淺談孔內(nèi)事故的研究與處理方法

1、    淺談孔內(nèi)事故的研究與處理方法    趙文杰摘要禹州扒村282-3號孔所處地層巖性變化較快，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，由于技術(shù)欠缺機臺管理不完善造成了一系列事故的發(fā)生。在施工過程中針對套管拉槽、鉆具脫落以及孔壁坍塌等事故采用了不同的鉆具組合和各種技術(shù)措施。在處理事故時不斷地對泥漿的性能進行調(diào)整，使其達到所要求的性能指標。在使用無水泵及撈渣管處理孔底沉渣時為了保證撈渣的效果，在操作過程中進行了一些技巧性研究。關(guān)鍵詞鉆具組合 無水泵 粘土球 撈渣管 f407.1 文獻碼 b 1000-405x（2015）-3-204-31工程概況河南省煤田地質(zhì)四隊受平頂山煤業(yè)集團煤

2、基聯(lián)合化工產(chǎn)業(yè)園籌建處的委托承接了平煤禹州扒村282-3號井的設(shè)計與施工，該孔設(shè)計深度1350m。2地層概況本孔所穿地層有：（1）第四系（q）：厚度約70米，主要有粘土，砂質(zhì)粘土及中粗砂組成。（2）二疊系劉家溝組：厚度約233米，主要有砂巖和泥巖組成。（3）二疊系石千峰組：厚度約313米，主要有砂巖和泥巖組成。（4）二疊系上石河子組：厚度約250米，主要有砂巖和泥巖組成。（5）二疊系下石河子組：厚度約377米，主要有砂巖和泥巖組成。（6）二疊系山西組：厚度約106米，主要由灰綠，紫灰色具植物莖葉部化石的砂質(zhì)泥巖以及灰色中厚層狀含暗色巖屑及白云母片的中粒砂巖等組成。其中在孔深大約1324米處有含

3、煤層，黑色粉狀，以亮煤為主，屬半亮型煤。（7）石炭系太原組：厚度約4米，主要以深灰色，厚層狀，致密，細膩的泥巖和淺灰色，微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，遇稀鹽酸起泡的石灰?guī)r組成。3鉆探設(shè)備選擇根據(jù)鉆孔設(shè)計孔深本孔采用txj1600型鉆機，用 24鋼絲繩吊掛，為了達到提升能力的要求，采用一個動滑輪組進行重量分擔。使用的泥漿泵型號是nbb260/7，額定流量為260l/min，額定壓力7mpa，泵量如下：所使用的鉆塔是a字型伸縮式鉆塔，該鉆塔由內(nèi)塔、外塔和天車三部分組成，塔高18米。內(nèi)外塔的兩條腿均為矩形小斷面匡架式結(jié)構(gòu)。其斷面尺寸分別為0.4*0.45m和0.49*0.54m。內(nèi)塔腿采用63.5mm的鉆桿材料，用2

4、0mm鋼管做橫手，30*4mm做斜手焊接而成。內(nèi)、外塔腿的長度分別為8.25m和8.45m，內(nèi)塔腿插于外塔腿內(nèi)構(gòu)成一體，通過伸縮來調(diào)整他的高度。4井身結(jié)構(gòu)及鉆進參數(shù)4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計開孔采用215mm牙輪鉆頭鉆至70m左右，下168mm表層套管，封住上部礫石、黏土、流沙層。然后用113mm的復(fù)合片鉆頭和金剛石鉆頭鉆至704m，再換徑用94mm的復(fù)合片和金剛石鉆頭鉆至終孔。4.2鉆進參數(shù)及措施設(shè)備安裝必須按規(guī)范執(zhí)行，要求天車、回轉(zhuǎn)器與井口必須在同一垂直線上。由于該孔較深、地層傾角較大、巖性較為復(fù)雜，為了防止孔斜，鉆進過程中要隨時調(diào)整鉆進參數(shù)，控制好鉆壓、轉(zhuǎn)速及泵量。開孔時用普通高粘高切力泥漿鉆進，防

5、止地表疏松坍塌，泥包，粘附卡鉆及蹩跳鉆。鉆進過程中嚴守操作規(guī)程，眼觀六路，耳聽八方，保持雙人看車；起下鉆操作要平穩(wěn)，防碰，防溜，防墩，防掉物；按時檢查保養(yǎng)設(shè)備；根據(jù)不同孔深段的地層要隨時調(diào)整泥漿性能指標，如下表：5處理事故的依照原則孔內(nèi)事故一旦發(fā)生，就要積極采取措施，力爭盡快排除，迅速恢復(fù)正常鉆進。雖然各孔孔內(nèi)情況不同，所遇事故的種類繁多，但是經(jīng)過長期現(xiàn)場實踐證明處理事故的共同原則歸納起來有以下幾條：5.1準確丈量機上余尺鉆進過程中一旦發(fā)生孔內(nèi)事故，就要保證及時準確丈量機上余尺，確定發(fā)生事故具體位置，弄清孔內(nèi)情況和發(fā)生事故前的征兆。5.2要弄清孔內(nèi)事故頭位置在正常鉆進中，如發(fā)生鉆具折斷事故，應(yīng)

6、根據(jù)提出鉆具的情況，設(shè)法摸清事故頭的位置、斷頭形狀、斷入孔內(nèi)鉆具數(shù)量等，必要時可采用打印法（即用一異徑接頭連一短套管，在其下部位灌滿蠟或瀝青，或塞一段木塞做成打印器）查明，以便確定處理方法和打撈工具。5.3要摸清孔內(nèi)的情況事故發(fā)生后，首先要開好事故當班的事故分析會，分析事故的原因和性質(zhì)，并了解清楚孔內(nèi)的情況，如鉆孔結(jié)構(gòu)、孔壁穩(wěn)定性、有無坍塌掉塊層位、沖洗液循環(huán)情況等。5.4要弄清事故周圍的情況除以上需要弄清楚的三條以外，務(wù)必弄清事故頭周圍的情況，如事故斷頭圍巖的情況、斷頭情況、周圍有無其他東西等。5.5班報記錄要記清楚處理事故的整個過程，必須要指定專人做好事故的記錄工作。由于記錄準確與否，直接

7、關(guān)系到確定事故的處理方案和采取處理方法的成敗，因而在處理事故中，一定要把鉆具的結(jié)構(gòu)及規(guī)格，打撈工具的形狀以及處理過程中發(fā)生的一切現(xiàn)象，一一記錄清楚，同時做好交接班工作。6本孔所遇事故的分析與處理6.1套管拉槽的分析與處理方法6.1.1事故原因與分析孔內(nèi)進尺到1170.84米時，由于開孔地基沒校平，使天輪、立軸、鉆孔三心不對正，造成孔斜，斜度在14度。由于孔斜超限，施工時間較長，致使在套管磨破的地方產(chǎn)生了拉槽，形成了套管拉槽。6.1.2事故處理方法在起鉆過程中，當剩下7立根鉆具、1立根鉆鋌和一巖心管時，鉆具提不動，越向上拉拉力表反應(yīng)出來的拉力越大，開始分析是孔內(nèi)坍塌、掉塊，鉆具被卡住，處理方案采

8、用管鉗轉(zhuǎn)立軸，試圖把孔內(nèi)鉆具轉(zhuǎn)活，但轉(zhuǎn)不動。下一步處理方案是用反絲鉆桿進行反所卡鉆具，先反出來一部分鉆具；當孔內(nèi)還剩2單根鉆鋌和1根巖心管時下一套50鉆具，底部接鉆鋌接箍（由于該孔較斜，所卡鉆具已偏離了鉆孔中心，將接鉆鋌接箍的50鉆桿加彎了一定角度，彎度在70mm），把該套鉆具下到已計算好的所卡位置，慢慢轉(zhuǎn)動鉆具使公母扣對準并吃緊，然后邊活動鉆具邊向上拉，最終孔內(nèi)所卡鉆具被提出來。接下來為了防止不再發(fā)生卡鉆事故，用600號高強度水泥進行封孔，把拉槽給封住。封孔采用的是架橋封孔灌注，用110馬蹄管組合的鉆具，把用稻草或草繩折疊成長約500mm的稻草把，用測桿頂送到馬蹄管內(nèi)，壓實，在底端用可塑性黏

9、土堵住，被彎曲壓實在馬蹄管內(nèi)的稻草被水泥擠出馬蹄管后逐漸伸展開。稻草段浸濕和黏土壓縮后能起隔水密閉作用，從而封住所要封的孔段。在攪拌水泥時，向水泥里加入食鹽和三乙醇胺。食鹽所加比例是1噸水泥加35，起催干、早凝作用；三乙醇胺所加比例是1噸水泥加萬分之三到萬分之五，可提高水泥的強度，但注意不能過量，過量的三乙醇胺會使水泥產(chǎn)生氣泡、變酥，使水泥的強度降低。6.1.3鉆孔歪斜的預(yù)防措施由實踐經(jīng)驗得知，鉆孔歪斜不是能絕對防止的，但在操作技術(shù)上注意預(yù)防，是可以減少鉆孔的歪斜程度。故在操作過程中，除嚴格遵守技術(shù)操作規(guī)程外，尚須注意以下幾點：（1）正確的安裝鉆探設(shè)備，要用堅固的地盤、穩(wěn)定的基礎(chǔ)，鉆塔和鉆機的

10、安裝必須周正、堅固、水平，提引器中心、鉆孔中心、立軸三點必須在同一垂直線上。開孔鉆進100-200m時進行一次檢驗看地基是否下沉和三點是否還在同一垂直線上。（2）開孔鉆進時隨著鉆孔的延伸，要不斷加接巖心管導(dǎo)正。（3）不把彎曲的鉆具下入孔內(nèi)，為防止孔斜，在任何情況下粗徑鉆具的長度不能小于9米。（4）采用鉆鋌加壓可以使鉆桿處于拉直狀態(tài)減少彎曲，在很大程度上可以防止孔斜，加鉆鋌的數(shù)量應(yīng)超過孔內(nèi)所需壓力的20%30%。6.2鉆具脫落的分析與處理方法當進尺到1263.98米下鉆時，剩下12個立根鉆具下不下去（位置大概在1100米處），此時合上立軸開車慢慢向下掃，開車時間大約有1個小時發(fā)現(xiàn)不進尺，趕緊起拔

11、鉆具，鉆具起拔上來后巖心管已脫落在孔內(nèi)。6.2.1事故原因與分析本次事故發(fā)生的原因是對鉆具檢查不夠嚴格，接箍磨損較嚴重，鉆具絲扣連接處沒吃緊，鉆具在孔內(nèi)空轉(zhuǎn)。6.2.2事故的處理方法由于巖心管是卡在半路脫扣沒掉到孔底，通過起鉆上余，算出所卡鉆具位置的孔深，具體處理方案是：第一步：下50公錐+68鉆鋌+50鉆桿，目的一是下去止底，確定一下事故鉆具頭的孔深，目的二是對事故鉆具進行打撈。通過這趟鉆對事故鉆具打撈發(fā)現(xiàn)公錐底下四五扣有磨損的痕跡，因而分析可能是錯過了事故鉆具頭。第二步：通過分析懷疑是所卡的鉆具沒有卡緊，當下錐子下去吃扣時，巖心管和錐子一起打轉(zhuǎn)吃不緊扣，用92的螺絲頭+68的鉆鋌+50鉆具

12、，利用鉆具自重把巖心管砸到孔底。第三步：下50公錐+50鉆桿一單根+68鉆鋌+50鉆桿，再一次下去進行止底，看看這一次究竟是把鉆具攆到哪個位置，丈量好上余，計算出孔深。通過這趟鉆分析下入孔內(nèi)鉆具磨損的痕跡是鐵磨的，這說明又錯過了巖心管，且該孔深的巖層為鋁質(zhì)泥巖較松散，孔徑非常大。第四步：下一趟89的巖心管+68鉆鋌+50鉆具繼續(xù)下去止底，探探碰頭位置在哪，當?shù)较虏蝗サ臅r候把鉆具高起來往下砸，機上余尺沒有變化時就提拔鉆具，提上來后所下巖心管底口處已砸裂兩個小口。第五步：通過碰頭上余計算出孔深，所加鉆具組合為50公錐+50鉆桿一單根+68鉆鋌+50鉆具。這趟鉆對50鉆桿單根加了一個“s”彎，通過所

13、下巖心管對孔內(nèi)的照相分析，彎度為90。6.2.3鉆具脫落的預(yù)防措施（1）嚴格貫徹升降鉆具的操作規(guī)程，切實加強塔上、前車、和孔口人員之間的聯(lián)合呼應(yīng)，防止操作失誤。（2）升將鉆具時，要認真檢查鉆桿的磨損情況，特別要注意連接部分和外徑的檢查，以便全面掌握鉆桿的磨損情況，發(fā)現(xiàn)有磨損過限者應(yīng)及時更換。（3）嚴格控制接頭螺紋和鉆桿螺紋的加工質(zhì)量，要求螺紋里和鉆桿保持一個圓心。（4）鉆進中遇到阻力要立即停車并提升鉆具，不要強行運轉(zhuǎn)。（5）深孔鉆進時要使用相應(yīng)數(shù)量的鉆桿，以減少井內(nèi)鉆桿的彎曲 。6.3粘土球堵漏與撈渣的操作方法當把孔內(nèi)脫落的巖心管打撈上來后，開始下鉆掃孔，當下到1230米左右時下不去了，孔底有

14、阻力，提起立軸后再慢慢向下落，落到該深度時依舊有阻力，反復(fù)幾次同樣操作后效果依舊，最終起拔鉆具時發(fā)現(xiàn)巖心管內(nèi)有掉塊。6.3.1事故原因分析一是由于在打撈孔內(nèi)鉆具的時候花費半個多月的時間，長時間孔內(nèi)沒有用泥漿循環(huán)，造成孔壁泥皮的脫落，導(dǎo)致了坍塌掉塊、巖粉沉淀。二是由于在打撈鉆具時使用了各種不同直徑組合的鉆具，并且打撈時對50鉆具進行了加彎，這樣對孔壁造成了一定程度的破壞。三是通過對所取上來的該孔段的巖心并結(jié)合地質(zhì)資料進行了分析，該孔段為鋁質(zhì)泥巖底層比較松散，且從地質(zhì)資料中推出該孔段是一個滑坡。由于長時間孔內(nèi)沒有泥漿循環(huán)，泥皮脫落失去了原來的二次平衡力從而形成了一個漏斗降。6.3.2事故的處理處理

15、方案是：一是下套管，二是下暗管，三是用水泥封孔，四是用粘土球堵漏。從經(jīng)濟成本，施工工期與鉆孔結(jié)構(gòu)綜合分析，最終采用粘土球堵漏的方法，并結(jié)合泥漿的比重來壓住坍塌段，然后再邊透孔邊用無水泵撈沉渣。第一步是送粘土球，其操作方法是：把鈉澎潤土，水和麻刀先充分攪拌，攪拌好后切成段，把每段粘土砸實，粘土球直徑和巖心管內(nèi)徑相當，然后把砸好的柱狀粘土球風(fēng)干或半干狀裝到巖心管里。在往巖心管里裝之前先用水把粘土球浸濕一下，巖心管裝滿后在巖心管底端塞一些稻草，用布把巖心管底口包好，用細扎絲扎緊防止管里的泥球脫落，巖心管另一端用皮帶砸成和巖心管內(nèi)徑相當?shù)钠ζ椒旁趲r心管里，放三到五個，如果皮帶圈少，達不到所要求的強

16、度，在孔內(nèi)的巨大壓力差作用下，會使孔內(nèi)的泥漿壓著巖心管里的粘土球向上跑擠破皮帶圈，進入到鉆鋌里。為此，下鉆時每下200米就用泥漿向鉆具內(nèi)灌注，使其達到內(nèi)外壓力平衡.再者如果巖心管內(nèi)的螺絲頭水眼大，可以在水眼里焊接個螺絲帽，這樣增大了皮帶圈與螺絲頭的接觸面積，減少了粘土球向上的沖擊力，不容易損壞皮帶圈.第二步砸泥球，當用巖心管把粘土球送到一定的位置后，將泥漿泵放到二檔位，使其額定流量達到60l/min，不能用高檔位大泵量這樣會把粘土球沖散，達不到堵漏的效果。這樣靠其強大的壓力和沖擊力把粘土球從巖心管里壓出來，留在孔底，然后用粗徑鉆具（最下端連接螺絲頭）將起搗實，擠壓進入裂隙中起到防塌作用。第三步

17、是掃孔，掃孔前先調(diào)整泥漿的性能指標，目的是用大比重的泥漿配合粘土球壓住孔壁防止孔壁再次出現(xiàn)坍塌掉塊，掃孔時鉆具的組合是94鋸齒狀合金鉆頭+89巖心管帶無水泵接箍+68鉆鋌+50鉆具。當下完鉆到預(yù)定的位置后，把20的球子投放到鉆具內(nèi)（因為無水泵水眼是18的）。合上立軸后泥漿泵放到三檔位，額定流量為106l/min，把球子送到無水泵水眼處，如果發(fā)現(xiàn)蹩泵，證明球子已到水眼，立即打開減壓泵閥，關(guān)閉泥漿泵，回轉(zhuǎn)時，每分鐘數(shù)十次邊掃邊上下提動鉆具數(shù)十厘米，上提時球閥關(guān)閉，利用類似活塞的抽吸作用將孔底的巖粉吸入到巖心管中，反復(fù)升降鉆具，使沖洗液在孔底形成局部反循環(huán)，從而達到清除巖粉冷卻鉆頭的目的，但是在下掃

18、過程中鉆具不能在一個位置停留時間過長防止燒鉆。6.4處理巖心管脫落的方法及注意事項6.4.1巖心管脫落的原因分析巖心管脫落也是在各個鉆機上各個孔內(nèi)經(jīng)常發(fā)生的事故之一，造成巖心管脫落的原因一是巖心管長時間在孔內(nèi)磨損，原來壁厚為4.5mm的管子已經(jīng)磨到壁厚不到2mm，磨損較為嚴重；二是在正常鉆進不按照規(guī)范和技術(shù)要求操作，人為的盲目的加壓造成巖心管絲扣損壞；三是鋼材質(zhì)量本身的缺陷。6.4.2打撈巖心管的方法及注意事項在巖心管脫落后，由于起鉆和處理事故時需要花費大量的時間，這樣孔內(nèi)泥漿不能循環(huán)，如果泥漿性能調(diào)整不好巖粉會很快的沉淀造成巖心管被埋，這樣在處理的時候會造成一定的難度，因而在處理之前不能盲目

19、的下結(jié)論，要對孔內(nèi)情況進行綜合分析，再作決策。在打撈巖心管時，首先切忌不能第一趟鉆就下絲錐進行打撈，如果孔內(nèi)巖屑較多，泥漿失水量較大，孔內(nèi)停留時間較長，會將巖心管包死，用絲錐打撈會導(dǎo)致鉆具提拔不動，使事故的處理難度進一步增大。因而在下第一趟鉆時，應(yīng)制作一個扁管，制作扁管的目的是靠扁管得擠壓力硬擠到巖心管里，靠其和巖心管的擠撐力來提動巖心管，如果巖心管沒有被埋或能上下活動，就可以將其提出來。如果巖心管被埋，提拔不動，可以靠鉆具的提升力硬把擠撐在巖心管內(nèi)的扁管給提出來，這樣不會導(dǎo)致整套鉆具都提不出來。6.4.3制作扁管的方法所謂扁管，就是將要下入孔內(nèi)的鉆具底部接一個巖心管，將其砸扁，如果孔內(nèi)脫落的

20、巖心管是89mm就下入73扁管，如果孔內(nèi)脫落的巖心管是108就下入89扁管，為了使扁管容易進入脫落的巖心管內(nèi)，就把扁管底部切成馬蹄狀。其制作方法是，本孔是89巖心管脫落，在距離馬蹄處以上1米左右將巖心管砸扁，其砸扁的長度為300mm左右，寬度為83mm，因為脫落的巖心管壁厚是4.5mm，則內(nèi)徑為80mm，在該砸扁位置處以上500m，再砸一個寬度為85mm，但兩者方向?qū)ΨQ，呈"十"字狀，這樣靠其砸扁處對脫落巖心管的擠撐力來打撈鉆具。實踐證明在處理該類事故時取得了良好的效果.7處理事故應(yīng)注意的幾個問題（1）發(fā)生事故后要準確的丈量機上余尺，詳細記錄事故發(fā)生當時的孔深、使用鉆具、巖層及有關(guān)情況。（2）當班人員要把事故發(fā)生的詳細情況向上一級生產(chǎn)技術(shù)部門和負責處理事故人員介紹