深孔地質(zhì)鉆探孔內(nèi)事故專用處理工具之探討

李凱舟

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，山東 招遠(yuǎn) 265400；2.黃永堂技能大師工作室，山東 招遠(yuǎn) 265400）

隨著我國“三深一土”戰(zhàn)略的規(guī)劃實(shí)施，地質(zhì)找礦逐步向深部進(jìn)軍，作為驗(yàn)證礦體預(yù)測(cè)的最直接手段，鉆探工程也在不斷地刷新孔深紀(jì)錄。近年來，山東省大力實(shí)施“攻深找盲”戰(zhàn)略。在膠西北地區(qū)，深部金礦找礦取得重大突破，三山島、焦家和招平三大成礦斷裂帶控礦深度相繼突破-3000m。目前三山島斷裂帶最深孔深4006.17m、焦家斷裂帶最深孔深3266.06m、招平斷裂帶最深孔深3000.58m。

隨著鉆探深度的不斷延伸，鉆孔內(nèi)部的地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，在鉆探過程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生各種不同類型的孔內(nèi)事故，尤其是卡鉆、卡套管以及燒鉆等問題。資料顯示，膠西北三個(gè)超3000m深孔在施工過程中均遇到了不同程度的孔內(nèi)事故，事故處理時(shí)間短則40余天長則200余天，嚴(yán)重影響施工效率，施工成本和風(fēng)險(xiǎn)均大幅增加。因此，研究深孔鉆探孔內(nèi)事故處理裝備將有助于提高地質(zhì)鉆探工作水平和施工效率。

1 現(xiàn)有的事故處理技術(shù)裝備手段

（1）鉆機(jī)的強(qiáng)拉與起拔。和石油鉆機(jī)以及水井鉆機(jī)相比，在地質(zhì)鉆探工作當(dāng)中對(duì)孔內(nèi)事故的處理能力相對(duì)較弱，主要原因在于鉆機(jī)油缸的起吊能力偏低、鉆塔的整體承載力較小等。比如深孔鉆探使用的A19.5m型鉆塔，其承載能力上限僅為400kN。在處于3000m以深的鉆探深度時(shí),所使用的機(jī)械立軸鉆機(jī)在工作過程當(dāng)中的起吊力量大小為300kN，而φ76鉆桿每米的重量約為10kg ，3000m鉆桿自重達(dá)到30T。通過以上數(shù)據(jù)分析可以看出，在深孔地質(zhì)鉆探工作當(dāng)中，針對(duì)鉆機(jī)的起吊能力要求相對(duì)較高，通過以上設(shè)備僅可以勉強(qiáng)保證3000m全孔鉆具的工作要求，以及滿足孔壁摩擦阻力所形成的起吊要求，在進(jìn)行更深的鉆孔勘探工作時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)卡鉆、卡套管等孔內(nèi)事故時(shí)，給進(jìn)油缸不能充分滿足深孔鉆桿以及套管在特殊條件下的起吊工作要求。

（2）打撈及事故處理工具。在石油鉆探工作中，存在10余種比較有效的打撈工具以及事故處理工具，和石油鉆探工具相比，現(xiàn)階段在地質(zhì)鉆探工作中所使用到的專用工具類型相對(duì)比較單調(diào)，大部分鉆探工具生產(chǎn)廠商并沒有特別重視鉆具打撈以及事故處理等相關(guān)工具的研制和生產(chǎn)，生產(chǎn)廠商在這方面的生產(chǎn)技術(shù)一直停留在比較低層次的發(fā)展階段，主要生產(chǎn)的打撈設(shè)備有公錐和母錐，和現(xiàn)階段深孔地質(zhì)鉆探中的事故處理工作嚴(yán)重脫節(jié)。對(duì)于深孔地質(zhì)鉆探作業(yè)，需要研制出更加高端的專用事故處理工具，事故處理工具的研究和革新，可以有效提高處理事故處理效率。這也是現(xiàn)階段我國各地勘單位所需要解決的重要問題之一[1]。

（3）鉆桿切割工具。地質(zhì)鉆探過程中切割鉆桿、套管可以使用水力內(nèi)割刀。其工作原理是將割刀送至擬割斷的管材深度后，將高壓液體泵入割刀體內(nèi)，高壓液體推動(dòng)活塞壓縮彈簧使活塞桿下行，活塞桿下端推動(dòng)2個(gè)刀頭向外張開與鉆桿或套管內(nèi)壁接觸，張開的刀片隨同切割鉆具旋轉(zhuǎn),刀頭周向同時(shí)切割，割斷鉆桿或套管后，關(guān)掉泥漿泵，刀頭復(fù)位回收[2]。水力內(nèi)割刀的使用可以有效降低起拔事故鉆桿、滯留套管的操作時(shí)間。

（4）孔口輔助工具。地質(zhì)鉆機(jī)設(shè)備通常情況下都會(huì)匹配一些大噸位的拔管設(shè)備來作為輔助工具，其中大多數(shù)都選擇400kN或者是750kN兩種起吊能力的輔助工作設(shè)備。在工作過程當(dāng)中可以對(duì)鉆孔內(nèi)部的套管以及出現(xiàn)事故的鉆桿來進(jìn)行打撈，但是由于該設(shè)備在工作過程當(dāng)中體型比較笨重，同時(shí)安裝工作存在諸多困難，和各種繩索以及鉆桿之間的匹配程度不高，造成了整個(gè)鉆桿整體的抗拉強(qiáng)度受到了嚴(yán)重限制，進(jìn)而造成了很多施工單位并沒有對(duì)其進(jìn)行配套處理，或者是配套的拔管沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

2 發(fā)展地質(zhì)鉆探事故專用工具的思考與實(shí)踐

通過以上所述，針對(duì)鉆機(jī)和專業(yè)工具的使用狀況進(jìn)行分析和研究，從中可以總結(jié)出如果單純依靠鉆機(jī)設(shè)備來進(jìn)行工作，不能有效解決鉆孔工作當(dāng)中所產(chǎn)生的意外事故，因此在發(fā)生鉆孔事故的情況下，相關(guān)工作人員經(jīng)常會(huì)處于一種無計(jì)可施的工作狀態(tài)，對(duì)整個(gè)地質(zhì)勘探工作效率和質(zhì)量產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。因此，現(xiàn)階段需要針對(duì)地質(zhì)鉆探工作當(dāng)中的事故專用工具進(jìn)行有效的研制和開發(fā)，同時(shí)不斷提高鉆孔工具的適用性，以鉆孔內(nèi)部施工工具和鉆機(jī)設(shè)備之間進(jìn)行有效的銜接，將鉆孔內(nèi)部的工具和鉆孔外部工具之間進(jìn)行銜接，以此來保證整個(gè)鉆孔工作的安全穩(wěn)定開展，實(shí)現(xiàn)鉆孔工具的統(tǒng)一和自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)多樣化的地質(zhì)鉆探工作的開展。相關(guān)勘探工作單位在深孔地質(zhì)鉆探工作當(dāng)中，可以針對(duì)各種不同的事故問題進(jìn)行有效的處理，保證鉆孔內(nèi)部所產(chǎn)生的不良事故可以得到更加高效和快捷的處理，大大提高了整個(gè)地質(zhì)鉆孔工作質(zhì)量和效率[3]。

（1）研制新型孔內(nèi)工具?，F(xiàn)階段在石油打撈工具方面類型相對(duì)比較齊全，其中比較常用的分為高強(qiáng)度的公錐、母錐以及可退式打撈設(shè)備，因?yàn)樵趲r心鉆探工作當(dāng)中由于井身結(jié)構(gòu)和環(huán)狀間隙的影響，造成了鉆桿在規(guī)格和材質(zhì)特性上無法滿足工作要求，同時(shí)在上述工具當(dāng)中都無法直接進(jìn)行選擇。針對(duì)地質(zhì)勘探工作當(dāng)中鉆桿和套管的工作特性，其中比較常用的可退式打撈矛以及倒扣式打撈矛，可以通過借鑒性和適配性的研制方法來進(jìn)行功能改善。

可退式打撈矛在整個(gè)結(jié)構(gòu)過程上相對(duì)比較簡單，同時(shí)工作強(qiáng)度較高從轉(zhuǎn)盤內(nèi)部的直徑進(jìn)行打撈，同時(shí)還可以對(duì)自由工作狀態(tài)下的鉆桿以及套管等進(jìn)行抓死和打撈。如果在打撈工作當(dāng)中存在不成功的問題，可以通過擊打中心軸和正轉(zhuǎn)自由退出，具體如圖1所示：

圖1 可退式打撈矛

倒扣打撈矛在工作過程當(dāng)中主要是以打撈事故設(shè)備為主要的工作模式，然而在工作過程當(dāng)中處理嚴(yán)重的卡鉆事故，單純通過抓撈來進(jìn)行處理還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，必須要具有良好的傳遞扭矩能力，同時(shí)在倒扣打撈矛工作過程當(dāng)中，需要保證反轉(zhuǎn)倒扣的工作有效性，以此才可以充分發(fā)揮出倒扣打撈矛的全部工作性能[4]。

（2）增強(qiáng)孔口輔助工具的適用性。在比較常用的地質(zhì)勘探設(shè)備基礎(chǔ)之上，針對(duì)市場(chǎng)當(dāng)中存在的兩種新型起撈裝置,來進(jìn)行了分析和研究，通過重載單油缸連續(xù)起拔的方式來作為一種新型的輕便起拔工作設(shè)備，作為巖心鉆機(jī)的輔助設(shè)備，通常情況下采用的是手搖泵來作為輸入動(dòng)力，通過單油缸對(duì)一些重量較輕體積較小的設(shè)備來進(jìn)行起吊和抓取，以此來彌補(bǔ)巖心鉆機(jī)在一些小型事故處理工作當(dāng)中的工作能力。該工具在一些孔深較深的巖心鉆探工作當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。深孔巖心鉆機(jī)具有超高的液壓工作動(dòng)力系統(tǒng)，內(nèi)部壓力為63MPa，在大噸位的單體油缸起拔過程當(dāng)中，整個(gè)起拔的力度可以超過2500kN，可以充分滿足深孔地質(zhì)勘探工作的事故處理需求，對(duì)地質(zhì)深孔勘探工作提供了良好的技術(shù)保障[5]。

3 結(jié)語

在地質(zhì)鉆探工作當(dāng)中需要以預(yù)防工作為主，面對(duì)比較復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的鉆探事故在所難免，因此需要從技術(shù)手段以及所使用的設(shè)備條件上來進(jìn)行升級(jí)和改造，以此來有效降低鉆孔事故率。