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)

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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

0 前言

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。

1 工程概況

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 事故概況及原因分析

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 自制新型公錐

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 自制導正公錐的應用

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

5 經(jīng)驗總結

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。

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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

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1009-282X(2016)06-0042-03