桑樹坪煤礦北一瓦斯抽放孔套管事故原因剖析

蔣新青

(陜西韓城天久注漿勘探有限責任公司,陜西韓城 715400)

桑樹坪煤礦北一瓦斯抽放孔套管事故原因剖析

蔣新青

(陜西韓城天久注漿勘探有限責任公司,陜西韓城 715400)

桑樹坪煤礦北一瓦斯抽放鉆孔在鉆孔擴孔到位,圓孔、調(diào)漿完成后開始下管,下管至孔深入458.64m時發(fā)生粘管事故,事故發(fā)生后采取多種方法處理未能奏效,導(dǎo)致井孔報廢,直接經(jīng)濟損失287.4萬元。后就事故發(fā)生原因進行了剖析,為后續(xù)移位重新施工提供了經(jīng)驗教訓(xùn),確保了二次施工順利成井。

瓦斯抽放鉆孔 下管 粘管事故 剖析

瓦斯抽放孔、電纜孔、排水孔、送料孔等大口徑工程鉆孔在礦井生產(chǎn)中越來越廣泛的被應(yīng)用，這些鉆孔的孔徑大，鉆孔垂直度要求高，深度不等，套管口徑大、總質(zhì)量大，所以施工難度大、風險高，施工和管材的成本費用昂貴，一旦發(fā)生套管事故，修復(fù)和處理事故的難度極大，而且成功率不高，極有可能導(dǎo)致整個工程的報廢，造成非常嚴重的損失。本文通過桑樹坪北一瓦斯抽放鉆孔套管事故原因剖析及二次施工順利成井的總結(jié)，為同類工程施工提供借鑒依據(jù)。

1 工程概況

桑樹坪煤礦北一瓦斯孔設(shè)計孔深567．5m，孔徑Φ720mm，下入Φ530mm×12mm無縫鋼管568．5m，采用0．5：1純水泥漿固管。

鉆孔于2011年11月2日完工，實際孔深570．79m，孔徑Φ 720mm，鉆孔偏斜1．5m。11月3日開始圓孔及泥漿性能調(diào)整，圓孔采用Φ530mm鋼管一根長9．75m，管周幫條、貼片加大至Φ690mm，11月10日完成圓孔，11月11日開始分兩次進行了溜孔，第一次在圓孔管下端續(xù)接一根鋼管總長19．68m，在停待4天后進行了第二次溜孔，并再次進行了泥漿性能調(diào)整，兩次溜孔全部順利到達孔底。

2 下管經(jīng)過

11月24日17時20分開始下管作業(yè)，至11月28日11時30分，發(fā)生粘附卡管事故，事故發(fā)生時共下入井管49根總長461．44m，孔內(nèi)下入458．64m，孔外余2．8m。

3 卡管后的處理經(jīng)過

發(fā)生卡管后，現(xiàn)場采用鉆機提升設(shè)備將井管向上緩慢拉出0．4m，因拉力超過設(shè)備設(shè)計能力(80T)，鉆塔一腳失穩(wěn)，造成左側(cè)塔地梁彎曲，塔身向左側(cè)傾斜，提管作業(yè)被迫停止。20分鐘后將右后方繃繩扯斷造成塔身發(fā)生第二次傾斜，經(jīng)現(xiàn)場工作人員檢查和緊急搶修，重新設(shè)置4根繃繩將鉆塔臨時穩(wěn)定。隨后對鉆塔進行了加固、修復(fù)，鉆塔修復(fù)好后實施了管內(nèi)情況探查：共于管內(nèi)下鉆4次，分別于317．67m(距鉆具下頭2m處有φ420扶正盤)，317．87m(鉆具下頭帶φ311扶正器)，317．97m(鉆具下部為φ203鉆鋌)，321．4m(鉆具全部為φ127鉆桿)下不去。第16根管和等17根管焊接頭在孔內(nèi)深315．38m處，從探查情況判斷315．38m處套管已經(jīng)斷開，且此段井管已拉變形縮徑或在315．38m處形成折形彎，造成下鉆具遇阻而過不去。所以無法再處理，導(dǎo)致鉆孔和套管報廢，造成直接經(jīng)濟損失287．4萬元。

4 套管事故發(fā)生原因

4.1 地層原因

卡管發(fā)生部位處于孔深458．64m處，此處地質(zhì)層位為二迭系上統(tǒng)上石盒子組底部，巖性為泥巖，層厚20m左右(455m—475m)，為韓城地區(qū)K5標志層(俗稱桃花泥巖)。此種巖性具有很強的遇水膨脹性。泥漿失水及泥巖吸水膨脹造成此段鉆孔縮徑，井管初入時憑自身重力可擠開泥皮進入，進入2—3m后，由于泥皮粘附在井管周邊，淤塞孔壁與管壁環(huán)狀間隙，阻斷孔內(nèi)泥漿通過外環(huán)返出的通道。井管下降時，下部泥漿處于封閉狀態(tài)，壓力升高，阻止井管下移。井管提升時，下部泥漿封閉狀態(tài)起到真空作用，管底逆止閥壓開，管內(nèi)水流入下部，但難將卡阻部位沖開，造成提拉不動。

4.2 泥漿質(zhì)量差

調(diào)漿前泥漿粘度53s，比重1．20左右，失水量16L/30min；調(diào)漿后泥漿粘度28s，比重比重1．15左右，失水量12L/30min；泥漿中的固相物含高，導(dǎo)致泥漿失水量增大，在孔壁形成較厚的泥皮。

4.3 套管在井內(nèi)停止時間長

該瓦斯孔套管連接采用焊接方法，由于套管直徑大，焊縫長度長，為保證焊接質(zhì)量， 對焊縫 補焊2次，同時焊接加強貼片6—8片，一個套管頭的焊接需1．5小時左右，這樣套管在孔內(nèi)靜置事件較長，這也是發(fā)生粘管事故的又一原因。

4.4 圓孔、溜孔質(zhì)量差

圓孔采用Φ530mm鋼管一根長9．75m，管周幫條、貼片加大至690mm，溜孔采用在圓孔管下端續(xù)接一根鋼管總長19．68m，未進行進一步加長溜孔管進行溜孔，應(yīng)該采用逐步加長溜孔管，當溜孔管長度達到40米以上，連接頭超過3個以上，溜孔管上下通暢，確認孔壁規(guī)則后，方可進行下管。

5 套管遇阻處斷裂原因

下管過程中為了減輕鉆塔負載，管內(nèi)注入清水克服泥漿浮力，由于套管內(nèi)外液體密度差使套管內(nèi)外存在壓力差。下管過程中套管受阻，進行強行提拉，套管在受阻處遇到鉆孔彎曲或孔壁不規(guī)則，又有新產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力施加到套管表面引起套管彈性變形，當綜合應(yīng)力大于套管的抗壓強度極限時，套管就發(fā)生塑性變形被擠毀。

6 移孔施工質(zhì)量控制

6.1 泥漿質(zhì)量控制

在移位后重新鉆井過程中嚴格控制泥漿的性能指標，避免泥皮過厚和失水量過大。在施工現(xiàn)場安裝使用了泥漿固控系統(tǒng)，利用機械、循環(huán)槽、沉淀池等多種方法來最大限度降低泥漿的固相含量。在下套管前，在泥漿中逐漸加入淀粉處理劑，使泥漿失水量控制在10mL/30min以內(nèi)，粘度23～25s，密度1．05～1．12kg/L，pH值9～11，確保了孔壁形成的泥皮薄而致密。

6.2 鉆孔井身質(zhì)量控制

鉆孔過程中嚴格控制孔斜，在鉆頭與鉆鋌之間加防斜保直器，上部鉆鋌之間加兩個扶正器防斜，同時從鉆頭→鉆鋌→鉆桿，鉆具口徑逐級減小，形成塔式組合鉆具防斜。每鉆進50m進行鉆孔測斜并用鉛垂校正鉆塔垂直度和鉆機的水平度，確保三點一線。一旦發(fā)現(xiàn)鉆孔斜度超限后，逐步糾斜，使鉆孔軌跡平滑過渡，保證孔壁規(guī)則。下管前采用同徑套管進行圓孔，溜孔時首先使用單根套管進行溜孔，然后逐步增加長度，當溜孔管加長到4根48m時，溜孔管上下通暢后，停止溜孔進行下管。

7 結(jié)語

從上述事故成因可以看出，除了客觀存在的因素外，其他因素基本上與泥漿質(zhì)量、下管方法、井孔質(zhì)量有關(guān)。因此，在移位重新施工中我們采取相應(yīng)的技術(shù)措施，嚴把施工中的每一道工序，確保了二次施工順利成井。

[1]鉆井工程技術(shù)手冊[M].北京:中國石化出版社,2004.