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钻探孔内钻具事故原因分析及处理措施

稿日期:2009-01-05 作者简介:张汉跃(1961-),男,工程师,福建东辰市政工程有限公司,福建福州　350001 张汉跃 摘　要:根据实践经验,对遇到的钻具孔内事故进行了大量的调查研究、数据分析和资料收集,并以案例形式分析了常见 的事故原因,总结经验,吸取教训,找出规律,提出处理方法,以期有效预防孔内事故的发生,提高施工效率。 关键词:钻具事故,原因分析,处理措施 中图分类号:TU753.3文献标识码:A 　　据不完全统计,2006年~2008年间,福建省煤田地质局在省 外的12台钻机中,因处理事故占用时间多达10个钻月以上。据 统计,在云南大河矿区施工的909孔,终孔深度1 202 m,因施工 中发生孔故,前后用于施工和处理的时间长达7.50个钻月,直接 材料耗费70万元;同样是在云南大河矿区的1 702孔,终孔深度 1 285.20 m,施工钻月1.50个月,直接材料费仅15万元。因此, 分析研讨孔内事故的危害及预防十分必要。本文只对钻探孔内 钻具事故进行研究,具体如下。 1　孔内事故的分类及处理原则 1.1　孔内事故的分类 对于钻探工程孔内事故,目前尚未见到确切定义的相关资 料。通常把钻探工程施工过程中发生的,因客观的地层异常变 化,或因主观的操作技术措施不当中断钻孔内正常钻进的各种故 障统称为孔内事故。地层异常变化常见的如遇断层破碎带、溶洞 裂隙带、风化蚀变带、严重漏失层和流沙层等。操作技术措施不 当指现场人员没有严格执行钻探规程。它分为钻具事故、孔壁事 故、套管事故、质量事故等几种类型。 1)钻具事故。a.断落钻具,如钻杆、岩心管和钻头折断或连 接螺纹脱开,以及升降钻具时不慎将钻具掉落孔内等;b.卡埋钻 具,孔内掉入异物而将钻具卡在孔内等。2)孔壁事故。a.由于孔 壁坍塌、掉块引起的卡钻、抱钻事故和找不到老眼等;b.钻进遇水 膨胀水敏性的地层,导致钻孔缩颈。由于工程因素,外力作用破 坏了原有的应力平衡状态,导致孔壁坍塌、掉块,冲洗液的漏失, 导致烧钻等。3)套管事故。包括套管被磨破、折断、脱节、错动、 下跑和套管卡夹起拔困难等事故。4)质量事故。包括钻孔超斜, 岩煤芯采取率低等达不到质量要求。5)其他事故。包括终孔测 井时探管被卡,钻孔封闭时由于操作问题发生孔内事故等。 1.2　孔内事故处理的原则 孔内事故一旦发生,就要认真研究事故发生情况,分析事故 原因,制定处理方案。因此,要求机班长和工程技术人员充分发 动职工,开好事故分析会,做到“五清”,即孔内情况清、机上余尺 清、事故头清、报表记录交接清、当班人员对于处理情况清。 1)孔内情况清:弄清钻孔结构,孔内岩石性质,孔壁稳定程 度,岩粉情况,事故发生过程和初发征兆等。这是提供确定处理 方法和步骤的依据。2)机上余尺清:事故发生时,要及时量准机 上余尺,确定发生事故的孔深和具体位置;事故发生后,要根据断 头钻具,精确计算事故部位的孔深和孔内事故钻具的长度、数量 和组成情况,以确定打捞钻具长度。3)事故头要清:摸清事故头 的断头形状或断裂痕迹。必要时可采用“照像”查明事故头形状, 以便确定处理方法和打捞工具。4)报表记录交接清:小班原始记 录和交接班情况要弄清。如:钻头、钻具、钻杆、加减尺、岩芯和钻 进规程参数等情况要交接清楚。同时,还要把处理过程中发生的 情况,处理方案和处理方法记录清楚,以便使下个班能全面了解 掌握事故处理的每个环节。5)当班人员对于处理情况清:当班人 员对事故处理全过程,包括使用的工具、事故钻具以及孔内事故 头的变化等要弄清,并做好详细记录。 2　钻具事故原因分析及处理措施 2.1　钻具折断和脱扣事故 钻具的折断和脱扣是指在钻进和提升过程中,孔内钻杆、岩 芯管和各种接头的折断或丝扣滑脱。 2.2　钻具折断和脱扣的原因 1)绳钻钻杆两头丝扣部位,特别是丝扣根部强度差,孔内阻 力过大时易扭断。2)钻杆弯曲或使用时间长,受孔壁磨损,其强 度减弱,易折断。3)孔内岩粉多或孔壁不好,产生掉块,回转阻力 大,造成钻具强行扭断。4)在钻进过程中,孔内回转阻力过大或 发生卡钻、埋钻和烧钻事故时,强拉硬顶,导致钻具脱扣事故发 生。5)外管、扩孔器、弹卡室、钻头丝扣磨损严重未及时检查,也 会发生孔内事故。 2.3　云南罗平挖玉冲矿区503号孔钻具事故案例分析 1)503号孔钻具事故案例分析。2007年10月23日福建省 121煤田地质勘探队112钻机,在罗平挖玉冲勘探区503号孔施 工时,该孔于2007年9月26日开孔,钻进至孔深821.00 m时,当 班班长发现进尺缓慢,便停止钻进移车打捞岩芯(本回次上个班 进尺0.60 m,本班进尺1.40 m,共进尺2.00 m),把内管总成提出 孔口,取出岩芯后,又投放钻杆内。在加小根时,由于升降机刹车 皮打滑,钻具拉力过大,发生了脱扣事故。当班班长仅发现钻杆 脱扣,并未意识到内管总成跑到钻杆外,便决定提钻, 提出13立根1小根后发现断头有磨痕,孔内剩余34立根和外管。 该班用71公锥处理孔内钻具,然而公锥在事故头以上2 m左右 就下不去。经机班长深入研究分析后,判定内管总成没有下到 位,而是在事故钻杆上部,于是决定用专用工具进行捞取(见图 1),一次成功(见图2)。 2)原因分析。a.孔内泥浆喷出,造成刹车皮打滑,致使刹车 失灵;b.在深孔作业,钻具重、刹车失灵的情况下,下降速度过快, 孔内钻具在紧急制动的状态下,由于惯性作用,对下部钻具的拉 力过大,造成钻具脱扣。 3)事故处理方法分析。a.事故发生后,机班长责任心强,对 孔内情况判断准确,在首次用公锥时,只是对孔内情况进行试探 性验证;b.上余记录准确,为判定事故头上部确有内管总成和下 部专用工具并一次性捞取成功提供可靠的依据。 ·97· 钻具断脱的处理 钻具断脱后,首先要量好上余,把上部钻具提出孔口,计算好 孔内断头的位置,并对断头进行检查分析。根据钻具断头情况, 判断孔内钻具断口的形态,采取相应的处理方法:1)断头平齐或 断头是完整的钻杆、接头或接箍。一般情况下采用普通公锥处 理,对上并吃上扣即可提出事故钻具。提拉不动时,不能强拉硬 顶,必须改用其他方法进行处理,如采用反出钻具方法等。2)断 头不齐、斜差大、有劈岔。这种情况应先用带导向的环状扫铁钻 头,下到绳钻钻杆断头处,待导向进入钻杆后,轻压慢转,把断头 推磨平,提出扫铁钻头,再采用公锥捞取。 2.5　绳索取芯外管脱落的处理 1)单纯外管脱落(内管已打捞上来),一般情况脱落位置是在 弹卡室,上扩孔器等丝扣部分断脱,此种情况可下入公锥捞取。 2)内外管总成脱落(即内管总成仍在孔内)。在这种情况下,岩芯 管外管和内管总成都在孔内,且总成的捞矛头在上部,此时应先 处理内管总成,再处理外管总成。处理内管总成,不能用绞车下 放打捞器,而是用异径接头把打捞器接到钻杆上,下到内管总成 捞矛头上进行打捞。这种办法既可以防止打捞器插入孔壁造成 新的孔故,又可有较大的拉力,确保能反内管总成,至少是总成上 部抽出,为下一步处理排除障碍。抽出内管总成后再用公锥捞取 外管。3)外管被挤夹严重,用公锥捞不动时,可采用小一级掏芯 钻头钻穿过孔底钻头,敲打外管使其松动,再用公锥捞取外管总 成。若仍提不动,则可采用带导向的扫铁钻具将外管扫除。 3　烧钻事故原因分析及处理措施 3.1　常见的事故原因 1)钻压过大,高转速钻进产生较大摩擦热量,钻头冷却差。 2)钻进松散、松软地层钻速过快,冲洗液流通间隙小,冷却不良、 排粉不畅,热量聚集在孔底。3)水泵工作不正常,泵量不足,管道 堵塞或岩芯堵塞。4)钻杆中途渗漏造成冲洗液假循环。5)回次进 尺长度超过内管容纳长度,岩芯顶碎,碎屑堵塞水路,引发烧钻。 3.2　云南503号钻孔发生烧钻事故案例分析 1)503号钻孔发生烧钻事故分析。2007年10月福建省121 煤田地质勘探队105钻机,在云南富淅县补木矿区施工时,该孔 于2007年9月22日开孔,10月12日23时许,当钻进至孔深 384.04 m时,当班班长发现动力机响声异常和电流表值增高,电 流表指针达35 A(正常值为20 A左右);孔口冲洗液突然中断、泵 压升高,升高到40个大气压;钻具回转吃力,提动困难,当班班长即 把钻具拉脱。至13日大夜班对上钻具,又再次拉脱,提起了19立 根2小根,孔内残留12立根、外管总成和钻头。机长召集了有关 人员,对事故原因进行认真查找,发现水泵三通出现故障,据此分 析孔内烧钻可能性较大,于是决定用反丝钻杆处理孔内残留钻 具。从10月13日4点夜班开始至14日白班即把19立根的钻杆 全部反上来,孔内仅剩外管总成和钻头。按照以往的经验,此时 如果用扫铁钻头将余下的4.35 m外管总成和钻头扫掉就可以排 除事故。但由于现场施工人员经验不足、判断失误,再次下入反 丝钻具处理,结果在吃上扣后就提不动了,只好采取强拉,并从 118.72 m处脱扣,接着处理反丝钻杆,10月19日才开始扫外管。 由于孔内还残留有71公锥,造成了孔内情况的复杂化,扫外管 时极为不顺。尤其是在离孔底0.40 m左右,由于铁块和金刚石钻 头胎体崩掉较多,后专门加工了推平钻头来扫除孔内的残留物,至 11月3日才恢复正常进尺,11月17日终孔,深度588.17 m。2)烧 钻事故原因:a.水泵三通工作不正常,导致冲洗液直接从三通的 回去阀流入泥浆池中,孔内缺少冲洗液是发生孔内事故的主要原 因。b.水泵岗位无人值守,三通未及时检修更换,是导致事故发 生的直接原因。c.事故发生后,处理过程中判断失误,存有侥幸 心理。d.在剩余一外管时,处理方法不当,致使事故复杂化。 3.3　烧钻事故的处理 发生烧钻事故后,一般因扭矩大,钻具可能发生折断或脱扣。 对于轻微烧钻事故,可以用升降机及时地加以试探性提拉,或用 给进油缸顶拔。顶拉时要避免强拉硬顶,可采取边转边拉的办 法,一般情况下即可把钻具拉顶上来。对于严重的烧钻事故提拉 和顶拔往往无效,只有动用反丝反出钻具。具体如下: 1)用正丝公锥对上试探性提拉或顶拔无效后,应动用反丝, 反出钻具。2)若下部有内管总成,应先打捞出内管总成。若内外 管烧死,拉不动,此时应先进行脱卡,提出打捞器,采用特殊异径 接头把打捞器接到50钻杆上,再下去打捞,可把内管总成或至 少是其上部打捞上来。3)下反丝公锥反出外管总成上的扩孔器、 弹卡挡、弹卡室。此时,如果外管松动,亦可能将全部事故钻具打 捞上来。4)在孔内只剩下外管和金刚石钻头的情况下,且钻头已 烧死,可用掏心钻头,从外管内向下掏芯,消灭残留岩芯直到孔 底。并超过孔底钻进一段距离后,此时有可能使金刚石钻头及外 管松动。若松动,可用公锥捞取即可。5)若外管与孔壁挤夹紧 固,则可下入带导向的扫铁钻头,扫除外管。 4　结语 钻探施工是一项隐蔽工程,具有一定的模糊性和不确定性。 各钻孔孔内情况千差万别,看不见、摸不着,依赖于操作者的经验 和知识判断。由于地质因素、工程技术因素、操作技术水平等,在 钻探施工过程中就不可避免地会出现各种程度不同的孔内事故。 有些简单的孔内事故由于操作人员处理方法不当,也会造成复杂 的孔内事故。孔内事故不仅浪费人力、物力,损坏设备,造成质量 事故,贻误工期,增大钻探成本;也可能污染环境和危及人身安全。 只有总结经验,吸取教训,找出规律,提出处理钻具事故的方法,方 可供钻探工作者参考,用以规范绳钻孔内事故预防和处理施工工 艺,才能有效预防孔内事故的发生,达到提高施工效率的目的。 参考文献: [1]　张春波.绳索取芯金刚石钻进技术[M].北京:地质出版社, 1985. [2]　李世忠.钻探工艺学[M].北京:地质出版社,1989. [3]　刘广志,耿瑞伦,张春波,等.探矿工程[M].北京:地质出版 社,1999. [4]　李　雷,王平卫,何忠明.钻探在矿山建设和生产中的分类 及作用分析[J].山西建筑,2008,34(4):132-133. ·98·第35卷第12期2 0 0 9年4月　　　　　　　　　　山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

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