煤礦井下定向鉆孔常見(jiàn)孔內(nèi)事故預(yù)防與處理

靳衛(wèi)

摘要：根據(jù)煤礦鉆井事故管理的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了煤礦定向鉆井中常見(jiàn)的鉆井事故類型。根據(jù)事故的特點(diǎn)和規(guī)律，將常見(jiàn)的鉆孔分為卡鉆、鉆具斷落等兩大類七個(gè)亞類。通過(guò)分析事故原因、事故特點(diǎn)和各類事故的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本著“安全、快速、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)”的原則，提出了相應(yīng)的預(yù)防和處理措施，目的是為煤礦井下定向鉆進(jìn)的更好運(yùn)行創(chuàng)造一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤礦;公錐打撈;母錐打撈;套銑打撈

近年來(lái)，隨著定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦井下瓦斯抽放、探放水及頂?shù)装遄{等方面的不斷推廣應(yīng)用，鉆進(jìn)深度遇到了越來(lái)越深、越來(lái)越復(fù)雜的地層，鉆井過(guò)程中發(fā)生各種事故的概率越來(lái)越大。此外，處理事故需要大量的人力和物力。有些鉆孔在經(jīng)過(guò)多次處理后可能無(wú)法成功，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，我們必須高度重視，積極預(yù)防，科學(xué)對(duì)待。

1、井內(nèi)事故頻發(fā)的類型

目前，煤礦井下定向鉆孔施工中常見(jiàn)的鉆孔事故類型主要分為粘結(jié)裂縫和鉆具裂縫。

2、鉆井事故頻發(fā)的預(yù)防和處理

礦坑里的事故往往是突然發(fā)生的，而且是隱藏的。在預(yù)防和處理過(guò)程中，要按照“安全、快速、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)”的原則，明確各類事故的原因和發(fā)生情況，提出相應(yīng)的預(yù)防和處理措施。

2.1事故的預(yù)防和處理

在鉆進(jìn)、起下鉆、加接單根、調(diào)整工 具面或循環(huán)沖孔過(guò)程中都有可能發(fā)生。目前，常見(jiàn)的卡鉆類 型有孔壁坍塌卡鉆、縮徑卡鉆和沉渣卡鉆。

2.1.1事故原因

井壁坍塌的原因很多，如地層條件差，未膠結(jié)或膠結(jié)性差，存在構(gòu)造破碎帶、節(jié)理發(fā)達(dá)和易水化膨脹等都容易引起孔壁坍塌;就工藝而言，清洗介質(zhì)的選擇、沖洗液的設(shè)置、BHA、軌跡和鉆井參數(shù)的選擇將影響鉆機(jī)的穩(wěn)定性。

2.1.2.事故預(yù)防措施

事故預(yù)防措施有四種：1、定向鉆孔施工應(yīng)充分利用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料，充分了解局部分層特征;查看施工現(xiàn)場(chǎng)附近是否有孔洞。了解施工情況，為以后的施工和實(shí)施做好準(zhǔn)備。2、合理鉆孔。鉆孔布置應(yīng)滿足鉆孔要求，避免出現(xiàn)斷層、節(jié)理發(fā)育、裂縫柱、板巖、高低壓等異常區(qū)域。3、針對(duì)不同的地層和 孔段選擇合適的沖洗液類型和泥漿泵排量，減少?zèng)_洗液對(duì)孔 壁的侵蝕和沖刷以及螺桿馬達(dá)過(guò)大的振動(dòng);合理的鉆具組合 和軌跡控制以及鉆進(jìn)參數(shù)能減少鉆具對(duì)孔壁的擾動(dòng)，這對(duì)于 預(yù)防孔壁坍塌是必要的。4、評(píng)估鉆孔中的異常情況。鉆孔時(shí)，應(yīng)注意鉆井系統(tǒng)相應(yīng)壓力的變化。當(dāng)泥漿泵壓力異常升高，應(yīng)立即停止鉆井，收回鉆具，分析原因，及時(shí)采取處理措施。

2.1.3事故處理

事故管理措施包括以下四點(diǎn)：1、強(qiáng)力起拔與回轉(zhuǎn)工藝。在卡鉆事件的早期階段，應(yīng)先采用強(qiáng)力起拔與回轉(zhuǎn)工藝處理，采用快速正轉(zhuǎn)加快速起拔然后同時(shí)快速釋放的方法，使鉆具 在鉆機(jī)的拉力和扭矩作用下迅速產(chǎn)生彈性形變，而后又在彈 力作用下迅速收縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)卡點(diǎn)的震擊，使鉆具松動(dòng)而 解卡。采用強(qiáng)力起拔與回轉(zhuǎn)工藝時(shí)要特別注意事先要了 解清楚鉆具的最大抗彎、抗拉強(qiáng)度，在鉆具合理的受力范圍 內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)力起拔與回轉(zhuǎn)，防止鉆具機(jī)械破壞而斷裂。2、銑削和打撈。在在強(qiáng)力起拔與回轉(zhuǎn)處理無(wú)效的情況下，可選擇涂層銑削和沖擊鉆井工具打撈程序。在處理過(guò)程中，可使用專用涂層銑削和鉆孔工具。3、倒扣+反絲鉆桿打撈?？梢苑崔D(zhuǎn)使鉆具倒扣，提 出倒扣處至孔口段的鉆具，再根據(jù)孔內(nèi)鉆具情況選用相應(yīng)的 反絲公錐或者反絲母錐，并配合反絲鉆桿對(duì)孔內(nèi)剩余鉆具進(jìn) 行打撈。由于倒扣位置無(wú)法確定且打撈時(shí)無(wú)法控制撈取鉆桿 數(shù)量，反絲打撈的工序可能會(huì)很漫長(zhǎng)，所以，在采用此工藝 前應(yīng)充分考慮其時(shí)間和經(jīng)濟(jì)可行性。4、如果采用不同的方法不符合事故鉆具的要求，可以假設(shè)事故鉆具的位置將被校準(zhǔn)，并且隨后可以通過(guò)煤層或軌道施工進(jìn)行提取。

2.1.4縮徑卡鉆

直徑減小是指鉆孔段的鉆孔直徑小于所用鉆頭直徑的現(xiàn)象，即鉆孔直徑減小。收縮通常發(fā)生在頁(yè)巖地層中，這些地層在水和低強(qiáng)度軟頁(yè)巖地層中傾向于水合物。由于其發(fā)展緩慢且跡象明顯，因此預(yù)防起來(lái)比坍塌卡鉆容易。

3、事故成因

事故有兩個(gè)原因：1、泥頁(yè)巖遇水膨脹。尤其是以鈉蒙脫石為主的板巖，在出現(xiàn)水后易發(fā)生水化，導(dǎo)致鉆孔收縮。2、軟泥巖的塑性變形。由于非鍍鋅粘土的低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或鉆孔后的軟垢，初始現(xiàn)場(chǎng)荷載被重新分配。如果剪切張力大于水泥強(qiáng)度，則鉆孔會(huì)發(fā)生塑性變形和收縮。

4、事故預(yù)防措施

事故預(yù)防措施有五種：1、根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料、相鄰施工現(xiàn)場(chǎng)鉆孔資料和定向鉆進(jìn)方法，確定磨煤機(jī)縮徑層位，采用開(kāi)分支孔的方法，避免泥巖層直徑減小;2、選擇適當(dāng)?shù)谋嚷屎豌@取參數(shù)。綜合考慮泥巖的可鉆性和水化分散性，鉆頭選型一般考慮大出口、大噴嘴的碳化鎢鉆頭，鉆進(jìn)參數(shù)為低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、適當(dāng)增加泵容量，這會(huì)增加減少直徑粘附的風(fēng)險(xiǎn)。3、適當(dāng)?shù)你@具組合。在泥巖地層中，由于其水化特性以及旋轉(zhuǎn)過(guò)程中鉆具與井壁之間的強(qiáng)粘性力，在該類地層中鉆井時(shí)鉆具組合應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，為了減少鉆具連接過(guò)程中的過(guò)多步驟，減少粉塵產(chǎn)生量并降低直徑減小的風(fēng)險(xiǎn)。4、加強(qiáng)循環(huán)沖孔和掃孔。通過(guò)循環(huán)沖孔和掃孔可破壞因水化膨脹或塑性變形導(dǎo)致的直徑減小，防止鉆具長(zhǎng)時(shí)間停留在孔內(nèi)，并對(duì)孔壁產(chǎn)生過(guò)大的作用力。5、明確孔內(nèi)異常情況下的處理措施。在略微收縮的地層中鉆井時(shí)，反水因其自身特性變得渾濁、堅(jiān)硬，并帶有軟泥塊;鉆井速度加快，泵壓升高，泵經(jīng)常堵塞;鉆井系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)和釋放阻力明顯增加。如果發(fā)生這種情況，必須及時(shí)移動(dòng)鉆具，增加泵容量，鉆孔并將鉆具從危險(xiǎn)鉆井中移除。

5、事故處理措施

強(qiáng)力活動(dòng)鉆具。在遇卡初期，可嘗試采用“強(qiáng)力起拔+回轉(zhuǎn)”工藝活動(dòng)鉆具來(lái)解卡，在 活動(dòng)鉆具時(shí)根據(jù)遇卡的情況采取不同的活動(dòng)方式，其中，在 起鉆過(guò)程中遇卡，應(yīng)大力下壓;在下鉆過(guò)程中遇卡，應(yīng)大力 上提;在鉆進(jìn)過(guò)程中遇卡，應(yīng)多提并配合強(qiáng)扭。遇卡初期的 處理是至關(guān)重要的，在鉆具強(qiáng)度允許前提下，要敢于操作，以迅速解決問(wèn)題，如果活動(dòng)多次未能見(jiàn)效，就應(yīng)采取其他措 施而不應(yīng)強(qiáng)干和蠻干。

6、結(jié)論

鉆井事故處理遵循“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，處理方案的制定遵循“安全、快速、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)”的原則。為了防止卡鉆事故的發(fā)生，避免異常復(fù)雜的地層，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理鉆孔中的異常非常重要。處理事故時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體事故選用堅(jiān)固的活動(dòng)鉆具;鉆具的管理和使用前的檢查是預(yù)防鉆井事故的重要措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙家明，胡家森.定向井泥頁(yè)巖地層復(fù)雜事故處理[J]. 石油鉆采工藝，2016（01）.