.5%～1%的CMC纖維素、降失水劑等，與孔內(nèi)泥漿進(jìn)行混合調(diào)整，增加沖洗液粘度和潤(rùn)滑性，降低失水量，減小泥皮厚度。以達(dá)到將正常使用的鉆井液粘度從原來(lái)的21～23 s調(diào)整到30 s左右，泥皮厚度由1 mm降至0.7 mm。調(diào)整后鉆井液的其他性能參數(shù)為:失水量＜12 mL/30 min，密度1.10～1.15 g/cm3，含砂量＜3%，pH值8～8.5。

4 套銑工藝

4.1 施工主要設(shè)備

GZ－2000型水井鉆機(jī);TBW－1200/7B型沖洗液泵;FX250－GJ型沖洗液凈化機(jī);JSN－2型旋流除砂器;高度為27 m、承載負(fù)荷為90 t的A型鉆塔等輔助工具。

4.2 套銑管的選擇

事故發(fā)生后，針對(duì)丟在孔內(nèi)的粗徑鉆具較長(zhǎng)，套銑時(shí)環(huán)狀間隙較小的特點(diǎn)，特別是在處理粗徑鉆具時(shí)，套銑管需要多根連接，而連接方式只能是靠絲扣來(lái)完成，連接后，常用的地質(zhì)套管和絲扣，不管是套管的強(qiáng)度，還是絲扣部分等綜合受力狀況，在孔內(nèi)的工作狀態(tài)都發(fā)生了很大變化，尤其是套管絲扣根部的抗彎、抗沖擊、抗扭強(qiáng)度等已遠(yuǎn)不能滿足套銑工作的要求。

依據(jù)實(shí)際情況，為降低處理風(fēng)險(xiǎn)，避免出現(xiàn)更復(fù)雜的孔內(nèi)情況，我們選用了型號(hào)為N80的API標(biāo)準(zhǔn)套銑管，厚度10 mm的石油專用管材，其絲扣采用雙級(jí)短梯形螺紋聯(lián)接，這種雙級(jí)螺紋聯(lián)接方式具有強(qiáng)度大、密封可靠、容易對(duì)扣、上扣方便、可以多次使用等特點(diǎn)。

4.3 套銑鉆具組合及套銑參數(shù)

4.3.1 套銑鉆具組合

根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)與被卡鉆具的尺寸和孔內(nèi)情況，正確選擇尺寸適合的套銑管套銑事故鉆具，其鉆具組合為:套銑鉆頭+套銑管+異徑接頭+套銑安全接頭+加重鉆桿+鉆桿。

4.3.2 套銑參數(shù)

套銑參數(shù)的選擇，應(yīng)以較小的憋跳、較快的進(jìn)尺、孔內(nèi)安全作為選擇的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于215.9 mm的鉆孔，套銑時(shí)的鉆進(jìn)參數(shù)為:套銑鉆頭214 mm，鉆壓20～45 kN，轉(zhuǎn)速40～60 r/min，排量10～20 L/s。

(1)套銑前，必須對(duì)鉆塔、鉆機(jī)離合器、升降機(jī)、滑車、鋼絲繩等部位進(jìn)行認(rèn)真檢查，確保套銑作業(yè)時(shí)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，保證鉆井液性能穩(wěn)定，提高鉆井液的潤(rùn)滑性能、事故頭以上鉆孔暢通、孔內(nèi)情況正常(無(wú)嚴(yán)重漏失、涌水等)。

(2)注意保護(hù)套銑管，套銑管在提起和下放時(shí)，必須是在戴好絲扣保護(hù)箍的情況下平穩(wěn)進(jìn)行，下入孔內(nèi)的套銑管連接時(shí)，絲扣一定要清潔，并涂上絲扣密封膠，緊扣至規(guī)定扭矩。

(3)下套銑管時(shí)，操作要平穩(wěn)，遇阻時(shí)，嚴(yán)禁強(qiáng)蹾硬拉。

(4)套銑管連接時(shí)，安全卡瓦要打牢，卡瓦堅(jiān)固螺絲要擰緊擰牢，嚴(yán)禁跑管。

(5)用吊鉗上卸套銑管時(shí)，安全卡瓦不能咬在絲扣部位，避免套銑管母扣受到損壞。

(6)當(dāng)由于設(shè)備故障等因素不能進(jìn)行套銑作業(yè)時(shí)，要將套銑管提出或起至上部套管內(nèi)。

(7)當(dāng)多根連續(xù)進(jìn)行套銑作業(yè)時(shí)，每次上鉆后，要對(duì)套銑管詳細(xì)檢查，并上下倒換，以免下部套銑管疲勞損傷。

(8)如果丟入孔內(nèi)鉆鋌過(guò)長(zhǎng)，多根管套銑不能一次性處理完，需松扣后，再進(jìn)行套銑作業(yè)，則每次套銑深度須超過(guò)預(yù)松扣位置1～2 m，便于松扣后下次套銑時(shí)容易進(jìn)入。

(9)套銑作業(yè)時(shí)，為確保套銑安全，必須由班長(zhǎng)操作手把，各崗位要密切配合，加快套銑接單根速度等。

5 事故處理方法及過(guò)程

5.1 處理方法及步驟

卡鉆事故發(fā)生后，綜合分析孔內(nèi)情況及造成卡鉆的原因，結(jié)合事故鉆具結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)帶有扶正器事故鉆具的鉆孔，經(jīng)有關(guān)人員研究，確定選用長(zhǎng)筒正扣套銑工藝。長(zhǎng)筒正扣套銑工藝是石油鉆井施工中孔內(nèi)事故處理的有效方法之一，它可以大幅度提高事故處理速度、降低事故處理時(shí)間、減少起下鉆次數(shù)、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)使事故處理簡(jiǎn)單化，避免事故處理過(guò)程中出現(xiàn)其它不可預(yù)見(jiàn)的復(fù)雜情況的發(fā)生。

根據(jù)孔內(nèi)事故鉆具長(zhǎng)度，開(kāi)始套銑不宜過(guò)多，首先單根套銑，主要套正事故鉆具，其次套銑管的長(zhǎng)度要保證套銑深度要超過(guò)扶正器位置，一般套銑長(zhǎng)度最長(zhǎng)不超地3～6根。

5.2 處理過(guò)程

(1)首先對(duì)鉆井液進(jìn)行調(diào)整。為使鉆井液性能適應(yīng)和滿足事故處理要求，將所需各種處理劑按一定的比例分別進(jìn)行水溶解。然后把鉆具下入孔內(nèi)預(yù)定深度，開(kāi)泵循環(huán)，通過(guò)鉆井液的正常循環(huán)，使其性能達(dá)到處理事故設(shè)計(jì)要求。在加入水溶液處理劑時(shí)，要分?jǐn)?shù)次逐步循環(huán)，并在每次加入處理劑之前對(duì)鉆井液性能進(jìn)行一次測(cè)試，以確定每次加入處理劑的數(shù)量。

(3)雙公接頭連接方法(事故頭為母扣)。在套銑管下入孔內(nèi)之前，首先把套銑鉆頭與套銑管連接上扣擰緊，然后，再將雙公接手推入套銑鉆頭內(nèi)，將雙公接頭體上的3個(gè)銷孔與套銑鉆頭體上的3個(gè)螺絲孔對(duì)正，將帶有絲扣的螺栓銷釘擰到位，緊固好(見(jiàn)圖1)，鉆頭外徑表面不得有螺栓露出，以防出現(xiàn)其它情況。

圖1 套銑鉆頭與雙公接頭連接示意

(4)將帶有雙公接頭的單根套銑管與鉆具連接送入孔內(nèi)，當(dāng)套銑管下到接近事故鉆具深度時(shí)，為防止雙公接頭內(nèi)孔被套銑管刮掉下的泥皮和沉淀巖粉堵塞，必須先開(kāi)泵將事故頭絲扣處沉淀的巖屑顆粒等沖起循環(huán)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，擾動(dòng)沉淀物進(jìn)行循環(huán)，如遇經(jīng)過(guò)鉆井液循環(huán)后公接頭與母扣不能正常連接情況時(shí)，則可制做小于鉆鋌內(nèi)徑的鉆具，帶有鋼絲的特制鉆頭，進(jìn)行沖掃循環(huán)鉆井液，把掃孔和井壁上掉入并充填在母扣內(nèi)的巖屑顆粒鉆掃，最終將其沖出，為下一步工序打下基礎(chǔ)。

(5)準(zhǔn)備工作完成后，將鉆具緩慢下放，當(dāng)雙公接頭與母扣接觸時(shí)，泵壓明顯升高，這時(shí)人工轉(zhuǎn)動(dòng)立軸擰緊絲扣，再加壓剪斷銷釘，因雙公接頭已用螺絲銷釘固定在套銑鉆頭內(nèi)，套銑管在套銑事故鉆具時(shí)，有雙公接頭的引導(dǎo)，能夠很順利地進(jìn)入套銑管內(nèi)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，開(kāi)始單根套銑。

(6)單根套銑完成后，提起立軸，上、下提拉，回探順利后上鉆，上鉆后，在加長(zhǎng)套銑管時(shí)，其長(zhǎng)度必須保證套銑深度要超過(guò)扶正器的位置，或根據(jù)孔內(nèi)鉆具的多少，也可一次性將套銑管的長(zhǎng)度加長(zhǎng)到足以套銑事故鉆具的長(zhǎng)度。

(7)套銑事故鉆具時(shí)，壓力要隨著套銑的進(jìn)度來(lái)掌握，進(jìn)度快時(shí)，壓力要輕，進(jìn)度慢時(shí)，壓力可適當(dāng)增加。特別是在套銑扶正器時(shí)，鉆具跳動(dòng)較大時(shí)，壓力和轉(zhuǎn)速都要相應(yīng)減少。

(8)當(dāng)套銑事故鉆具掃過(guò)扶正器6 m時(shí)，機(jī)器回轉(zhuǎn)阻力減小，泵壓降低，表針壓力上升至懸重重力，關(guān)車回探鉆具6 m，套銑管托住，經(jīng)分析孔內(nèi)鉆鋌卡點(diǎn)掃開(kāi)，鉆鋌無(wú)卡點(diǎn)后往下跑了，隨后繼續(xù)套銑至鉆頭部位后上鉆。

(9)上鉆后，將事先準(zhǔn)備好的打撈公錐(一般應(yīng)帶安全接頭)下入孔內(nèi)，打撈時(shí)，打撈公錐下入距事故頭深度0.5 m左右，開(kāi)泵沖洗，然后緩慢下放鉆具到事故深度。若公錐進(jìn)入到事先擰在事故頭上雙公接頭水眼內(nèi)一定尺度，懸重下降，泵壓增高，這時(shí)停泵輕壓上扣，進(jìn)行撈取試提。如鉆具未卡鉆，則重新放下鉆具，再次將打撈公錐上緊扣，確定造扣牢靠后方可上鉆。經(jīng)用打撈絲錐撈取事故鉆具，最后將長(zhǎng)度為43.1 m的178 mm鉆鋌順利打撈出孔口，打撈獲得成功。

6 結(jié)語(yǔ)

在鉆探施工過(guò)程中，不管孔內(nèi)發(fā)生何種事故，都要對(duì)事故狀況和原因進(jìn)行認(rèn)真分析，要根據(jù)孔內(nèi)事故鉆具狀況、地層、鉆井液的使用等多方面因素，慎重選擇處理事故的方法，這是防止惡性的事故落事故、越處理越復(fù)雜現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)健。通過(guò)選用長(zhǎng)筒正扣套銑工藝在處理孔內(nèi)超長(zhǎng)粗徑鉆具事故中的應(yīng)用，不僅取得了比較理想的效果，而且使筆者和參與者獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，為今后發(fā)生類似孔內(nèi)事故的處理，提供了有效的借鑒辦法。

［1］韓廣德.中國(guó)煤炭工業(yè)鉆探工程學(xué)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2000.

［2］杜曉瑞，等.鉆井技術(shù)規(guī)程匯編［Z］.河南濮陽(yáng):中原石油勘探局鉆井集團(tuán)，1996.

［3］烏效鳴，胡郁樂(lè)，賀冰新，等.鉆井液與巖土工程漿液［M］.湖北武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2002.

［4］劉廣志.巖心鉆探事故預(yù)防與處理［M］.北京:地質(zhì)出版社，1982.

［5］李粵南.深部孔段卡、埋鉆事故防治對(duì)策的探討［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(9).

［6］張純峰.鑲嵌式焊管在處理事故中的作用［J］.中國(guó)煤田地質(zhì)，2006，(6).

Application of Fishing Bowl Pipe Technique in Hydrological Drilling Tool Accident Settlement

ZHANG Chun-feng (Hydrogeology Team，Coal Geology Bureau of Hebei Province，Handan Hebei 056201，China)

Because of the improper operation of drilling off in a surface grouting hole construction in Wutongzhuang coalmine，the large diameter drill collar tripping and rundown of drill string occurred，the tripped collar was stuck.Special oil fishing bowl pipe was used to deal with the accident，the result was very satisfied.The paper introduced the accident settlement and the fishing bowl pipe technique.

fishing bowl pipe technique;accident settlement;hydrological drilling tool;weight drill collar

P634.4+9

B

1672－7428(2012)06－0039－03

2011－09－10;

2011－10－29

張純峰(1958－)，男(漢族)，北京密云人，河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)副總工程師、高級(jí)工程師，鉆探專業(yè)，從事鉆探施工技術(shù)及管理工作，河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)峰鋼街20號(hào)，zhangchunf8@126.com。