處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故“氣動(dòng)”方法及實(shí)際應(yīng)用

聶新明

中化地質(zhì)礦山總局河北地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050031

在鉆探施工過(guò)程中，鉆具在孔內(nèi)被巖粉、鉆屑及泥漿本身固相成分沉淀聚集物或孔壁坍塌物、流沙等埋陷，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，不能提升，鉆井液不能建立正常循環(huán)的現(xiàn)象，叫埋鉆事故[1]。發(fā)生埋鉆事故將使鉆探施工無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，處理不當(dāng)，會(huì)使鉆孔報(bào)廢，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)可能會(huì)伴有其它安全事故的發(fā)生。埋鉆事故的處理在鉆探業(yè)界是一項(xiàng)比較棘手的技術(shù)難題，筆者所在團(tuán)隊(duì)通過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐探索，首次提出以高壓空氣做動(dòng)力處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故的“氣動(dòng)”理論，研究出一套處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故行之有效“氣動(dòng)”技術(shù)方法，并在煤田防治水地面定向多分支水平注漿孔鉆探工程實(shí)際中進(jìn)行了成功應(yīng)用。

1 處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故“氣動(dòng)”方法

1.1 “氣動(dòng)”原理

以高壓空氣作動(dòng)力，使大風(fēng)量高壓空氣在事故鉆孔內(nèi)形成高速渦旋氣流，對(duì)鉆探孔內(nèi)埋鉆固相成分進(jìn)行吹刷或抽吸，使這些固相成分產(chǎn)生擾動(dòng)或搬移，完成事故鉆具解埋處理，也可以通俗地理解為通過(guò)人為的方式制造鉆孔井噴[2]，利用高壓空氣使孔內(nèi)造成埋鉆的固相成分產(chǎn)生擾動(dòng)或搬移。

1.2 處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故“氣動(dòng)”方法分類

根據(jù)空氣進(jìn)氣流向劃分為三種：正循環(huán)法、反循環(huán)法以及混合法。

1.2.1 正循環(huán)法

從事故鉆桿內(nèi)壓入大風(fēng)量高壓空氣，氣流通過(guò)孔底鉆頭后，進(jìn)入鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙即環(huán)狀空間，對(duì)環(huán)狀空間內(nèi)埋鉆固相成分自下而上進(jìn)行吹刷；當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，通過(guò)鉆桿進(jìn)行突放氣，這時(shí)，環(huán)狀空間形成自上而下的渦旋氣流，該股渦旋氣流通過(guò)鉆頭底部進(jìn)入鉆桿，在鉆桿內(nèi)改變?yōu)楦咚偕仙臏u旋氣流，對(duì)環(huán)狀空間內(nèi)埋鉆固相成分自下而上進(jìn)行吹刷或抽吸；通過(guò)反復(fù)壓、放氣作業(yè)，對(duì)孔內(nèi)埋鉆固相成分實(shí)施擾動(dòng)或搬移，直至事故鉆具解埋。

1.2.2 反循環(huán)法

從事故鉆桿外環(huán)狀空間壓入大風(fēng)量高壓空氣，對(duì)環(huán)狀空間內(nèi)埋鉆固相成分自上而下進(jìn)行吹刷；當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，進(jìn)行突放氣，在鉆桿外環(huán)狀空間內(nèi)形成高速上升的渦旋氣流，對(duì)環(huán)狀空間內(nèi)埋鉆固相成分自上而下進(jìn)行吹刷或抽吸；通過(guò)反復(fù)壓、放氣作業(yè)，對(duì)孔內(nèi)埋鉆固相成分實(shí)施擾動(dòng)或搬移，直至事故鉆具解埋。

1.2.3 混合法

即正循環(huán)和反循環(huán)兩種方法交互混合使用，完成埋鉆事故的處理。

2 處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故“氣動(dòng)”方法應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

華北型煤田山西省某煤礦奧灰含水層區(qū)域注漿改造工程鉆探工程項(xiàng)目是一項(xiàng)通過(guò)地面定向多分支水平井注漿方式，降低井下采掘期間水害威脅風(fēng)險(xiǎn)的工程[3]。本工程最初設(shè)計(jì)ZK1 和ZK2 兩個(gè)地面主孔，13 個(gè)水平分支孔，鉆探工作量為13000m，后來(lái)在施工過(guò)程中根據(jù)工程實(shí)際需要不斷進(jìn)行修改完善，最終設(shè)計(jì)確定為ZK1、ZK2、ZK3 三個(gè)地面主井，36 個(gè)水平或似水平分支孔。其中，ZK1孔由1 直井段，1 造斜段，10 個(gè)分支孔構(gòu)成；ZK2孔由1 直井段，1 造斜段，15 個(gè)分支孔（Y1，Y2，…，Y15）構(gòu)成；ZK3 孔由1 直井段，1 造斜段，11 個(gè)分支孔（T1，T2，…，T11）構(gòu)成，根據(jù)實(shí)際需要從T1 分支孔上側(cè)鉆又增添了4 個(gè)附加分支孔（T1-1，T1-2，T1-3，T1-4），設(shè)計(jì)鉆探工作量約30000m，工程施工設(shè)計(jì)井身軌跡平面投影示意圖（圖1）。目前該項(xiàng)目ZK1、ZK2 兩井已全部完工，ZK3 已完工1 直徑段、1 造斜段和7 個(gè)分支孔（T1，T2，…，T7）及T1-1、T1-2、T1-3、T1-4 附加分支孔。在施工ZK3-T4 分支孔終孔時(shí)發(fā)生了重特大卡埋鉆事故。ZK3-T4 實(shí)鉆軌跡平面投影及剖面圖（圖2）以及ZK3-T4 實(shí)鉆軌跡數(shù)據(jù)表（表1）。

圖1工程施工設(shè)計(jì)井身軌跡平面投影示意圖 Fig.1 Schematic diagram of plane projection of well trajectory in engineering construction design

圖2ZK3-T4 實(shí)鉆軌跡平面投影及剖面圖 Fig.2Plane projection and section of ZK3-T4 actual drilling trajectory

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)工程施工設(shè)計(jì)，3 個(gè)地面主孔鉆孔結(jié)構(gòu)相同，都下三層保護(hù)套管。一開(kāi)采用φ444.5mm 鉆頭開(kāi)孔進(jìn)入基巖層段10m，下入φ339.7mm×9.65mm石油套管；二開(kāi)采用φ311.1mm 鉆頭開(kāi)孔施工至2號(hào)煤采空區(qū)底板下20m，下入φ244.5mm×8.89mm石油套管；三開(kāi)進(jìn)入造斜段，采用φ215.9mm 鉆頭施工至奧灰頂界面一下 2m ， 下入φ177.8mm×9.19mm 石油套管，每級(jí)套管必須用水泥做永久性固封；四開(kāi)采用φ152.4mm 鉆頭裸孔鉆進(jìn)，進(jìn)入奧陶系灰?guī)r頂界面下25～40m，進(jìn)行水平或似水平分支孔鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中若遇到斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致井眼漏失時(shí)，起鉆注漿封堵漏失層段。待注漿完成后下鉆掃水泥，繼續(xù)鉆進(jìn)直至終孔。每級(jí)入井套管均為從井口開(kāi)始，下至孔底，俗稱“通天”套管[4]。

2.3 事故發(fā)生過(guò)程

ZK3-T4 水平分支孔，2019 年6 月4 日晚上23:30，鉆進(jìn)至孔深1580.32m 時(shí)鉆井液發(fā)生突發(fā)性漏失，漏失量為20m3/h，沒(méi)有按照注漿規(guī)程要求：鉆進(jìn)過(guò)程中遇見(jiàn)沖洗液漏失量大于5m3/h 時(shí)，頂漏鉆進(jìn)10m，壓入清水替換沖洗液，提鉆觀測(cè)水位，然后下入深井潛水泵進(jìn)行抽水洗井直至水清砂凈后，進(jìn)行注漿。機(jī)臺(tái)完鉆心切，鉆孔又比較深，提一次大鉆需要8 個(gè)小時(shí)，怕費(fèi)力費(fèi)時(shí)，準(zhǔn)備頂漏鉆進(jìn)至終孔后再向有關(guān)部門報(bào)告；2019 年6 月6 日下午15:00，鉆進(jìn)至1776.50m 時(shí)，鉆孔再次突發(fā)性漏失，鉆井液失返，此時(shí)鉆井液漏失量已大于55m3/h，在此情況下向甲方匯報(bào)并請(qǐng)示，甲方根據(jù)設(shè)計(jì)要求同意頂漏鉆進(jìn)至1780m 終孔。終孔后繼續(xù)進(jìn)行不停泵沖孔、上下活動(dòng)鉆具，等待甲方、監(jiān)理等有關(guān)人員前來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。

當(dāng)日16:00，有關(guān)各方現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收人員到達(dá)井場(chǎng)，進(jìn)行井斜數(shù)據(jù)復(fù)測(cè)，17:00 驗(yàn)收結(jié)束，機(jī)臺(tái)隨即進(jìn)行起鉆作業(yè)，起鉆第一根時(shí)，稱重壓力表懸重顯示正常；起鉆第二根鉆桿時(shí)，上提困難，當(dāng)?shù)诙@桿下接頭提出至孔口位置時(shí)，上提懸重由50t逐漸增加至130t 無(wú)法繼續(xù)上提，上下活動(dòng)量只有1m 鉆桿內(nèi)在伸縮量的長(zhǎng)度，鉆機(jī)扭矩高達(dá)9000N·m 鉆具無(wú)法回轉(zhuǎn)，由于孔內(nèi)漏失，泥漿泵可以正常工作，鉆井液無(wú)法建立正常循環(huán)，下部鉆具已經(jīng)被卡埋至死。

2.4 事故的原因分析及處理原則確定

2.4.1 原因分析

埋鉆事故發(fā)生后，井隊(duì)長(zhǎng)立即召集當(dāng)班的機(jī)、班長(zhǎng)，鉆探、地質(zhì)、定向等有關(guān)技術(shù)人員對(duì)事故原因進(jìn)行了認(rèn)真分析：

（1）客觀原因。是地層因素，ZK3-T4 分支孔鉆遇TDf-16和TDf-15兩個(gè)漏失斷層構(gòu)造帶（見(jiàn)圖1）。

（2）ZK3-T4 分支孔軌跡設(shè)計(jì)復(fù)雜[5]。ZK3-T1孔軌跡井斜增斜降斜就比較復(fù)雜，ZK3-T4 分支孔又是從ZK3-T1 孔1400m 大孔深位置側(cè)鉆鉆進(jìn)，從側(cè)鉆點(diǎn)就開(kāi)始大幅度地增斜，孔段長(zhǎng)僅僅380m，井斜從88.18°增至98.74°，方位從27°降至0°，造斜率最大處達(dá)12.73°/30m（表1），施工難度極大。

（3）人為因素。其一，鉆進(jìn)到1580.32m 鉆井液出現(xiàn)漏失量為20m3/h 突發(fā)性漏失，這時(shí)環(huán)狀空間鉆井液上返速度明顯下降，攜帶鉆屑能力嚴(yán)重不足[6]，在此情況下，沒(méi)有按照奧灰含水層區(qū)域注漿改造的有關(guān)規(guī)程要求進(jìn)行提鉆，心存僥幸，為后續(xù)鉆孔施工埋下了隱患；其二，鉆進(jìn)至孔深1778.50m 鉆孔再次發(fā)生突發(fā)性漏失，鉆井液失返，這時(shí)鉆屑迅速下沉，沒(méi)有及時(shí)提鉆，而是繼續(xù)鉆進(jìn)至終孔，使預(yù)防埋鉆事故的發(fā)生再次失去最佳時(shí)機(jī)；其三，2019 年6 月6 日，當(dāng)鉆井液再次突發(fā)性漏失時(shí)，正趕上天空降雨，終孔在即，職工情緒急躁，在頂漏鉆進(jìn)時(shí)泥漿箱內(nèi)鉆井液沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)充，致使終孔后沖孔時(shí)間不夠長(zhǎng)，沒(méi)有有效地阻止鉆屑的沉降速度；另外，無(wú)線隨鉆測(cè)量?jī)x器井斜數(shù)據(jù)信號(hào)全部靠沖洗液傳輸，因鉆井液供應(yīng)量不足，耽誤了終孔后井斜復(fù)測(cè)時(shí)間，直接影響了按時(shí)提鉆，井斜復(fù)測(cè)過(guò)程中頻繁停泵、減桿、開(kāi)泵，致使鉆井液在環(huán)狀空間內(nèi)來(lái)回波動(dòng)，更加速了巖屑在井斜造斜率變化最大的地方形成砂床或砂橋埋鉆。

通過(guò)上述分析認(rèn)為：本次事故屬于典型的人為因素造成的砂床或砂橋埋鉆事故；埋鉆卡點(diǎn)位置在側(cè)鉆分支點(diǎn)1400m 至井斜造斜率最大處1440m 前后孔段，砂床或砂橋中心位置應(yīng)該在1440m 處，依據(jù)是在孔深1440m 處是本孔軌跡最低凹地方，垂深為560.18m（表1），鉆井液在全漏失情況下，巖屑無(wú)法上返，上部巖屑和下部巖屑均會(huì)向1440m 位置處沉淀聚集。

2.4.2 事故處理原則

先用傳統(tǒng)方法處理，先內(nèi)后外，處理思路重點(diǎn)要在環(huán)狀空間做文章想辦法，使經(jīng)濟(jì)損失最小的原則。

2.5 傳統(tǒng)方法處理埋鉆事故過(guò)程及效果

2.5.1 常規(guī)處理方法處理

埋鉆事故發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)首先進(jìn)行了常規(guī)方法即“強(qiáng)力起拔回轉(zhuǎn)”處理法處理[7]，由于鉆具內(nèi)部有價(jià)格高昂的隨鉆定向儀器，不敢冒險(xiǎn)超強(qiáng)度處理。決定必須對(duì)孔內(nèi)定向儀器進(jìn)行保護(hù)。由于ZK3-T4 鉆孔軌跡設(shè)計(jì)井斜較大，從側(cè)鉆點(diǎn)開(kāi)始，幾乎一直進(jìn)行增斜鉆進(jìn)，在施工過(guò)程中定向儀器出現(xiàn)多次脫鍵，造成定向儀器失靈，為此，給定向儀器加裝了“頂桿式”防脫鍵裝置，這樣也就失去了單獨(dú)對(duì)定向儀器打撈的可能。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間上下竄動(dòng)扭轉(zhuǎn)鉆具，無(wú)任何效果，至6 月7 日8：00am，決定暫停用此方法處理。

2.5.2 “堿浴”法處理

根據(jù)錄井巖屑和隨鉆伽馬值分析判斷，奧灰風(fēng)化殼內(nèi)有大量的鋁土質(zhì)泥巖成分填充，同時(shí)參照以往埋鉆事故成功的經(jīng)驗(yàn)[3]，將250kg 火堿配制成5m3火堿溶液從環(huán)狀空間用泵注入孔內(nèi)進(jìn)行浸泡，鉆具依舊無(wú)法活動(dòng)。這說(shuō)明堿液對(duì)卡埋鉆固相顆粒物未發(fā)生太大的反應(yīng)，另外，“堿浴”是需要一定的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間的[3]，在鉆孔嚴(yán)重漏失情況下，鉆孔充滿了奧灰水，即使堿液對(duì)卡埋鉆固相顆粒物有反應(yīng)，不會(huì)起太多的反應(yīng)。

2.5.3 環(huán)狀空間壓水法處理

（1）觀測(cè)水位，將鉆桿從孔口卸開(kāi)，從鉆桿內(nèi)測(cè)量水位，測(cè)量結(jié)果水位埋深為73m，這一結(jié)果一方面說(shuō)明鉆孔漏失位置的奧灰含水層承壓水已經(jīng)上來(lái)，因?yàn)閆K3 鉆孔奧灰水正常埋深在71～74m，另一方面說(shuō)明鉆具孔底鉆頭部位沒(méi)有埋死。

（2）檢查鉆桿與孔壁環(huán)狀空間的通透情況，用5m3/h 的潛水泵向環(huán)狀空間內(nèi)敞口注水3h，環(huán)狀空間能夠注滿并外溢，停止注水后液面緩慢下降，這說(shuō)明環(huán)狀空間未被堵死，但通水量不會(huì)大于5m3/h。

（3）環(huán)狀空間壓水處理，封堵環(huán)狀空間上端，用泥漿泵以15m3/h 的泵量向環(huán)狀空間內(nèi)壓水，試圖通過(guò)壓水把造成埋鉆事故的固相顆粒物壓沖開(kāi)，持續(xù)壓水3h，孔口壓力穩(wěn)定在1.5MPa，這時(shí)，上下竄動(dòng)扭轉(zhuǎn)鉆具無(wú)果。但通過(guò)環(huán)狀空間壓水?dāng)?shù)據(jù)再次說(shuō)明下部鉆具未被巖屑堵死，埋鉆卡點(diǎn)上部與下部存在通道。

2.5.4 “發(fā)泡泥漿”沖刷裹攜方法處理

在常規(guī)的泥漿材料配方中加入了一定比例的起泡劑[8]，配置了80m3的發(fā)泡泥漿，試圖利用發(fā)泡泥漿攜帶巖屑能力強(qiáng)的特點(diǎn)，用泥漿把埋鉆固相顆粒物裹攜帶入漏失地層的裂隙當(dāng)中。首先，用泥漿泵通過(guò)鉆桿向孔內(nèi)注入60m3發(fā)泡泥漿，而后向環(huán)狀空間內(nèi)敞口無(wú)壓泵入20m3發(fā)泡泥漿，兩罐發(fā)泡泥漿全部泵入孔內(nèi)后，上下竄動(dòng)扭轉(zhuǎn)鉆具沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期效果。分析原因是鉆孔漏失，通過(guò)鉆桿送入的泥漿全部進(jìn)入漏失構(gòu)造帶；從環(huán)狀空間泵入的泥漿因卡埋點(diǎn)上部和下部通道狹小，泥漿流動(dòng)不暢，不能高速通過(guò)卡埋點(diǎn)通道，泥漿對(duì)埋鉆固相顆粒物裹攜沖刷搬移能力甚微。

2.5.5 單空壓機(jī)正循環(huán)“氣動(dòng)”方法處理

使用為清洗泥漿罐備用的出風(fēng)量30m3/min，出風(fēng)口壓力3.4MPa 空壓機(jī)通過(guò)高壓膠管、水龍頭和鉆桿向孔內(nèi)持續(xù)注氣11h，環(huán)狀空間沒(méi)有感覺(jué)到有明顯的上升氣流，這時(shí)再次使用5m3/h 的潛水泵敞口向環(huán)狀空間注水，此次環(huán)狀空間未能注滿，這說(shuō)明空壓機(jī)注氣對(duì)事故孔內(nèi)埋鉆沉積物具有一定的擾動(dòng)或搬移作用，卡埋點(diǎn)上部和下部通道已經(jīng)變大，此時(shí)大家一致認(rèn)為，如果空壓機(jī)出風(fēng)量和出風(fēng)壓力足夠大，可能會(huì)出現(xiàn)理想的效果，井隊(duì)決定再增加一臺(tái)空壓機(jī)和一臺(tái)增壓機(jī)，利用雙機(jī)并聯(lián)增壓注氣。

2.5.6 震擊器“震擊”法處理

在增壓注氣設(shè)備和配套工器具未到井場(chǎng)之前，用額定激振力40T 的震擊器對(duì)孔內(nèi)事故鉆具進(jìn)行震擊處理。分析研究認(rèn)為：地面定向水平分支鉆孔與普通垂直鉆孔不同，激振力過(guò)大，向下震擊很可能會(huì)擊破孔內(nèi)套管，向上震擊可能會(huì)擊斷孔內(nèi)鉆桿，對(duì)后續(xù)處理工作會(huì)帶來(lái)更多的麻煩；激振力過(guò)小，恐怕對(duì)卡埋鉆事故的處理難起作用，最后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)把震擊器激振力確定在26～28t 之間。使用震擊器上下交替持續(xù)震擊鉆具5h，事故鉆具依舊無(wú)法解卡。分析原因是：在地面定向水平分支鉆孔使用震擊器，震擊能量基本上被造斜段孔壁吸收殆盡，不同于垂直孔卡埋鉆事故，震擊能量能夠很快作用于鉆具卡埋處，在地面定向水平分支鉆孔使用震擊器，激振力很難傳遞到鉆具卡埋位置。

2.6 大風(fēng)量高壓“氣動(dòng)”方法對(duì)ZK3-T4 卡埋鉆事故處理

2.6.1 主要設(shè)備及配套裝置

本次大風(fēng)量高壓“氣動(dòng)”方法處理ZK3-T4 卡埋鉆事故使用的主設(shè)備是兩臺(tái)空壓機(jī)和一臺(tái)空氣增壓機(jī)及自制半合式封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置一套。其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2主設(shè)備主要技術(shù)參數(shù) Table 2Main technical parameters of main equipments

2.6.2 設(shè)備管路聯(lián)接方法

兩臺(tái)空壓機(jī)出風(fēng)口接高壓膠管通過(guò)一個(gè)特制的三通并聯(lián)后與空氣增壓機(jī)的進(jìn)風(fēng)口對(duì)接，空氣增壓機(jī)的出風(fēng)口接高壓膠管與現(xiàn)場(chǎng)施工用的管口聯(lián)接（圖3）。

圖3設(shè)備管路聯(lián)接平面示意圖 Fig.3 Plan sketch of equipment pipeline connection

2.6.3 封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置設(shè)計(jì)與制作

①封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置設(shè)計(jì)的技術(shù)要求：要想成功實(shí)施處理卡埋鉆事故的“氣動(dòng)”方法，必須對(duì)鉆孔的環(huán)狀空間進(jìn)行有效密封。處理卡埋鉆事故的“氣動(dòng)”方法，對(duì)環(huán)狀空間封孔孔口裝置的技術(shù)要求：為實(shí)現(xiàn)能在孔內(nèi)形成高壓氣流，要求密封可靠；成功處理一起卡埋鉆事故可能需要多次充、放氣和隨時(shí)活動(dòng)鉆具作業(yè)，要求裝、卸方便快捷；為滿足高壓空氣能夠順利注入和排放，要求有良好的氣體進(jìn)、出通道和安全控制閥門；為確保安全，要求有壓力數(shù)據(jù)顯示。②封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置的結(jié)構(gòu)：因?yàn)榭胥@事故發(fā)生后，孔內(nèi)鉆桿無(wú)法提出孔外，為滿足對(duì)“氣動(dòng)”方法的需要，對(duì)分體式不提鉆鉆孔壓水試驗(yàn)孔口裝置[9]進(jìn)行改進(jìn)，封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置的下部保留了分體式不提鉆鉆孔壓水試驗(yàn)孔口裝置原來(lái)的下接頭全部；上部配件全部設(shè)計(jì)為“半合式”，法蘭盤設(shè)計(jì)成兩部分，“揣手”對(duì)接，“揣手”接口用密封膠密封，法蘭底面加工有“子口”與下部法蘭上加工的“母口”間加裝密封圈進(jìn)行密封，法蘭上面對(duì)應(yīng)加工兩半式密封盒，密封盒外加工有雙耳，通過(guò)螺栓夾緊，密封盒內(nèi)安放V 形密封橡膠圈，密封圈放置前均沿著軸向?qū)ΨQ切成兩半，密封圈切縫與兩半式密封盒接縫應(yīng)錯(cuò)位安放，兩半式密封圈壓蓋對(duì)縫與兩半式密封盒對(duì)縫及密封圈切縫均應(yīng)錯(cuò)位安放，密封圈壓蓋與密封盒用壓蓋螺栓聯(lián)接，通過(guò)調(diào)整壓蓋螺栓的松緊來(lái)調(diào)整密封圈對(duì)孔內(nèi)鉆桿的密封程度。上下部法蘭用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接（圖4）。

圖4封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置 Fig.4Orifice device of closed drilling annular space

2.6.4 大風(fēng)量高壓充氣正循環(huán)“氣動(dòng)”方法處理

6 月11 日5:00 同時(shí)使用兩臺(tái)空壓機(jī)和一臺(tái)空氣增壓機(jī)，兩臺(tái)空壓機(jī)出風(fēng)口接高壓膠管通過(guò)一個(gè)特制的三通并聯(lián)后與空氣增壓機(jī)的進(jìn)風(fēng)口對(duì)接，空氣增壓機(jī)的出風(fēng)口接高壓膠管與現(xiàn)場(chǎng)施工用的管匯聯(lián)接，通過(guò)管匯和高壓膠管、水龍頭與鉆孔內(nèi)鉆桿聯(lián)通，向孔內(nèi)充入空氣，環(huán)狀空間敞口，同時(shí)不間斷地上下竄動(dòng)扭轉(zhuǎn)活動(dòng)鉆具。持續(xù)注氣3h，氣壓穩(wěn)定在1.5MPa，環(huán)狀空間感覺(jué)到有明顯的上升氣流，但鉆具活動(dòng)量無(wú)明顯變化，鉆具依舊無(wú)法解卡。分析原因是鉆孔漏失量過(guò)大，注入鉆孔內(nèi)的空氣未能充滿整個(gè)鉆孔和漏失的構(gòu)造空間。正循環(huán)環(huán)狀空間敞口注氣，有利于活動(dòng)鉆具，但不利形成高壓氣流。

2.6.5 大風(fēng)量高壓充氣反循環(huán)“氣動(dòng)”方法處理

6 月11 日10:30 同時(shí)使用兩臺(tái)空壓機(jī)和一臺(tái)增壓機(jī)，通過(guò)封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置的進(jìn)氣管道，向環(huán)狀空內(nèi)注入壓縮空氣，11:00 孔口氣壓上升至5.1MPa，隨后壓力緩慢下降，壓力數(shù)據(jù)由大變小表明孔內(nèi)卡埋鉆事故點(diǎn)處通道由小變大，造成埋鉆事故的固相顆粒物發(fā)生擾動(dòng)或搬移，11:30 壓力下降至4.6MPa，后空壓機(jī)和增壓機(jī)一直滿負(fù)荷3h，孔口壓力一直穩(wěn)定在4.6MPa，14:20 累計(jì)向孔內(nèi)注入空氣14400m3，停止注氣，同時(shí)迅速打開(kāi)放氣控制閥門進(jìn)行突放氣作業(yè)（圖5），如同“汽笛”鳴叫，期初是高速水汽呼嘯狂噴，接著變?yōu)闇啙岬哪嗨蛧姡俸笥袣?、水以及含有泥沙、巖屑等固相顆粒物混合物一同噴出，待泄壓后，14:45 迅速拆除環(huán)狀空間封孔注氣孔口裝置上的密封圈壓蓋，開(kāi)始上下竄動(dòng)扭轉(zhuǎn)鉆具，當(dāng)下壓著扭轉(zhuǎn)鉆具10圈，扭矩增大至5000N·m 左右時(shí)，扭矩穩(wěn)定，不再繼續(xù)上升，這時(shí)停止扭轉(zhuǎn)鉆具，兩分鐘后，扭矩自然釋放，鉆具未發(fā)生倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這一現(xiàn)象表明下壓扭轉(zhuǎn)鉆具已有松動(dòng)的跡象，接著進(jìn)行上拉扭轉(zhuǎn)鉆具操作，扭矩急劇上升，15:50 搶拆環(huán)狀空間封孔孔口裝置，15:53 啟動(dòng)泥漿泵向孔內(nèi)送水，開(kāi)泵的同時(shí)不停地上下竄動(dòng)扭轉(zhuǎn)活動(dòng)鉆具，當(dāng)泥漿泵轉(zhuǎn)速?gòu)?60r/min（泵量為18.8m3/h）逐漸提速至180r/min（泵量為55.3m3/h）時(shí)，井口出現(xiàn)間歇性返漿現(xiàn)象并伴有大量氣體間歇性噴發(fā)，這時(shí)強(qiáng)力提升扭轉(zhuǎn)鉆具，當(dāng)提升力達(dá)100t，扭矩達(dá)5000N·m 時(shí)孔內(nèi)鉆具被拉動(dòng)，16:25 孔內(nèi)第一根鉆桿被提出孔口，當(dāng)卸下第一根鉆桿后，試圖提升第二根鉆桿時(shí)，拉力驟增至120t，鉆具每旋轉(zhuǎn)180°，就遇一個(gè)扭矩增長(zhǎng)點(diǎn)，一直上升至9000N·m，鉆具卡埋現(xiàn)象又恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。16:50 井隊(duì)決定停止活動(dòng)鉆具實(shí)施第二次反循環(huán)注氣作業(yè)。

圖5突放氣作業(yè) Fig.5Sudden gas exertion operation

17:15 封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置安裝完畢，17:30 啟動(dòng)空壓機(jī)和增壓機(jī)，再次從環(huán)狀空間向孔內(nèi)注氣，17:50 孔口氣壓上升至4.86MPa 后壓力開(kāi)始緩慢下降，18:10 壓力下降至4.55MPa，空壓機(jī)和增壓機(jī)一直滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，孔口壓力持續(xù)穩(wěn)定在4.55MPa，19:45 累計(jì)向孔內(nèi)注入空氣9000m3，停止注氣，同時(shí)迅速打開(kāi)放氣控制閥門，出現(xiàn)與上次突放氣同樣的現(xiàn)象。20:00 泄壓結(jié)束，搶拆環(huán)狀空間封孔孔口裝置，20:20 開(kāi)始上下竄動(dòng)扭轉(zhuǎn)活動(dòng)鉆具，最初，提升力100T，鉆具無(wú)法提動(dòng)。隨后進(jìn)行鉆具懸重扭轉(zhuǎn)，當(dāng)鉆具扭轉(zhuǎn)8圈時(shí)，扭矩達(dá)到8000N·m，悶死回轉(zhuǎn)器3min，扭矩自動(dòng)漸漸降為3500N·m；再次扭轉(zhuǎn)鉆具，當(dāng)鉆具扭轉(zhuǎn)10 圈時(shí)，扭矩又升至8000N·m，再次悶死回轉(zhuǎn)器，3min 后扭矩又重新自動(dòng)降為3500N·m；第三次再度扭轉(zhuǎn)鉆具，當(dāng)鉆具扭轉(zhuǎn)12圈時(shí)，扭矩上升至8000N·m，再次悶死回轉(zhuǎn)器，2min 后鉆具突然旋轉(zhuǎn)，扭矩突降為0N·m；20:30鉆具可以正?；剞D(zhuǎn)，鉆具懸重回落至正常噸位，20:32 鉆具可以正常提升，鉆具解卡。21:50，當(dāng)鉆具上提至1462m 左右，再次遇卡，上下竄動(dòng)鉆具3min 后提升力達(dá)100T 進(jìn)行強(qiáng)力提升，提出一根鉆桿后懸重回歸正常，鉆具完全成功解卡，通過(guò)提鉆后對(duì)螺桿鉆具扶正器的印記（圖6）判斷本次埋鉆事故卡埋點(diǎn)下端在1461m 處，鉆具遇阻原因是砂橋?qū)β輻U鉆具扶正器的卡阻所致。2019 年6 月12 日凌晨8:00 所有孔內(nèi)鉆具全部提出孔口，至此，ZK3-T4 鉆孔重特卡埋鉆事故的處理，歷時(shí)135h 宣告勝利結(jié)束。

圖6帶有鉆屑的鉆具扶正器 Fig.6Drilling tool centralizer with drill chip

3 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

（1）在鉆探施工中必須嚴(yán)格按照鉆探及有關(guān)技術(shù)規(guī)程施工，在任何時(shí)候都不能心存僥幸。

（2）在鉆探施工中，鉆孔出現(xiàn)漏失時(shí)，即使在鉆井液失返的情況下也不能馬上停止泥漿泵工作，以減緩巖屑的沉降速度。

（3）在地面定向水平分支鉆孔施工時(shí)，當(dāng)設(shè)計(jì)鉆孔軌跡井斜較大，隨鉆定向儀器需要加裝防脫鍵裝置時(shí)，盡可能地使用“球卡式”代替“頂桿式”，以方便出現(xiàn)孔內(nèi)事故定向儀器打撈。

4 結(jié)論

（1）首次提出以高壓空氣做動(dòng)力處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故的“氣動(dòng)”理論，通過(guò)ZK3-T4 鉆孔重大埋鉆事故的成功處理，證明處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故的“氣動(dòng)”方法是科學(xué)實(shí)用的，具有巨大應(yīng)用和推廣價(jià)值。

（2）“半合式”封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置，設(shè)計(jì)合理，性能可靠，不僅可應(yīng)用于“氣動(dòng)”方法處理孔內(nèi)卡埋鉆事故，而且還可用于在不提鉆的情況下需要封閉環(huán)狀空間多個(gè)領(lǐng)域，具有無(wú)限的使用空間。

（3）使用正循環(huán)“氣動(dòng)”方法處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故時(shí)，建議封閉環(huán)狀空間，增強(qiáng)“氣動(dòng)”效果，并盡可能通過(guò)封閉鉆孔環(huán)狀空間孔口裝置進(jìn)行突放氣作業(yè)，以避免通過(guò)鉆桿突放氣造成鉆具內(nèi)部定向儀器或其他裝置的砂堵破壞。

（4）處理鉆探孔內(nèi)埋鉆事故的“氣動(dòng)”方法，在大口徑地面定向水平分支孔中應(yīng)用獲得成功，對(duì)于在小口徑或垂直孔卡埋鉆事故處理中的使用有待驗(yàn)證。