宋世杰,田志超,葛曉華,仲崇雷
(山東省第三地質礦產(chǎn)勘察院,山東 煙臺 264004)
?
公錐在環(huán)空間隙較大孔內處理斷鉆桿事故的應用
宋世杰,田志超,葛曉華,仲崇雷
(山東省第三地質礦產(chǎn)勘察院,山東 煙臺 264004)
本文簡述了環(huán)空間隙較大鉆孔中,自制導正公錐處理偏倒鉆具的方法,并因地取材,根據(jù)現(xiàn)有條件,發(fā)揮集體智慧,省時省力,節(jié)約成本,順利解決了斷鉆桿事故。
公錐;南黃海;事故;鉆桿
對于小口徑巖心鉆探而言,幾乎每個鉆孔都會發(fā)生一些小的事故,例如跑鉆、卡鉆、斷鉆桿等等。一些由現(xiàn)場鉆工智慧結晶,制作出來的鉆探工具,雖然沒有去申請個人專利,但卻被許多生產(chǎn)廠家規(guī)模生產(chǎn),或者資源共享給野外機臺提供了巨大的便利。近幾年來,小口徑鉆探市場的緊縮,大規(guī)模的會戰(zhàn)普查項目的縮減,“單兵作戰(zhàn)”成為時下鉆探模式的主流,相比大規(guī)模會戰(zhàn),機臺面臨地質原始資料匱乏,鉆探技術參數(shù)無從考究,鉆探工具單一,施工地點環(huán)境惡劣,鉆探運營成本增加等諸多困難。利用現(xiàn)有資源搞好生產(chǎn),更需要我們積累更多的生產(chǎn)經(jīng)驗,發(fā)揮集體智慧,創(chuàng)造了小口徑巖心鉆探新的輝煌。
CSDP-2井是按照國家海洋地質專項中“中國東部海區(qū)科學鉆探工程”項目安排,于2014年在中國東部海區(qū)實施科學鉆探井一口,設計深度暫定2 000 m。CSDP-2井位于南黃海廢黃河口外海域,連云港以東約170 km。
鉆進地層情況,上部主要為淤泥、黏土、細砂~粗砂,含礫砂等,結構松散;下部以灰?guī)r、泥巖、砂巖和煤層為主。局部地層較為破碎,部分孔段破碎嚴重,特別是碳質泥巖和煤層,裂隙發(fā)育。
施工中采用的鉆探設備如下:HXY-8型巖心鉆機,K31-90型鉆塔(含底座),2臺BW300/16型泥漿泵(為確保沖洗液上返速度要求的較大泵量,采用2臺泵并聯(lián)使用),SQ114/8型液壓動力鉗,XZ-2旋流振動篩除砂器,鉆井液測試儀器,以及FK125-3型井控防噴系統(tǒng)。
CSDP-2井采用五級井身結構,詳見表1。
表1 井身結構
2.1 事故概況
2015年9月2日,CSDP-2井鉆進至921.60 m孔深,發(fā)生斷鉆桿事故,事故頭位于755 m,第41個立根兩個單根處的上端原螺紋斷裂(如圖1)。
圖1 斷裂的鉆桿
孔內剩余鉆桿立根9根,其中有一根3 m導正鉆桿(外徑146 mm)以及一根4 m鉆具,該施工孔段采用特制?150 /122 mm金剛石繩索取心鉆進方法,配套使用繩索?114 mm鉆桿,孔徑為150 mm,故而鉆孔環(huán)空間隙較大,易導致事故頭偏斜,多次下入公錐打撈事故鉆桿失敗。
2.2 分析斷鉆桿原因
本次斷鉆桿事故發(fā)生的主要原因是過大的環(huán)空間隙和不合理的鉆壓。在鉆進過程中,過大的鉆進壓力使?114 mm繩索取心鉆桿產(chǎn)生彎曲,造成鉆桿偏磨。同時在鉆進過程中,鉆桿產(chǎn)生徑向振動,造成局部鉆桿的疲勞破壞,致使鉆桿折斷。另外,鉆桿磨損過度,施工人員馬虎應付,沒有及時更換磨損鉆桿也是造成本次事故的原因之一。
2.3 解決辦法
為解決這一問題,現(xiàn)場人員經(jīng)過反復對事故頭環(huán)境現(xiàn)場模擬、推敲,認為較大的環(huán)空間隙,造成事故頭偏倒,致使常規(guī)公錐無法進入事故頭內部進行錐取。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,決定設計加工有針對性的新型導正公錐,將偏倒的事故頭扶正,進而錐取事故頭,處理解決事故。設想的事故處理過程如圖2所示。
圖2 設想的事故處理過程
3.1 設計要求
(1)自制公錐的制作材料在現(xiàn)場施工條件下容易獲取;
(2)自制公錐的結構要簡單,易于加工;
(3)自制公錐要精確控制尺寸,避免因尺寸問題造成擠卡;
(4)自制公錐的焊接加工要由專業(yè)人員進行,焊接要仔細,保證強度;
(5)根據(jù)孔內實際情況,可對自制公錐的結構、尺寸進行調整,以保證其使用效果。
3.2 加工步驟
根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況,施工平臺上的加工條件有限,應因地制宜的利用現(xiàn)有條件,安全有效的解決問題。自制新型?150 mm導正公錐基于普通?114 mm公錐體,加裝導向筒,結構簡單,易于加工,效果明顯。
(1)準備?114 mm公錐一件,配置相應鉆桿轉換接頭,也是焊接體。
(2)加工最大外徑略小于鉆孔直徑的導正筒,根據(jù)現(xiàn)場條件就地取材,采用平臺上的加護鐵板作為導向筒的加工原料,厚度為3 mm,形狀切割成梯形,高度比114公錐長100 mm左右,上底長度比?114 mm轉換接頭周長略長,下底長度與150 mm直徑鉆孔周長相同,卷制成圓臺形卷筒。
(3)卷筒下端自下而上的切割出15 cm長豁口,進行彎折使下端超出的100 mm為圓柱型,可以根據(jù)實際情況加工水口,如圖3所示。
圖3 加工好的卷筒
(4)將加工好的導向筒套入轉換接頭,焊接加工,焊接要求堅固,整潔,保留水口,防止事故鉆桿上部有沉淀巖粉覆蓋,吃錐時巖粉堆積,造成埋鉆事故,處理失敗。
(5)對加工好的導向公錐用角磨機打磨光滑,使起下更加順暢,防止起下鉆過程中發(fā)生擠卡。加工完畢的自制公錐如圖4所示。
圖4 加工完畢的自制公錐
4.1 操作要點
(1)下公錐進行打撈前要詳細了解孔內情況及事故頭的準確位置,嚴禁盲目下入;
(2)公錐下入孔內遇阻時,不得開車掃孔,打撈時應注意要有冷卻水,嚴禁開車打撈;
(3)擰卸公錐時嚴禁用錘猛打,用后及時卸下,洗凈擦干,涂油妥存,嚴防銹蝕或銹死在鉆具內卸不出來;
(4)鉆桿接頭斷在孔內打撈時要特別注意,因接頭內徑大于公錐小端直徑,此時易將公錐扭入,應用鉗子卡住鉆桿并輕壓慢轉,嚴禁開車打撈將公錐折斷,造成事故惡化;
(5)發(fā)生斷錐事故時,可用特制的筒狀合金掃鐵鉆頭將接頭外徑扒掉一層,將接頭與斷錐一起帶出孔外,打撈時,嚴防發(fā)生穿、插、擠、夾,使事故惡化;
(6)在發(fā)生斷鉆具事故后,必須根據(jù)折斷處的實際情況而采取合理有效的措施進行處理,切不可盲目行動使事故惡化而導致鉆孔報廢。
4.2 處理過程
首先確定事故頭位置在755 m處,并測量好自制公錐長度。將加工好的自制公錐涂抹上黃油,與鉆桿連接,下鉆至事故頭上方約1.5 m,停止下鉆,連接上機上鉆桿,打開水泵循環(huán)鉆井液,緩慢下放至事故頭位置后,用管鉗扳動鉆桿繼續(xù)下放150 mm左右,扳動鉆桿有吃扣跡象時,開動鉆機微微施壓并輕晃離合,繼續(xù)吃扣,提鉆,一次就將事故鉆具錐取上來(如圖5所示),順利解決了本次斷鉆桿事故。
圖5 處理上來的事故鉆具
自制的導正公錐優(yōu)點突出,制作簡單,便于現(xiàn)場加工操作。吃錐過程中,既能扶正孔內偏斜鉆桿事故頭,又能確保吃錐力度,預防吃鼓,吃劈鉆桿,是一種較完美環(huán)狀間隙較大的鉆桿斷裂打撈工具。
[1] DZ/T022—2010,地質巖心鉆探規(guī)程[S].
[2] 周全興.鉆采工具手冊[M]. 北京: 科學出版社, 2002.
[3] 王達, 張偉, 張曉西, 等.中國大陸科學鉆探工程科鉆一井鉆探工程技術[M]. 北京: 科學出版社, 2007.
[4] 王達, 何遠信, 等. 地質鉆探手冊[M]. 湖南長沙: 中南大學出版社, 2014.
[5] 陳師遜, 宋世杰. 中國東部海區(qū)科學鉆探施工技術探討[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程), 2014, 41(12):1-5.
18、第28屆中國國際測量控制與儀器儀表展覽會(原多國儀器儀表展)(MICONEX 2017) 2017年9月26~29日 上海新國際博覽中心 www.miconex.com.cn
19、第17屆分析測試學術報告會暨展覽會 (BCEIA 2017) 2017年10月10~13日 北京國家會議中心 www.bceia.cn
20、第13屆智利國際礦業(yè)展(ExpoMin 2018) 2018年4月23~27日 智利 圣地亞哥 www.expomin.cl
21、國際建筑與工程機械展(INTERMAT) 2018年 4月23~28日 法國 巴黎 www.intermat.fr
22、國際非開挖技術展覽會(36thInternational No-Dig Conference & Exhibition) 2018年9月 南非 開普敦 www.istt.com
2016-10-14
宋世杰(1966-),男,山東省第三地質礦產(chǎn)勘查院,高級工程師,探礦工程專業(yè),主要從事地質巖心鉆探和基礎施工技術工作,山東省煙臺市芝罘區(qū)機場路271號,Tel:13853539830,E-mail:syssj888@163.com。
P634.8
B
1009-282X(2016)06-0042-03