跑钻变埋钻事故原因分析及预防处理

宋继坤

（河南省煤田地质局四队，河南平顶山467000）

跑钻变埋钻事故原因分析及预防处理

宋继坤*

（河南省煤田地质局四队，河南平顶山467000）

针对郏县王集煤炭勘查区5705孔由跑钻演变成埋钻事故，进行了原因分析及事故处理措施。

跑钻变埋钻；原因分析；预防处理

1 矿区概况

郏县王集煤炭勘查区位于郏县县城东南部，行政隶属郏县王集乡、堂街镇管辖。地处平顶山煤田北部，东部与平顶山天安煤业股份有限公司十三矿（以下简称十三矿）相邻。2013年初布孔17个，钻探工作量20900m。主要目的是：

（1）查明勘探范围内的构造形态，详细查明先期开采地段内落差不小于30m的断层，详细查明首采区内落差大于20m的断层，并对小断层发育程度做出评述，评价构造复杂程度。

（2）控制主要可采煤层二1、四2煤底板等高线。

（3）详细查明二1、四2、二2、五2、七2煤的厚度、可采范围、结构及其分岔情况。

（4）详细查明二1、四2、二2、五2、七2煤层的煤质特征及其变化情况，进一步了解煤的工艺性能，确定煤类，对其工业用途做出评价；了解矸石质量及其变化情况。

（5）详细查明主要可采煤层直接、间接充水含水层的岩性、厚度、埋藏条件、富水性及其变化情况；预测开采过程中发生突水的可能性及地段；评价矿井充水因素,估算矿井先期开采地段涌水量；对矿井可供利用的地下水的水量、水质做出评价。

（6）初步查明区内第四系厚度；本查明区内环境地质背景、现状，研究煤炭开发可能产生不良地质现象，并提出防治建议。

（7）详细研究主要可采煤层二1、四2煤顶、底板的工程地质特征，煤层瓦斯成分和含量，煤的自燃倾向、煤尘爆炸危险性及地温变化等开采技术条件，并对其做出相应的评价。

（8）详细查明老窑、小煤矿和生产矿井的分布和开采情况；划定采空区范围，评述积水情况；详细调查生产矿井、小煤矿涌水量、水质及其动态变化情况。

（9）估算区内可采煤层埋深1500m以浅（331）+（332）+（333）类资源量，要求主要可采煤层二1、四2煤先期开采地段内（331）+（332）类资源量≥70%，（331）类资源量≥50%。

2 矿区地层及构造

勘查区地层由老到新有寒武系上统崮山组、长山组，石炭系上统本溪组、太原组，二叠统下统山西组和下石盒子组、中统上石盒子组、上统石千峰组，三叠系下统刘家沟组、和尚沟组、中统二马营组和油房庄组、第四系。其中石炭系太原组，二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组为含煤地层。勘查区均被第四系掩盖，区外东部零星出露石千峰组。

区内构造北西向主要断层有襄郏断层、襄郏支断层、霍堰断层、白石沟逆断层、牛庄断层、锅底山断层、九里山逆断层等，正断层除锅底山断层南西盘下降北东盘上升外，其余断层均是北东盘下降南西盘上升；逆断层北东盘逆冲上升南西盘下降。北东向主要断层有郏县断层、沟李封断层、七里店断层、洛岗断层等，均为北西盘下降南东盘上升的正断层，其中郏县断层为煤田的北西部边界断层，位于郏县县城，北东—南西向，延展长度大于28km，落差350～400m，断层掩盖于第四系之下，北西下降盘沉积了较厚的中、新生界地层。襄郏断层是煤田北东部边界断层，大致自麦岭，经襄城县城、长桥一线向北西延伸，长度大于52km，断层掩盖于第四系之下，最大落差1000m，北东下降盘沉积了巨厚的新生界地层，该断层旁侧分支次级断层较发育，均呈锐角与之相交。

3 埋钻事故的原因

3.1 孔壁垮塌引起的埋钻

（1）岩层本身松散破碎、胶结薄弱，例如严重的风化层、松软的煤层、流砂层等。钻孔穿过这些岩层时又没有采取有效的护壁措施。

（2）泥浆质量不符合要求，如失水量大，含砂量高，泥皮厚而疏松，未起到保护孔壁的作用。

（3）钻具受压过重，成弯曲状态，转动后发生剧烈振动，碰击孔壁。

（4）在松散岩层中冲洗液流速过高，将孔壁冲毁后，钻孔超径，上升的冲洗液在此形成涡流，对孔壁产生严重冲刷，引起松散岩层的塌陷。

（5）随着冲洗液的大量渗漏，冲洗液渗入岩层裂隙与孔壁裂隙，促使岩石膨胀、位移和解体。在孔内无液柱反压力平衡的情况下，很容易造成坍塌。

3.2 岩粉沉淀造成的埋钻

（1）所钻的岩石松软，进尺速度快，产生大量岩粉，未能迅速而及时地排除。

（2）泥浆质量差，胶体率差，切力不够，对岩粉悬浮和携出能力差。

（3）水泵工作不正常，排出的冲洗液量不足。

（4）钻杆接头部份漏水严重，冲洗液未到达孔底即返回地表。

（5）停泵时间较长，而钻具有未提离至安全孔段。

（6）孔内岩粉很多，没有专门捞渣。

3.3 钻粉在孔底聚集形成原因

（1）钢粒钻进时投砂量过多，送水量太小，钻粉已经较多时又未及时捞取或排出。

（2）钢粒钻进时岩石由硬变软，未减少投砂量，使孔内钻粉增多。

（3）钢粒钻进换硬质合金钻进时，因钻粉捞取不净，造成在小孔径内埋挤粗径钻具。

（4）钢粒钻进换径时，由于冲洗液上升流速在换径处突然减低，会引起钻粉沉淀埋钻。发生埋钻前有如下征兆：埋钻前，下钻不能到底，钻进中钻具回转阻力增大。时有憋车的现象，提动、回转钻具，阻力略微减轻，但接着阻力又增大；开始有些堵水，继而产生严重憋泵现象，随着孔口就不返水，时间愈长，事故情节愈恶化。

4 郏县王集煤炭勘查区5705孔事故原因分析及处理

4.1 5705孔施工及事故状况

5705孔为水文孔，设计抽水2次，分别为太原组上段灰岩含水层和下段灰岩含水层，设计孔深1240m。该孔于2014年2月10日开孔，一开采用Ø215.9mm牙轮钻头钻进，钻至孔深103m见完整基岩，下入Ø180mm× 6mm表层套管103m；二开采用Ø133mm金刚石钻头钻至510m平顶山砂岩底界换径；三开采用Ø113mm复合片钻头钻进，当钻进至孔深706.10～721.70m时发现断层一层，厚度15.60m，7#煤被断掉，断层带破碎严重。2014年5月4日钻进至孔深868m下钻时，因为钻杆大卡头倒扣发生跑钻事故，跑钻留至孔底868m以上钻具Ø108mm岩芯管一根6.5m，Ø68mm钻挺五立根67.5m，Ø50mm钻杆四立根54m，Ø50mm钻杆一单根4m，孔内事故钻具全长132m，事故碰头孔深736m。

4.2 5705孔事故分析及处理

事故发生后，决定下Ø50mm公锥下钻捞取，结果钻机设备离合器及钻机大小伞损坏，现场等设备配件及修理用时48h；当5月7日下钻用Ø50mm公锥捞取孔内事故钻具时，Ø50mm公锥钻具下不到736m碰头事故头位置，一直在725m孔深位置徘徊。

（1）事故发生后，成立了以工程处长为首的事故处理小组，工程技术人员分析，小小的跑钻事故演变成埋钻事故，是由于泥浆性能较差，护壁能力不强，致使上部15.60m厚的断层带坍塌造成的。

（2）事故处理方案一：采用下入Ø108mm管子（带合金钻头）无水泵联动和下捞渣管捞取孔内坍塌的断层掉块方法，此方法虽然每次都能捞出很多掉块渣子，但是上部断层带一直坍塌，孔深始终无法向下部延伸。

（3）事故处理方案二：调整泥浆，使泥浆指标达到优质，pH值8～10，比重1.10～1.15g/cm3，粘度22～25s，失水量10～15mL/30min，目的有2个，一是把孔壁护好，防止孔壁坍塌加重，二是通过泥浆循环能把孔内渣子携带出来。但事与愿违，通过5d的泥浆调整和孔内循环，效果不尽如人意，随泥浆返出孔外的只是颗粒直径为1mm左右的小掉块及细粒岩粉，下钻至底，孔深仍在725m位置，甚至有变浅的趋势，证明上部断层位置孔壁不但没护住，而且还在坍塌掉块。

（4）事故处理方案三：事故处理到这时，似乎进入了死胡同。工程技术人员又通过反复研究、探讨，随决定反其道而行之，还是在孔内泥浆上做“文章”。从新郑拉至工地膨润土10t，用搅拌机打成原浆，每1m3原浆加入生石灰10kg，彻底更换孔内泥浆，利用比重大、大失水量的原浆机理，在孔内断层破碎带孔壁形成豆腐渣状泥皮，使断层破碎带不再坍塌掉块。通过一个星期的换浆循环，出现了预想的效果：孔内岩粉及直径为5～10mm掉块都随泥浆循环被带出孔外，一星期时间从振动筛和循环系统捞出岩粉及掉块渣子达30车之多（钻机现场配备的铁皮小推车）。通过下钻至底，钻具很顺利的达到736m事故头位置。随后便采用下反扣Ø50mm公锥“反扣返正扣”套一根返一根的方法，仅用2d时间就把孔内132m事故钻具全部处理完毕。

5 埋钻事故的预防

（1）钻孔穿过松散破碎、容易坍塌的岩层或流砂层时，一定要采取有效的护壁措施。一般采用比重较大，失水量低，粘度适宜的泥浆就能解决问题，必要时还得使用粘土球固壁、水泥固壁，直至下套管护孔。

（2）加强泥浆管理。应经常检查泥浆的性能指标，必要时要进行就能调整。污染后要及时更换新鲜泥浆，循环槽、水源箱、沉淀箱等应经常清理。

（3）保持水泵有足够的泵量、泵压。当泵量、泵压不足时，不能凑合钻进。钻进中应避免冲洗液循环中断，尤其是钻进砂层、松软岩层更应特别注意。提钻前，应先冲孔，使孔内岩粉排除干净，待提出机上钻杆后，方能停泵。

（4）钻具在孔内时不能停止冲洗液循环。因故修理水泵时，必须把钻具提至安全孔段。

（5）钢粒钻进时必须带取粉管。回次开始和终了都要用大泵量冲孔。当孔内岩、钻粉超过0.3m时，应专门捞粉。在孔底岩粉较多的情况下，每次下钻离孔底有一定距离时，即应开泵，边冲洗边扫孔，切忌一下到底。

（6）钢粒钻进时要正确掌握投砂量和送水量。钢粒钻进换硬质合金钻进以及钢粒钻进换径时，孔底钻粉必须捞取干净。

（7）处理其它事故时，防止同时发生埋钻事故。当发生卡钻、跑钻、断钻杆等事故时，如果冲洗液尚能循环，千万不要立即停泵，而应首先冲孔，再进行处理。如不能循环，应加速排除上述事故，以免钻具在孔内放置过久而埋陷。

（8）为了防止不稳定孔段岩层坍塌，提钻时应向孔内回灌冲洗液。

6 结语

（1）5705孔于2014年2月10日开孔，7月25日顺利结束，达到了设计要求，终孔孔深1206.54m。其中事故处理用时15d，完成太原组上段灰岩含水层和下段灰岩含水层抽水2次。

（2）泥浆是钻探的血液，泥浆指标的好坏决定着钻孔的质量与成败。事故处理完毕在后期施工过程中，及时调整了泥浆指标参数，使之达到正常值。

（3）埋钻事故发生后要沉着冷静，首先进行强力开泵冲孔，以求用冲洗液冲散坍塌物，并排出孔外。在强力开泵情况下窜动钻具，并逐步扩大窜动的范围。对于不太严重的埋钻事故，这样处理往往可以排除。

（4）反其道而行之，大胆尝试，利用膨润土原浆比重大、大失水量机理进行坍塌段钻孔护璧及携带孔内岩粉，达到了预想目的，起到了令人满意的效果。

[1] 陈良立，刘永峰，张建奎，等.河南省煤田地质局四队《郏县王集勘查区煤炭详查报告》[R].2010.

[2] 煤炭部地质局.煤田地质钻探（煤矿技术工人培训教材）[E].1984：240-241.

P634.8

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1004-5716(2015)09-0065-03

2015-01-06

宋继坤（1966-），男（汉族），河南平顶山人，工程师，现从事煤层气钻井、煤田地质勘探技术工作。