礦山鉆探工程中的鉆孔事故及其預(yù)防處理探析

夏秋涼，于 峰，周 星

（江西省地質(zhì)局贛西地質(zhì)調(diào)查大隊，江西 南昌 330201）

目前開采深層礦產(chǎn)資源的工程的范圍正在逐漸擴(kuò)大，礦山中的鉆探工程也在不斷向深處進(jìn)發(fā)。但是深部地層的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變，容易產(chǎn)生鉆孔事故，如果發(fā)生鉆孔事故，不僅會影響工程進(jìn)度，還會造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，影響發(fā)展速度。因此，正確的分析事故原因，進(jìn)行合理的預(yù)防和處理，是提高礦采工程效率的有效措施。

1 礦山鉆探工程中鉆孔事故分析

礦山鉆探工程之中的事故按照事故原因大致可以分為兩類，一是人為事故，二是自然事故。在眾多事故之中，由于人為原因造成的事故頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然事故，人為事故主要是由于操作人員在進(jìn)行鉆探工作時沒有嚴(yán)格遵守作業(yè)流程，沒有根據(jù)實際情況采取合理的措施，由此引發(fā)事故。人為事故主要包括鉆具的折斷與脫落事故、燒鉆事故、套管事故以及巖粉埋鉆等，而自然事故主要是由于巖壁不穩(wěn)定引起的孔壁坍塌埋鉆事故以及由于地層破碎造成的掉塊擠夾事故等，自然事故大部分是由于礦山本身的地質(zhì)原因。以下是對于幾種代表性的礦山鉆探工程中鉆孔事故類型的分析。

1.1 燒鉆事故分析

燒鉆事故也包含著幾種類型的事故，它們的分類主要是根據(jù)礦山所處的地質(zhì)狀況以及礦產(chǎn)資源勘探施工的經(jīng)驗，大致有以下幾種類型：第一，礦山鉆探工程中，運用到的鉆孔設(shè)備參數(shù)設(shè)計不符合實際需求，在作業(yè)過程中旋轉(zhuǎn)速度過高，帶動立軸旋轉(zhuǎn)速度隨之變高。沖洗液在輸送的過程之中由于泵的力量不夠，導(dǎo)致輸送速度過慢，礦井底部的鉆頭磨損嚴(yán)重，這種狀況持續(xù)一段時間，會對鉆頭造成持續(xù)磨損，鉆頭整體的使用壽命造成影響，最終燒損狀況嚴(yán)重[1]。

第二，由于所處礦山的地質(zhì)條件復(fù)雜，地層破碎，鉆頭向下深入的過程中處于盲目區(qū)域，施工人員對地下情況不清晰，不斷的增加對鉆頭施加的壓力，導(dǎo)致鉆頭進(jìn)入巖石，并且深度較深，鉆孔內(nèi)部的巖石碎屑沒有及時地清除，鉆頭在工作的過程中不斷受到損害，最終引發(fā)嚴(yán)重的燒鉆事故。

第三，在進(jìn)行作業(yè)時，鉆桿承受了比較大的壓力，但是用來連接鉆桿的螺紋，卻沒有很好的承受壓力的能力，由于施工時的磨損過多，引發(fā)斷裂問題，螺紋斷裂導(dǎo)致沖洗液泄漏，鉆井底部的供油量不足，引發(fā)燒鉆事故。

第四，鉆頭在井下停留的時間過長或是將鉆頭提出的時間過長都會導(dǎo)致巖石碎屑沉淀在鉆井底部，在進(jìn)行鉆孔之前沒有及時的將這些碎屑沖刷清除干凈，造成排水管道堵塞，引發(fā)燒鉆事故。

在礦山鉆探工程中，當(dāng)鉆井深度達(dá)到1012.55m時，就會發(fā)生燒鉆事故，并且情況較為嚴(yán)重。當(dāng)鉆機(jī)設(shè)備的整體轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘255轉(zhuǎn)時，鉆具收到的阻力就會突然增加，產(chǎn)生鉆孔的泵壓保持正常，但鉆孔設(shè)備的工作電流卻迅速增加的問題，鉆孔內(nèi)部的鉆桿被拔出，燒鉆事故嚴(yán)重。

1.2 卡鉆事故分析

顧名思義，卡鉆事故就是指直徑比較粗的鉆具設(shè)備在鉆井內(nèi)部被擠夾，既不能旋轉(zhuǎn)，又不能將鉆具帶出地面的情況，由于卡鉆事故，還會引發(fā)沖洗液流動不暢的問題，在大部分情況下，還會引發(fā)蹩水現(xiàn)象?？ㄣ@事故的另一種誘因是地質(zhì)問題，由于鉆具穿過的路徑地層不穩(wěn)，鉆探作業(yè)對其進(jìn)行了破壞，導(dǎo)致其不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)失去原有平衡狀態(tài)，鉆井內(nèi)部巖壁發(fā)生變形，崩壞的巖石和土層就會向鉆孔的中心移動，情況比較輕的，表現(xiàn)為錯動和位移，情況比較嚴(yán)重的，表現(xiàn)為掉塊、巖石暴露甚至是坍塌，引發(fā)卡鉆事故。第三種原因是巖層疏松，遇到水之后吸水膨脹，導(dǎo)致鉆井的直徑收縮。當(dāng)鉆具穿過類似黏土層、風(fēng)化頁巖這樣塑性大或膠結(jié)性差的巖層，或者是粘性較高的煤層等，由于巖層吸水性強(qiáng)或沖洗液的侵入，導(dǎo)致巖層膨脹，鉆井直徑縮小，也會引發(fā)卡鉆事故。

1.3 埋鉆事故分析

埋鉆事故是指鉆具在鉆井內(nèi)工作時，由于巖石碎屑以及其他施工產(chǎn)生的砂石粉末等將鉆具埋住，例如巖石粉末、孔壁坍塌物、流砂等，鉆具被埋住之后不能轉(zhuǎn)動，不能提出地面，也不能讓水很好的流通。埋鉆事故通常出現(xiàn)在鉆井底部，埋住鉆具的碎屑不僅覆蓋在鉆具上部，并且在鉆具周圍也充滿著掩埋物[2]。

1.4 鉆具折斷與脫落

鉆具折斷與脫落原因比較復(fù)雜，總結(jié)下來一般有以下四點，首先，鉆孔的直徑過大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鉆具的直徑，但仍未采取有效地技術(shù)措施進(jìn)行彌補(bǔ)，反而繼續(xù)向下鉆進(jìn)，鉆具承受的壓力過大，最終斷裂或脫落；其次，鉆井過程中遇到阻礙或沖洗液潤滑的效果不佳，鉆具已經(jīng)出現(xiàn)了扭矩過大的問題仍然盲目開高轉(zhuǎn)速；再次，鉆具的各部件存在磨損嚴(yán)重的問題，彎曲過度、偏磨嚴(yán)重、絲扣嚴(yán)重磨損、出現(xiàn)裂紋或鉆壓過大等；最后，使用到的鉆探設(shè)備質(zhì)量不合標(biāo)準(zhǔn)，沒有達(dá)到施工的要求。

2 礦山鉆探工程中鉆孔事故的預(yù)防處理措施

對于礦山鉆探工程中鉆孔事故，在事故發(fā)生之后采取合理的措施進(jìn)行有效解決是一方面，但是更重要的是在事故發(fā)生之前的預(yù)防措施，預(yù)防工作做得好可以減少事故發(fā)生頻率，甚至可以杜絕事故的發(fā)生。

2.1 掉塊卡夾鉆具的預(yù)防處理

如果使用的鉆具設(shè)備帶有反鉆頭，在出現(xiàn)卡頓的情況下，可以采用一邊向上提拉，一邊開車上掃的方法進(jìn)行處理。如果這種方法不能解決卡頓，就可以采取吊錘上下振打的方法進(jìn)行處理，若以上兩種方法都沒有解決問題，就需要返回全部鉆桿。當(dāng)只剩余最后一根短鉆桿時，利用孔內(nèi)沖震的方法來解決卡頓情況。如果是在鉆孔中途出現(xiàn)卡夾事故，應(yīng)當(dāng)加重鉆具深入鉆井內(nèi)部反復(fù)沖打。

進(jìn)行反復(fù)沖打之后，要利用絲錐撈取短鉆桿的粗徑鉆具，當(dāng)卡夾在鉆井底部時，使用沖擊震動對鉆井內(nèi)部的卡夾進(jìn)行震動處理，當(dāng)出現(xiàn)有效變化之后，就可以將事故鉆具撈取出來。震動器到達(dá)鉆井內(nèi)部時，借助絲錐扭來接取事故鉆具。震動器使用之前，要對其各個部位的組件進(jìn)行檢查，防止在井下作業(yè)時，發(fā)生新事故。在向下鉆探的過程之中，要進(jìn)行尺寸的預(yù)留，并且預(yù)留出的尺寸要適宜，保證升降機(jī)在運行過程中可以被有效掌控，防止跑管，當(dāng)震動器逐漸靠近事故鉆具時，下降的速度要減緩。震動開始之前，需要向鉆井內(nèi)部輸送水用以降溫，保證震動器在工作的過程中溫度不會升的太高。在工作過程中聽到回轉(zhuǎn)音后，要及時停車處理，如果此時立軸向上移動，需要及時停車提鉆進(jìn)行解決[3]。

使用擴(kuò)、磨等手段。如果巖石無法承受大壓力的鉆探工作，就要采取合理的方式擴(kuò)大鉆孔直徑，再進(jìn)行鉆具的套取。若鉆孔的深度較深，巖層又比較堅硬，就要采取小徑透的方式。在鉆進(jìn)過程中利用振動的方式解除卡夾之后，借助絲錐工具將事故鉆具打撈上來。

2.2 巖層縮頸卡夾鉆具的預(yù)防處理

利用升降機(jī)將鉆具向上提拉，借助千斤頂向上頂起鉆具。在解決巖層縮頸卡夾鉆具問題時，不適合采用擴(kuò)大直徑的方式，這種做法會擴(kuò)大鉆孔的直徑，引發(fā)雙重擠夾問題，加重?fù)p失。對于粗徑鉆具出現(xiàn)卡夾情況，可以采取剖、磨等手段實現(xiàn)問題的解決。縮徑卡夾鉆具問題主要是由于巖層側(cè)面壓力過大所導(dǎo)致的，采取透的方式無法解決現(xiàn)有問題。

2.3 鋼粒或碎合金粒擠夾鉆具的預(yù)防處理

鉆具在作業(yè)時本身會出現(xiàn)磨損問題，鉆具上的部件在磨損時會出現(xiàn)鋼粒和碎合金，這些鋼粒和碎合金會反過來對鉆具進(jìn)行擠夾，解決這個問題可以強(qiáng)化沖洗液泵的強(qiáng)度，利用沖洗液進(jìn)行循環(huán)沖洗，沖散鋼粒和碎合金，降低鉆具擠夾的程度。如果擠夾情況比較輕微，可以一邊循環(huán)沖洗，以便利用外降機(jī)提拉，擴(kuò)大鉆具的施工范圍，處理鉆具的擠夾問題。

這種方式如果沒有得到良好的效果，就可以利用吊錘進(jìn)行沖打，特別是鉆井深度不深的情況下，處理的結(jié)果比較好。當(dāng)鉆井的深度比較深，或者是擠夾情況較為嚴(yán)重，就要借助震動器進(jìn)行問題的解決。

2.4 燒鉆事故的預(yù)防處理

處理燒鉆事故，擺在首要位置的就是任務(wù)，就是要對礦山鉆探工程的施工情況有一個完整的了解，對鉆井內(nèi)部地質(zhì)的分層情況進(jìn)行了解，可以對鉆孔底部的燒鉆程度進(jìn)行判斷，分析出是在哪一階段的巖層出現(xiàn)了事故，根據(jù)實際的情況及時的對事故進(jìn)行預(yù)防和處理。礦山鉆探工程中存在著多種類型的燒鉆事故，要根據(jù)事故發(fā)生的原因以及實際情況采取合理的解決措施。

如果燒鉆事故的情況比較輕微，可以利用卷揚機(jī)卷起鉆頭，當(dāng)出現(xiàn)輕微旋轉(zhuǎn)時，就可以卷起鉆頭，倘若這種預(yù)防處理方式?jīng)]有產(chǎn)生效果，則可以利用吊車將其吊起。完整的燒鉆地層處在一種比較平衡的狀態(tài)，鉆井底部比較干凈，因此，可以利用清水浸泡鉆頭燒結(jié)部位，使燒結(jié)部位變軟。由于熱脹冷縮，燒結(jié)的部位在冷卻之后會產(chǎn)生裂紋，降低了解決這一問題的難度，讓提升鉆具更加容易。

在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的情況之下進(jìn)行燃燒鉆井工作，因為鉆井的地層條件比較復(fù)雜，難以對其有一個很好的掌握。這種工作下使用的沖洗液主要應(yīng)該以泥漿和高粘度非固態(tài)沖洗液為主，鉆井的直徑較小，孔壁狹窄，作業(yè)時產(chǎn)生的沉積粉狀巖屑還會對鉆井壁有一定的吸附作用。由于發(fā)生事故需要長時間停止鉆井，這樣會使鉆孔內(nèi)部的情況更加復(fù)雜，因此，處理燒鉆事故，一定要安全、準(zhǔn)確且及時。若采取吊車將其吊起的方法或利用千斤頂將其頂起的方法不能解決問題，可以先將鉆井內(nèi)部的的鉆桿向反方向推進(jìn)，再根據(jù)實際的情況采取套管、劈開、打孔等手段進(jìn)行合理的解決[4]。

2.5 卡埋鉆事故的預(yù)防處理

同燒鉆事故一樣，在開始鉆探工程之前，首先就要對巖層的結(jié)構(gòu)有一個充分的了解，這樣在發(fā)生卡埋鉆事故時，就可以對事故發(fā)生地點的具體位置進(jìn)行迅速準(zhǔn)確的確定。再根據(jù)事故發(fā)生的具體情況，進(jìn)行合理的分析與探討，制定出行之有效的卡埋鉆事故處理方案。在解決問題的過程中，要采取速度快、成本低且效果好的處理方式和相關(guān)設(shè)備，解決卡埋鉆事故。特別是針對深度較深的鉆井階段發(fā)生的卡埋鉆事故，因為其深度較深，存在一定的復(fù)雜性和特殊性，通常情況下運用的處理方法限制較多，因此，必須根據(jù)卡埋鉆事故的實際情況制定處理方案。同時，在卡埋鉆事故發(fā)生以后，對鉆孔設(shè)備不要進(jìn)行大幅度的猛烈提拉，盡力保證沖洗液可以維持大流量的流通，并且保持循環(huán)狀態(tài)。針對卡埋鉆事故，它的預(yù)防處理措施主要有以下幾點。

第一，當(dāng)鉆井設(shè)備被巖石碎塊卡住或者堵塞，此時如果沖洗液仍能保持循環(huán)通暢，必須增強(qiáng)鉆井設(shè)備的泵強(qiáng)度對鉆井內(nèi)部進(jìn)行沖洗，與此同時，利用間歇性循環(huán)手段，對鉆孔清洗液的鉆探性能進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)其攜帶巖粉的能力，將卡埋鉆事故發(fā)生位置的巖石碎塊沖開，完成事故的處理。

第二，在事故發(fā)生之后，應(yīng)當(dāng)多次嘗試對鉆孔工具進(jìn)行活動，但注意幅度不要太大、力道不要過猛，拉動鉆具的速度也應(yīng)該較為緩慢。

第三，還可以運用吊錘，利用打吊錘時鉆桿之間傳遞的振動力量來處理卡鉆事故。需要注意的是，在嚴(yán)重坍塌的事故中不適宜使用打吊錘的方式進(jìn)行解卡，這會對巖層造成二次損毀，可能會加重坍塌情況，無法達(dá)到解除卡鉆的目的。

第四，如果在鉆井內(nèi)部比較復(fù)雜的情況下發(fā)生了卡埋鉆事故，是比較難處理的，運用以往的處理方法得到的效果不佳，可以采用偏心裝置側(cè)鉆來繞過卡埋鉆事故發(fā)生的地點，或者運用切削的方法，分段切割卡埋鉆事故的鉆桿和鉆具，再將其打撈上來。

3 總結(jié)

綜上所述，礦山鉆探工程是一項比較大規(guī)模的工程，存在著多種類型的鉆孔事故，這些鉆孔事故中，人為原因占有的比例較大，這就要求施工人員在施工中應(yīng)該嚴(yán)格的遵守操作流程，預(yù)防事故的發(fā)生，在事故發(fā)生之后，采取合理的解決措施，解決過程也要運用合理的措施。在事故處理完畢之后，要從中總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，降低事故發(fā)生的頻率，保證施工效率，降低開采成本。