巨厚松散層鉆進(jìn)事故的處理

蔣頂輝，盧敦華

(1.安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，安徽淮南 232052；2.河南工程學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院 ，河南鄭州 451191)

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巨厚松散層鉆進(jìn)事故的處理

蔣頂輝1，盧敦華2

(1.安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，安徽淮南 232052；2.河南工程學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院 ，河南鄭州 451191)

安徽兩淮地區(qū)隱伏煤田的特點(diǎn)是煤系以上覆蓋著從幾十到千余米的松散層，地層變化復(fù)雜，給鉆進(jìn)護(hù)壁帶來極大的困難?？偨Y(jié)本單位多年來巨厚松散層鉆進(jìn)事故發(fā)生的原因，處理時(shí)方法、措施和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在該地區(qū)主要事故類型是鉆具事故、孔壁事故和套管事故。結(jié)合實(shí)例，對(duì)常見的卡鉆事故，埋鉆事故，斷、脫、跑鉆事故、孔壁事故及反絲鉆桿的使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行較為詳細(xì)的說明，為同類地區(qū)的鉆探施工和事故處理提供了借鑒。

第四系覆蓋層；孔內(nèi)事故；處理方法； 反絲鉆桿； 彎距；兩淮地區(qū)

在巨厚松散層鉆探施工過程中，由于地層、設(shè)備等原因?qū)е碌目變?nèi)事故，不僅耽誤鉆探進(jìn)尺，推遲施工進(jìn)度，如果處理不當(dāng)，還會(huì)報(bào)廢鉆探工作量和管材，使鉆探成本大幅提高。

巨厚松散層一般指厚度在300m以上的第四系覆蓋層(俗稱新地層)。兩淮地區(qū)新地層厚度不均，從幾十米到逾千米，如阜東和口孜西勘探區(qū)均達(dá)到1000余米；同時(shí)，該地區(qū)巖性變化大，給護(hù)壁帶來極大困難。曾發(fā)現(xiàn)有近200m厚的砂層、100余米的砂卵石層；還有的鉆孔固結(jié)黏土達(dá)150多米，不僅影響生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)也增加了材料消耗，間接形成安全隱患；而淮南潘集地區(qū)的泥灰?guī)r縮徑問題幾十年來仍未得到有效解決。另外，新地層鉆進(jìn)的孔斜問題若得不到很好控制，將增加孔內(nèi)安全隱患，極易造成鍵槽卡鉆，給事故處理帶來極大困難。

1 常見事故類型

經(jīng)過詳細(xì)分析、整理，總結(jié)了安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)最近十余年發(fā)生的一百余起松散層孔內(nèi)事故的性質(zhì)和特點(diǎn)，將松散層孔內(nèi)事故歸結(jié)為如下幾類：

①鉆具事故。包括：卡、埋、燒鉆事故，斷、脫、跑鉆事故。常見卡、埋、斷、脫鉆具事故，燒鉆事故較少見。

②孔壁事故。包括：漏水、垮孔、掉塊、探頭石、縮徑、擴(kuò)徑、鍵槽等。常見垮孔、縮徑、擴(kuò)徑、鍵槽等。

③套管事故。包括：套管脫節(jié)、錯(cuò)位、變形、下沉、不到位、底部阻留鉆具、固管及止水不合格等。

④其它事故。常指孔內(nèi)落入工具、物件，脫落巖心，測(cè)井事故等。

2 卡鉆事故處理方法

卡鉆事故即鉆具阻滯在孔內(nèi)。其特點(diǎn)是卡點(diǎn)一般多位于鉆具變徑處，事故發(fā)生后可以正常開泵沖孔，或者孔內(nèi)鉆具有一定的活動(dòng)間隙，且能下不能上的情形居多。若處理時(shí)間長或發(fā)生其它情況時(shí)也可能轉(zhuǎn)化為埋鉆事故，使事故更加復(fù)雜化，因此，處理卡鉆事故時(shí)速度一定要快。

卡鉆事故發(fā)生的原因主要有以下幾種：

(1)孔內(nèi)落物，如：工具，脫落的鉆具、鉆頭、巖心等。

(2)孔壁不穩(wěn)定，地層滑移、錯(cuò)動(dòng)、縮徑、鉆具高速旋轉(zhuǎn)時(shí)因敲擊震動(dòng)造成的松散砂卵石層掉塊或探頭石，以及糊鉆等類型。

在各類卡鉆事故中，鍵槽卡鉆事故時(shí)最難處理的。

處理卡鉆事故時(shí)，能開泵盡量開泵。如果鉆具中帶有震擊器可用震擊器震擊，具體情況根據(jù)鉆具是否在孔底而采取上擊或下?lián)?，同時(shí)配合提、拉、竄、頂?shù)确椒ㄌ幚怼．?dāng)上述方法無效，則采用反絲鉆桿，采取沖、掃、套、反、滅的方法進(jìn)行處理。

其實(shí)，新地層卡鉆事故大多是由其它孔內(nèi)事故或因素轉(zhuǎn)化而成，很少單獨(dú)出現(xiàn)。如果孔內(nèi)未下套管，則起鉆時(shí)堅(jiān)持回灌，同時(shí)降低鉆井液失水量、增大密度也是有效的預(yù)防卡鉆措施。

實(shí)例1：國投新集能源股份有限公司二礦某孔新地層厚度198m，鉆進(jìn)至195m松散砂卵石層時(shí)孔內(nèi)漏水，砂卵石層掉塊卡住巖心管，處理時(shí)以反絲鉆桿反至巖心管，換用正常鉆具加平底磨鐵鉆頭磨滅的辦法處理完畢。

實(shí)例2：淮南潘集外圍詳查19-2孔鍵槽卡鉆事故，新地層厚295m，在孔深119～135m為一層粘土，100m時(shí)孔斜0.8°，而此處陡增為3.5°，經(jīng)過長時(shí)間頻繁起下鉆具形成了鍵槽。使用反絲鉆桿處理至126m時(shí)，事故頭處于鍵槽內(nèi)，鍵槽深度90mm左右，公絲錐能上扣但反不動(dòng)，母絲錐穿過事故頭碰到了下面的鉆桿，最后無法處理，只能移位重新開鉆。其它發(fā)生鍵槽卡鉆事故的鉆孔也基本如此處理。

3 埋鉆事故處理方法

埋鉆事故發(fā)生的原因是地層松散、鉆井液密度小、護(hù)壁性不夠而造成孔壁不穩(wěn)定，在外力作用下引起孔壁松散砂卵石層垮塌后埋住鉆具。松散層鉆進(jìn)速度快，易產(chǎn)生大量的鉆屑。清除不及時(shí)或下鉆時(shí)不清孔、直接下到孔底、發(fā)現(xiàn)異常處理不當(dāng)也是發(fā)生埋鉆事故的主要原因。

埋鉆與卡鉆事故的不同點(diǎn)是不能正常開泵沖孔，孔內(nèi)鉆具沒有活動(dòng)間隙，震擊器一般也沒有明顯的效果。處理時(shí)可使用的辦法有如下幾種：一是使用小一至兩徑的鉆具沿著事故鉆具旁邊打小眼，然后開泵利用鉆井液沖刷周圍的充填物，從而使鉆具活動(dòng)起來；二是將事故鉆具連接高壓泵，利用泵的高壓強(qiáng)行沖開充填物從而使鉆具解困；三是采用反絲鉆具(鉆桿、巖心管)配合套、沖、反的辦法，逐根反出事故鉆具，該方法處理速度慢但效果好。條件允許的情況下，最好下套管隔離新地層。

實(shí)例：國投新集能源股份有限公司板集煤礦灰2水文觀測(cè)孔，設(shè)計(jì)孔深1085m，新地層厚度535m，穿過太原組灰?guī)r進(jìn)入奧陶系灰?guī)r10m終孔，鉆進(jìn)至3灰(986m)時(shí)孔內(nèi)漏水，發(fā)生卡、埋鉆事故，在處理過程中發(fā)現(xiàn)該事故非常復(fù)雜，簡稱“上埋、中粘、下卡”，而且在孔深350m左右孔斜已經(jīng)達(dá)到了5°，超過規(guī)程要求。采用反絲鉆具配合套、沖、反的辦法，即先下巖心管套過一根鉆桿，再下絲錐逐根反上事故鉆具順利達(dá)到基巖。因受孔斜影響，反鉆桿時(shí)中和點(diǎn)非常難掌握，進(jìn)度緩慢，該事故歷時(shí)長達(dá)20余天才處理完畢。

4 斷、脫、跑鉆事故處理方法

新地層中鉆具斷、脫、跑后最大的難點(diǎn)是因?yàn)榈貙铀缮⒍纬傻某瑥?，事故頭若藏在超徑處不易碰頭或碰頭后不易對(duì)上，造成打撈失敗，延長事故處理時(shí)間。

處理時(shí)一般使用原鉆具對(duì)接，然后提鉆檢查、調(diào)整后即可恢復(fù)鉆進(jìn)。如果事故頭有斷口，則根據(jù)斷口形狀確定采取何種打撈工具和方法。若斷口平整或基本平整，可使用公絲錐或母絲錐對(duì)頭上扣后提鉆；若斷口不平整、有斜口、內(nèi)外卷則可酌情使用母絲錐或銑、磨平整后使用公、母絲錐對(duì)扣；若斷頭斜靠孔壁，應(yīng)使用彎鉆桿或帶罩子內(nèi)帶絲錐去打撈。 有時(shí)會(huì)遇到發(fā)生事故而又未及時(shí)發(fā)現(xiàn)仍然繼續(xù)鉆進(jìn)的情形，當(dāng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺慢提鉆檢查時(shí)，已經(jīng)形成岔孔，同時(shí)鉆具留在原地，給處理帶來很大困難。這時(shí)，可采取鉤、撈、套、掃等方法將鉆具提出孔外，檢查整理后則可恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

實(shí)例1：安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)114鉆機(jī)在老廟-展溝勘探區(qū)施工39-2孔，鉆至854m時(shí)發(fā)生事故，現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)的情況是：地層破碎卡鉆，將鉆桿拉脫?，F(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)詢問了機(jī)長和當(dāng)班班長事故發(fā)生時(shí)情況，查看提上鉆桿后認(rèn)為是一起人為的燒鉆責(zé)任事故，鉆桿不是被拉脫，而是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)負(fù)荷增大后關(guān)車過快“回車”甩脫的(處理過程中也證實(shí)了該判斷)。于是將處理方法按燒鉆事故來進(jìn)行，并很快處理完畢。本例說明，事故原因、事故類型、孔內(nèi)情況和鉆具情況的判斷很重要，只有這樣才能制定針對(duì)性措施方法，少走彎路、縮短處理時(shí)間、達(dá)到最好的效果。

實(shí)例2：安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)127鉆機(jī)在淮南礦業(yè)集團(tuán)顧橋煤礦南二采區(qū)補(bǔ)勘某孔施工時(shí)，發(fā)生過一起復(fù)雜的跑鉆事故，孔深1105m，新地層厚318m,沖孔起鉆22m后跑鉆，因絲扣不緊形成多頭。反絲彎鉆桿帶公絲錐處理至214m發(fā)現(xiàn)砂層孔徑擴(kuò)大至約300mm，上部孔徑較小，彎距大下不去，彎距小碰不著。母絲錐、導(dǎo)向罩、撈鉤、磁鐵均無效，最后使用反絲彎鉆桿帶斜口導(dǎo)向罩內(nèi)藏公絲錐，加大彎距至500mm后斜口碰到事故頭，將之順利處理上來。至318m基巖界面時(shí)發(fā)現(xiàn)兩只Ф65mm鎖接頭擠夾在一起，采用了Ф65mm小鉆頭打小眼松動(dòng)、逮高頭的方法處理好，然后孔內(nèi)事故鉆具順利處理完畢。

5 孔壁事故處理方法

最常見的是垮孔、縮徑、擴(kuò)徑、鍵槽等現(xiàn)象。此類事故中，最難處理的是鍵槽。因?yàn)榭仔笔遣豢杀苊獾?，平時(shí)只能盡量減輕鉆孔偏斜的程度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有了鍵槽的跡象后須及時(shí)采取措施，最有效的方法是反向擴(kuò)孔，將鍵槽擴(kuò)大以減少影響，降低發(fā)生孔內(nèi)事故的幾率。

實(shí)例：安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)120鉆機(jī)在蓮塘李勘探區(qū)施工22-10孔，鉆至986m時(shí)，因下雨破壞鉆井液造成破碎石英砂巖掉塊卡鉆，當(dāng)時(shí)施工鉆機(jī)采取提、拉、竄的方法試圖解卡，結(jié)果因鉆桿反復(fù)敲打砂層垮塌形成埋鉆，同時(shí)又將Ф50mm鉆桿拉斷，事故頭深度106m，斷茬在鉆桿小根中間，為一長約200mm的斜口，此處鉆孔擴(kuò)徑約為Ф200mm，孔斜3°，碰頭又困難。處理時(shí)，在Ф89mm短巖心管(長0.8m)內(nèi)藏Ф65mm平底鉆頭套掃到事故頭斷茬磨銑平整后，再下絲錐反取，然后下巖心管套過一根鉆桿后用絲錐逐根反上事故鉆具。在處理過程中發(fā)現(xiàn)，因受孔斜大和擴(kuò)徑的影響，巖心管和絲錐要頻繁調(diào)整彎距，經(jīng)常出現(xiàn)跑空趟的現(xiàn)象。

6 反絲鉆桿的使用經(jīng)驗(yàn)

反絲鉆桿的應(yīng)用范圍十分廣泛，在各種常規(guī)孔徑、深度均可正常使用，配合各種公、母錐，撈鉤等，可快速處理各類鉆具事故，效果顯著。既可以用直鉆桿，也可以用彎鉆桿；大彎、小彎、上彎、下彎均可隨意調(diào)整。應(yīng)當(dāng)注意的是，反絲鉆桿的彎距及方向應(yīng)隨鉆孔頂角、方位的變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

新地層鉆遇的多為較松軟地層，無論采取何種護(hù)壁方法，總會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)徑現(xiàn)象。擴(kuò)徑孔段會(huì)影響絲錐對(duì)扣，耽誤處理時(shí)間，在這種情況下使用彎鉆桿擴(kuò)大打撈范圍會(huì)取得良好的效果。

彎鉆桿的使用原則：彎距由小到大，隨孔徑和鉆具結(jié)構(gòu)變化而變，易碰頭時(shí)彎距不變。

在處理過程中經(jīng)常遇到如下情況：彎距逐步加大了很多次仍然不碰頭或者碰頭后進(jìn)不去。這說明彎距選擇不當(dāng)、距離偏小，需要加大彎距。在長期的實(shí)踐中分析總結(jié)了一個(gè)簡單實(shí)用的彎距計(jì)算方法：

彎距(S)=孔徑(D)×2-事故頭半徑(r)。

常用的Ф50mm、Ф60mm反絲鉆桿搭配各種公、母錐、撈鉤、導(dǎo)向罩等均可采用這種計(jì)算方法。

實(shí)例：安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)107鉆機(jī)在處理板集煤礦18-7孔卡鉆事故時(shí)，新地層厚560m，518m鉆鋌/鉆桿變徑接頭(Ф83mm)處的砂層擴(kuò)徑約為Ф200mm，24h內(nèi)連續(xù)加大彎距至380mm均出現(xiàn)沾上進(jìn)不去的情況，而此時(shí)彎距已無法再加大，最后采取了在下彎絲錐小根上部加Ф108mm巖心管接頭墊襯增加彎距的辦法一次性進(jìn)扣，解決了難題，順利的處理了該事故。

計(jì)算方法：彎距(S)=200×2+(108÷2)-41.5=412.5>380mm，說明絲錐具有進(jìn)入接頭內(nèi)眼的基本條件。起鉆后可以看見在接頭臺(tái)肩中間有明顯是絲錐磨出的痕跡，接頭臺(tái)肩寬度(Ф83-Ф57)÷2=13mm，而彎距(S)=412.5÷2=206.3-13=193.3mm≈380÷2=190mm。當(dāng)絲錐進(jìn)入接頭內(nèi)眼時(shí)，用手摸鉆桿有明顯的摩擦絲扣的感覺，說明此時(shí)絲錐是一次性進(jìn)入，證明了該計(jì)算方法的正確性。

[1]國土資源部.固體礦產(chǎn)鉆探工[M].北京：地質(zhì)出版社，1999: 95。

[2]國土資源部.固體礦產(chǎn)鉆探工[M].北京：地質(zhì)出版社，1999: 96。

[3]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).MT/1076-2008煤炭地質(zhì)鉆探規(guī)程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 40。

[4]王世光.鉆探工程[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1984: 345。

[5]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).MT/1076-2008煤炭地質(zhì)鉆探規(guī)程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 41-42。

[6]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).MT/1076-2008煤炭地質(zhì)鉆探規(guī)程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 40。

[7]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).MT/1076-2008煤炭地質(zhì)鉆探規(guī)程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 42。

Drilling Accident Processing in Extra Thick Loose Beds

Jiang Dinghui1, Lu Dunhua2

(1.The First Exploration Team, Anhui Bureau of Coal Geological Exploration, Huainan, Anhui 232052; 2.School of Resources and Environment Engineering, Henan University of Engineering, Zhengzhou, Henan 451191)

The concealed coalfields in the Huainan and Huaibei areas, Anhui are characterized by tens to thousand more meters loose bed overburden. Complicatedly varied strata have brought difficulties in borehole wall protection. Summarized our drilling accident causes, treatment measures and lessons learned in extra thick loose bed overburden recent years have found that the main accident types in the area have drilling tool, borehole wall and casing accidents. From living examples have specified common drill rod sticking, burying, break, thread off and falling off; borehole wall troubles and reverse threaded drill rod experiences. The study has provided reference for drilling operation and accident treatment in comparable areas.

Quaternary overburden; borehole accident; treatment method; reverse threaded drill rod; bending moment; Huainan and Huaibei areas

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.12

1674-1803(2017)05-0062-03

蔣頂輝(1970—)，男，安徽淮南人，工程師，現(xiàn)主要從事定向鉆探技術(shù)研究與應(yīng)用，鉆探新技術(shù)、新工藝的研究和推廣。

2016-11-02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

責(zé)任編輯：樊小舟