深部勘查鉆探過程中跑鉆事故處理案例分析

王立新

（天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)247大隊，天津 300192）

1 項目概況

工程地點位于甘肅省玉門市以北約70km處，工作內(nèi)容為在新場候選場址布置施工深度為1000m鉆孔1個（鉆孔代號BS11）、累計進尺不少于1000m，對孔位所在地層的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件進行勘查并形成報告，鉆進設(shè)備采用XY-6B鉆機。

1.1 鉆探施工的質(zhì)量技術(shù)要求

（1）鉆進方法：整孔采用金剛石鉆頭雙管鉆進，繩索取心技術(shù)。

（2）鉆孔孔深1000m，垂直孔。開孔孔徑視淺部地層情況和采用的鉆探工藝方法確定，終孔孔徑一般應(yīng)不小于90mm，特殊情況下不小于75mm；孔口套管高出水泥臺約0.2m～0.3m。

（3）巖心采?。翰捎美K索取心，完整地段巖心采取率＞95%，構(gòu)造破碎地段＞75%。

（4）鉆進介質(zhì)：清水鉆進，嚴禁使用泥漿鉆進；鉆進介質(zhì)中須添加甲方指定的示蹤劑，并須監(jiān)測示蹤劑濃度。

（5）護壁：在必要的情況下，經(jīng)甲方書面同意后可使用聚丙烯酰胺護壁。

（6）孔斜：每100m頂角不超過1°。

（7）孔深校正：每100m孔深誤差0.1%，每100m必須校正孔深。

（8）巖心深度校正：在鉆進過程中要盡可能保證巖心的可拼合性，如果巖心間發(fā)生磨損，導(dǎo)致無法拼合時，必須進行巖心深度校正。

（9）孔壁：必須光滑、平整，以便使各種測井工作順利進行，不允許有“探頭石”等。

1.2 工程施工的主要難點

（1）科研鉆孔為防止泥漿材料對地下水，巖石裂隙等資料的干擾，要求全孔使用清水鉆進，孔內(nèi)可能不返水，需頂漏鉆進，且頂漏鉆進過程極易發(fā)生燒鉆、埋鉆事故。

（2）巖石可鉆性為10級，部分石英含量高、細粒、研磨性較好的花崗巖可鉆性達11級，鉆孔口徑大，破碎巖石困難。

（3）科研鉆孔巖心采取率要求高，必須達到95%以上。要求使用高質(zhì)量的采心工具、嚴格控制卡簧座與鉆頭的配合間隙，掌握好卡簧與巖心間的松緊程度，認真觀察鉆進參數(shù)的變化情況等。

（4）科研鉆孔對巖心質(zhì)量要求嚴格，巖心拼接、巖心基線、確保巖心不磨損、孔深校正、巖心深度校正、示蹤劑的添加、資料整理等方面要求嚴格。

（5）使用清水鉆進，且鉆孔口徑大，鉆進阻力大，施工進度較慢。

2 鉆探施工

2.1 鉆具結(jié)構(gòu)

開孔鉆進鉆具：機上鉆桿+Φ127mm單管鉆具+Φ130mm金剛石擴孔器和鉆頭。

S95鉆進鉆具：機上鉆桿＋S95繩取鉆桿＋S95繩取總成＋S98金剛石鉆頭。

擴孔鉆進鉆具：機上鉆桿+Φ127mm單管鉆具+Φ136mm金剛石擴孔器和鉆頭及+Φ110mm單管鉆具+Φ116mm金剛石擴孔器。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)為：具體鉆孔結(jié)構(gòu)見圖2-1所示。

（1）0.00m～2.300m孔段用Φ130mm鉆頭鉆進。

（2）2.300m～605.000m孔段用Φ98mm鉆頭鉆進，因漏水嚴重使用Φ136mm鉆頭擴孔至123.000m并在施工期間下入127套管并且使用水泥固井，后因孔內(nèi)事故使用Φ116mm鉆頭擴孔至605.520m。

（3）605.520m～612.316m孔段用Φ98mm鉆頭鉆進。

（4）612.520m～1006.464m孔段因鉆孔阻力過大變徑使用Φ77mm鉆頭鉆進至終孔（中間使用?98mm鉆具擴孔至684.750m）。

圖2 -1 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.3 鉆進參數(shù)設(shè)置

由于巖體的巖石硬度高，鉆孔直徑較大，繩索取心鉆頭的底唇面積比普通鉆頭的底唇面積大，鉆壓稍小就不進尺或進尺極慢，只能采用大壓力鉆進；因只允許用清水鉆進，鉆具的摩擦阻力極大，嚴重影響了鉆機轉(zhuǎn)速。在鉆機鉆進能力范圍內(nèi)，盡可能使用高轉(zhuǎn)速鉆進以提高鉆進速度。

施工中使用的規(guī)程參數(shù)為：壓力300Kg～1600Kg，轉(zhuǎn)速125rpm～726rpm。全孔使用清水作為沖洗液：水量75～150L/min。

3 鉆進過程跑鉆事故的形成及處理

2016年8月18日開鉆，2017年10月8日終孔，42.875～44.185m開始漏水，95.910m～97.580m孔段開始整孔無返水，因無返水導(dǎo)致巖粉顆粒無法排出，并且鉆進過程中有掉塊卡鉆情況出現(xiàn)，在施工至605.495米時，鉆桿內(nèi)絲扣突然斷裂，導(dǎo)致跑鉆事故的發(fā)生，鉆頭連帶部分鉆桿斷在孔底，通過計算孔內(nèi)殘存139.89米事故鉆具，通過各種辦法打撈都未能撈出事故鉆具。

3.1 事故處理方案的選擇和論證

（1）移孔重打。根據(jù)我單位在該地區(qū)施工經(jīng)驗和事故深度，更換損傷的Φ98mm鉆具重新開孔，預(yù)計3個月內(nèi)可以完成重新成孔任務(wù)，但該方案未能得到甲方同意，該方案被否定。

（2）擴孔處理事故鉆具。采用Φ110mm口徑進行擴孔處理，擴至事故鉆具深度，再打撈事故鉆具，在實施時可能存在如下問題：因處理難度大，易出現(xiàn)不可預(yù)見的二次事故，導(dǎo)致事故鉆孔難度增加；事故鉆孔內(nèi)情況復(fù)雜，處理時間長，工程進度很難掌控；處理事故時不同于正常鉆進，鉆探設(shè)備隨時可能出現(xiàn)超額工況，導(dǎo)致設(shè)備損壞，加大了因機械原因?qū)е碌拇紊鹿食霈F(xiàn)的概率等。

3.2 事故處理步驟

經(jīng)過仔細研究，充分考慮各種干擾因素和可能出現(xiàn)的不利情況，備齊相應(yīng)處理設(shè)備和工具采用擴孔方案進行處理，具體步驟如下：

（1）檢查鉆機、鉆塔等設(shè)備的安全設(shè)施，保證設(shè)備安全運行；更換損傷的Φ98mm繩索鉆具，保證孔內(nèi)鉆具安全；準(zhǔn)備610米Φ50mm反絲鉆桿及配套的鉆頭、絲錐、水力切刀、取粉管等設(shè)備工具。

（2）采用Φ110mm普通鉆頭擴孔至事故頭，擴孔時應(yīng)注意以下內(nèi)容：擴孔鉆桿采用Φ50mm正絲鉆桿；擴孔鉆具異徑接頭處必須帶Φ108mm取粉管；擴孔時需帶Φ98mm導(dǎo)向；擴孔時必須低轉(zhuǎn)速，鉆桿外壁必須有不斷流的清水潤滑；遇到掉塊卡鉆時必須提鉆檢查鉆具；擴至事故頭后進行孔深校正，確保位置準(zhǔn)確。

（3）采用Φ110mm無內(nèi)徑鉆頭擴孔套取Φ95mm鉆桿，過程中注意以下內(nèi)容：Φ108mm巖芯管長度不得超過10米，異徑接頭處必須帶Φ108mm取粉管，擴孔套取過程因沒有帶導(dǎo)向，鉆進時要輕壓慢轉(zhuǎn)，確保事故頭套入巖芯管中；如果事故頭特別復(fù)雜，不能套進巖芯管內(nèi)，立即將鉆具換成Φ110mm普通鉆頭帶Φ75mm導(dǎo)向鉆頭擴孔鉆具對事故頭進行打磨扶正，待事故頭正常后，再采用Φ110mm無內(nèi)徑鉆頭擴孔套取Φ95mm鉆桿，套取過程如扭矩突然變大，不要強制鉆進，查明原因確定安全后再采取處理措施。

（4）采用反絲錐打撈。打撈時反絲鉆桿異徑接頭處必須帶Φ108mm取粉管，反絲錐最好采用母錐，“提”和“反”事故鉆具時鉆桿進扣不能超過三圈，若不能反開事故鉆具應(yīng)強拔，使打撈工具脫離事故頭，然后用Φ75mm水力環(huán)刀進入事故鉆具，從內(nèi)部切斷已經(jīng)擴出的事故鉆具，再用反絲母錐打撈。

（5）交替反復(fù)使用（3）和（4）兩步驟，直至成功打撈出事故鉆具。處理結(jié)束后，在610米以上孔段下入Φ108mm套管保護孔壁，再采用Φ98mm繩索鉆具鉆至1000米終孔。事故成功得到處理，最大限度減少了經(jīng)濟損失和搶回了工期。

4 總結(jié)

在跑鉆、埋鉆、卡鉆等鉆孔事故的處理過程中，往往由于孔內(nèi)鉆具數(shù)量多，事故位置深，孔內(nèi)情況不可見，處理難度大等影響，每次成功打撈事故鉆具的數(shù)量難以確定，而且處理過程中不確定情況隨時發(fā)生，處理時間往往都很長，難以控制，容易造成人員疲憊和煩躁情緒，引發(fā)人員和機械安全事故。所以在處理類似事故前一定要預(yù)先制定詳細、可行的事故處理方案，充分考慮處理過程中可能出現(xiàn)的特殊情況，針對性的研判并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案；對于人員，一定要選派具有豐富事故處理經(jīng)驗的鉆探技術(shù)人員擔(dān)任機長，配備優(yōu)秀鉆探工人組建處理小組，方案實施前做好技術(shù)交底；配齊足夠的事故處理設(shè)備、工具及其他輔助材料，為事故處理提供良好的后勤保障。