深孔钻进事故处理经验_蒋杰.pdf

2023年第2期西部探矿工程*收稿日期：2021-12-22修回日期：2021-12-24第一作者简介：蒋杰（1987-），男（汉族），安徽淮北人，工程师，现从事资源勘查工作。深孔钻进事故处理经验蒋杰*1，蒋顶辉2（1.安徽省地质矿产勘查局325地质队，安徽 淮北235000；2.安徽省煤田地质局第一勘探队，安徽 淮南232052）摘要：山西省交城县某孔孔底孔壁坍塌，在处理过程中事故由单一的埋钻发展为复杂的深孔埋钻+粘钻。根据地层和孔内情况变化，采取了改变泥浆体系，处理方案为套、扫、反的方法顺利处理好这一复杂深孔事故。为西北地区类似地层的钻进技术、事故预防和处理积累了宝贵经验。关键词：孔壁坍塌；埋钻；深孔；反丝钻杆；中和点；处理方案中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1004-5716（2023）02-0020-031事故情况简介山西省交城县某煤炭资源勘查孔，钻探施工设计孔深为1480m，该钻孔施工钻进至孔深1296m时，孔内突发异常情况：钻孔孔口无冲洗介质返回、泥浆泵出现泵压高和憋泵的现象、钻机立轴无法回转、关车后回车提拉钻具，提不动等情况发生。根据以上情况并且综合以往钻探施工经验初步判定为孔壁坍塌，查看已采岩芯后，大致判断坍塌位置在距离孔底45m的范围。此次事故孔内钻具情况：114mmPDC三翼刮刀钻头（0.35m）+4立根68mm钻铤（74m）+50mm钻杆+主动钻杆。因是在夜间发生的事故，并且事故现场未及时配备处理此次事故相关器械用具，于是第二天上午待反丝钻杆和打捞工具到场后即刻开始处理。夜间事故发生后一直未停止提拉钻具，未强行回转钻具，给事故处理创造一个良好外部环境，同时也不会造成事故处理过程复杂化。2事故原因分析2.1地质因素钻孔1100m以上地层主要为红层，岩性以砂岩、泥岩、粉砂岩和页岩为主，钻孔1100m以下主要为煤系地层，钻孔1291.8m处岩芯采样破碎严重，取芯困难，岩芯为小块状泥岩，取芯采样最大粒径小于2cm，胶结结构较差，孔壁极易垮塌。2.2泥浆因素施工采用的是传统的聚丙烯酰胺配制的泥浆，该泥浆固相含量低，失水量小，孔底的静水压力小，对提高钻进效率有利。泥浆失水后形成的泥皮薄而坚韧，具有一定的润滑性，但对复杂情况的适应能力较差。事故发生前，施工机班组为了抢进度，只简单地将泥浆粘度增加到30s左右，比重1.13g/cm3，并未加入护壁防塌的处理剂，也未采取其它保护孔壁的措施，在钻具回转敲震和水流冲刷下，导致垮塌非常严重。2.3人为因素钻孔施工的过程中，机长和司钻人员也认为岩石破碎在两淮地区经常见，一般只要增加泥浆粘度，严重时加入防塌剂就行了，快速穿过后再采取其它措施稳固孔壁，问题不大。当孔内出现事故征兆时，司钻人员的精力不集中，钻机和动力机声音发生突变，并未及时关车换挡提升钻具，而是去处理泥浆泵憋泵，耽误了事故处理的第一时间。2.4其它因素当时施工机组使用的是崭新的设备机具和钻具，孔内为50mm6.5mm加厚钻杆，而且是该机组施工的第一个钻孔，事故发生前三天刚更换了闸带和钢丝绳，可以排除设备机具的影响。因此，该事故发生的原因：岩石松散破碎、孔壁不稳定，在外力作用下引起孔壁失稳而垮塌埋住钻具；泥浆比重小，护壁性能不够，发现岩石松散破碎未及时加入护壁防塌的处理剂和其它护壁措施；施工机组预防措施不到位，存在侥幸心理和经验主义思想，操作人员202023年第2期西部探矿工程精力不集中，因此导致了此次事故的发生。项目部和专业技术人员在事故机组认真分析了事故原因，根据岩芯和事故发生时的情况确定为埋钻事故。3事故处理经过处理方案：首先，因为是深孔，应将“中和点”尽量往下，争取尽可能多的反回孔内钻具以缩短处理时间；如果孔内情况正常，则用反丝钻杆配合丝锥逐步反回孔内事故钻具；孔底留下一小根钻铤做导向，下长岩芯管套扫到钻头，然后再将钻铤和钻铤同时打捞出孔内；反之，则根据孔内情况及时改变处理方案。第一步，将“中和点”放在孔底接近钻头的位置，钻机反转，发现孔内钻具有劲反不动。随之将“中和点”放在1100m变层的位置，还是反不动。直至900m处才反回了部分钻具，提钻后发现，钻杆底部10m左右附着厚厚的泥皮，这是泥皮粘附卡钻的征兆。根据孔内发生的现象，随后进行了情况分析：聚丙烯酰胺泥浆虽然适合国内大部分地层使用，因为采用了粘土造浆，不可避免地存在失水造壁现象。但在西北地区的巨厚高渗透性红层中钻进，随着钻具在孔内停置，泥浆中的粘土不断被吸附，孔壁泥皮越来越厚就粘住钻具，形成泥皮粘附卡钻，简称粘钻。在这种情况下，使事故性质复杂，事故性质也由简单的埋钻改变为埋钻+粘钻的复杂深孔事故，大大增加处理时间和难度，风险随深度增加也越来越大。处理方法也要随之改变为保安全为主，宁愿每回次少反钻具也不能将反丝钻杆留在孔内，造成事故加事故。同时每回次认真检查钻具及接头情况，丝扣不好马上更换，绝不能带着隐患下孔。处理粘钻一般采用油泡、碱浸、打吊锤、震击器等方法，但因为不能开泵无法使用，现场也没有吊锤、震击器，因此采用了最原始的方法：首先将泥浆体系改为西北地区常用且行之有效的无固相磺化沥青泥浆，加入聚丙烯酰胺和高粘纤维素增加粘度和、润滑性和选择性絮凝，并随着处理过程的消耗随时增加，以保持泥浆性能。使用反丝108mm长岩芯管加114mm坡口硬质合金钻头套扫。因为钻铤加接头长度为4.7m，岩芯管长度确定为6m比钻铤长1.3m，是为了增加套扫的保险性同时也是为下一回次留导向。采用坡口钻头是为了碰头之后好进入，而且泥皮强度不高，硬质合金钻头就够用了，成本也不高，有利于降低施工成本。采取套一根反一根直至1100m变层位置，然后根据孔内情况再确定处理方案。处理至1109m时，粘钻现象消失，反出的钻具下部不再附着厚厚的泥皮，说明事故头已经超过了红层部分，进入煤系地层。在现场经过讨论，确认事故情况好转，可以加快处理速度，每个回次尽量多反钻具。因为是在超过1200m的深孔中处理事故，在保证安全的情况下，丝锥带上了安全接头，中和点放在接近钻头的位置，一次性反回剩余钻杆和 3 立根 2 小根钻铤共计177m，此时孔内仅剩余2小根钻铤和钻头。说明埋钻深度在9m以下，经过几天的处理时间，坍塌的岩石会更加密实，在套扫的时候也会更加困难，使用的钻头也必须随之改变。在这种情况下，钻头改为更加耐磨的多牙硬质合金钻头，下钻到底后套扫的速度随深度增加也越来越慢，说明沉渣越来越密实，提钻后钻头的磨损不大，还可以继续使用。反复冲扫了一个多小时，使孔底岩屑全部返回地面后，才提钻换丝锥打捞上了一小根钻铤。然后使用正常钻具套扫后增加泥浆粘度至2225s，冲扫了一个循环。提钻下丝锥将最后一小根钻铤加钻头顺利打捞上来。事故处理完毕以后，施工机组使用磺化沥青泥浆安全钻进至终孔。4采取的技术措施（1）严格泥浆管理，采用的磺化沥青泥浆按照比例配置。在事故处理过程中根据深度和地层随时调整性能。施工现场同时配备高粘纤维素、聚丙烯酰胺、火碱和膨润土，根据需要调整性能。（2）使用反丝钻杆反取钻具时，由工程技术人员负责操作钻机离合器，同时根据孔内情况选择“中和点”，争取尽量多地反取孔内钻杆，减少工人的劳动强度和事故处理时间。（3）根据孔内钻具长度（一般为4.7m左右）确定1108mm岩芯管长度为6m，是为了能确保套扫一小根，反取后还能留下1.3m左右的导向，方便下一回次准确的套扫。（4）套扫时采用了低成本的密集排列多牙硬质合金钻头，合金数量12排24粒，低出刃负斜镶，既耐磨又能钻进较硬的岩石、掉块等硬物。（5）每套扫一小根钻杆后，反复冲扫直至孔内沉渣返回地面后才提钻换丝锥反取钻杆。这样可以将孔内原来的泥浆替换，又能用新泥浆加强护壁效果，一举两得。在这个过程中，根据情况随时添加相应的处理剂。212023年第2期西部探矿工程（6）套扫最后一小根埋住的钻铤时，增加了磺化沥青的浓度为4%5%，同时加入高粘纤维素，提高粘度为2225s，并增加了冲扫孔时间为一个循环1个多小时将近2h，直至孔内沉渣全部返回地面，使孔底干净，关泵后钻具能轻松自如地落到孔底。然后才提钻换丝锥打捞上了一小根钻铤，将事故安全结束。（7）使用反丝钻杆的每一回次都仔细检查丝锥的磨损情况，并且及时更换，丝锥下井后上扣要紧，防止提钻时钻具脱落，形成安全隐患，同时造成事故复杂化，人为增加处理难度。（8）根据孔内钻具反取的难易程度确定是否使用安全接头，保证反丝钻杆的安全，以避免事故复杂化，形成事故加事故，更加难处理。（9）提下钻时检查接头磨损情况，磨损大要及时更换，使钻具保持良好的使用状态。下钻时丝扣要上紧，以防止倒车后甩脱钻具，造成更大的事故。5结语（1）严格遵守钻探技术规程，坚持“预防为主，处理为辅”的方针，既要根据钻遇地层合理使用钻进技术参数，也要坚持采取必要的预防措施，尽量避免事故的发生。（2）项目部和施工机组对西北地区的地层认识不足，仍采取和两淮地区同样的钻进工艺和泥浆体系。事故处理时，由钻探技术人员及时改为无固相磺化泥浆才使事故顺利处理完毕。因此，合理使用泥浆不仅是钻探施工的需要，尤其在事故处理时更能减少处理时间、避免事故复杂化、加快处理进度的有力保障。（3）事故发生后，应认真分析事故发生的原因、性质；制定处理方案时要考虑设备、机具及工艺水平的实际状况，以及操作者的使用习惯；处理过程中，要贯彻先易后难、先简后繁的原则，根据事故的具体情况灵活修订处理方案；确定了具体的处理措施方法、步骤后，要慎重选择和检查打捞工具。（4）使用性能优良的泥浆并加强泥浆管理，做好净化工作，及时清除沉淀池、泥浆池内的岩屑和沉淀物。根据钻遇的岩层性质、孔内情况及时调整泥浆性能。控制升降钻具速度是预防和避免地层垮塌、造成事故的重要技术措施。（5）使用反丝钻杆时，应由熟练人员操作钻机，并防止猛打倒车，尤其在深孔中处理事故时更为重要。因为倒车后容易形成多头事故，处理起来更加困难，严重时可能会报废工程量，造成更大的损失。（6）在深孔中处理事故，最重要一点是及时全面分析事故原因、类型；判断孔内情况，确定处理措施和方法，杜绝强拉硬拧、猛拉猛窜等野蛮操作，以免事故复杂化，为后续处理造成阻碍。比如：该事故分析时，对于事故性质存在是烧钻还是埋钻的分歧，因为在事故表现上有很多相似的地方。像：憋泵、提不动、不能转、动力机变音等情况，这就要仔细询问当班人员，查看岩芯，分析判断孔内情况确定事故类型。参考文献：1中华人民共和国国家发展和改革委员会.MT/T1076-2008煤炭地质钻探规程S.煤炭出版社,2009.2国土资源部.固体矿产钻探工M.地质出版社,1999.3朱美健,蒋顶辉.复杂孔内事故处理技术J.西部探矿工程,2019（7）.（上接第14页）初期坝场区地质结构具土岩双层结构，勘察深度范围内，工程场区揭露地层主有二叠系上统上石盒子组下段基岩，上第三系软岩，第四系中更新统冲洪积层、全新统坡积层和人工堆积层。初期坝坝基地质条件良好，坝体防渗性能较差，且进一步渗漏可能影响局部坝体稳定。建议对坝体采取防渗处理措施，并对排水措施进行维护、修复，安装浸润线观测设施。并进一步加强初期坝体的反滤排水措施，防止坝体浸润线上升产生坝体渗透变形。现状主坝纵、横向排水沟均损毁严重，受坝体渗水影响，局部坝坡有塌陷、隆起现象。建议对沉积滩进行处理，以保证堆积坝以上有足够长的干滩长度。另外，坝体四周要设置相适应的截洪槽（沟），雨季拦截洪水，防止洪水（或尾水）较大时，发生溢坝现象，严重时可造成溃坝等灾难事故。参考文献：1GB50487-2008水利水电工程地质勘察规范S.北京：中国计划出版社,2009.2张天华.荥阳市唐岗水库砂土液化问题及评价J.建筑工程技术与设计,2021(12).3葛仁涛,陈平货,陈厚霖.丁店水库大坝坝体渗漏原因分析C/新中国治淮70年论文集,郑州:黄河水利出版社,2020.22