浅谈孔内事故的研究与处理方法

赵文杰

[摘要]禹州扒村282-3号孔所处地层岩性变化较快，结构较复杂，由于技术欠缺机台管理不完善造成了一系列事故的发生。在施工过程中针对套管拉槽、钻具脱落以及孔壁坍塌等事故采用了不同的钻具组合和各种技术措施。在处理事故时不断地对泥浆的性能进行调整，使其达到所要求的性能指标。在使用无水泵及捞渣管处理孔底沉渣时为了保证捞渣的效果，在操作过程中进行了一些技巧性研究。

[关键词]钻具组合 无水泵 粘土球 捞渣管

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-204-3

1工程概况

河南省煤田地质四队受平顶山煤业集团煤基联合化工产业园筹建处的委托承接了平煤禹州扒村282-3号井的设计与施工，该孔设计深度1350m。

2地层概况

本孔所穿地层有：

（1）第四系（Q）：厚度约70米，主要有粘土，砂质粘土及中粗砂组成。

（2）二叠系刘家沟组：厚度约233米，主要有砂岩和泥岩组成。

（3）二叠系石千峰组：厚度约313米，主要有砂岩和泥岩组成。

（4）二叠系上石河子组：厚度约250米，主要有砂岩和泥岩组成。

（5）二叠系下石河子组：厚度约377米，主要有砂岩和泥岩组成。

（6）二叠系山西组：厚度约106米，主要由灰绿，紫灰色具植物茎叶部化石的砂质泥岩以及灰色中厚层状含暗色岩屑及白云母片的中粒砂岩等组成。其中在孔深大约1324米处有含煤层，黑色粉状，以亮煤为主，属半亮型煤。

（7）石炭系太原组：厚度约4米，主要以深灰色，厚层状，致密，细腻的泥岩和浅灰色，微晶质结构，遇稀盐酸起泡的石灰岩组成。

3钻探设备选择

根据钻孔设计孔深本孔采用TXJ—1600型钻机，用 Φ 24钢丝绳吊挂，为了达到提升能力的要求，采用一个动滑轮组进行重量分担。

使用的泥浆泵型号是NBB—260/7，额定流量为260L/min，额定压力7MPA，泵量如下：

所使用的钻塔是A字型伸缩式钻塔，该钻塔由内塔、外塔和天车三部分组成，塔高18米。内外塔的两条腿均为矩形小断面匡架式结构。其断面尺寸分别为0.4*0.45m和0.49*0.54m。内塔腿采用Φ63.5mm的钻杆材料，用Φ20mm钢管做横手，30*4mm做斜手焊接而成。内、外塔腿的长度分别为8.25m和8.45m，内塔腿插于外塔腿内构成一体，通过伸缩来调整他的高度。

4井身结构及钻进参数

4.1结构设计

开孔采用Φ215mm牙轮钻头钻至70m左右，下Φ168mm表层套管，封住上部砾石、黏土、流沙层。然后用Φ113mm的复合片钻头和金刚石钻头钻至704m，再换径用Φ94mm的复合片和金刚石钻头钻至终孔。

4.2钻进参数及措施

设备安装必须按规范执行，要求天车、回转器与井口必须在同一垂直线上。由于该孔较深、地层倾角较大、岩性较为复杂，为了防止孔斜，钻进过程中要随时调整钻进参数，控制好钻压、转速及泵量。开孔时用普通高粘高切力泥浆钻进，防止地表疏松坍塌，泥包，粘附卡钻及蹩跳钻。

钻进过程中严守操作规程，眼观六路，耳听八方，保持双人看车；起下钻操作要平稳，防碰，防溜，防墩，防掉物；按时检查保养设备；根据不同孔深段的地层要随时调整泥浆性能指标，如下表：

5处理事故的依照原则

孔内事故一旦发生，就要积极采取措施，力争尽快排除，迅速恢复正常钻进。虽然各孔孔内情况不同，所遇事故的种类繁多，但是经过长期现场实践证明处理事故的共同原则归纳起来有以下几条：

5.1准确丈量机上余尺

钻进过程中一旦发生孔内事故，就要保证及时准确丈量机上余尺，确定发生事故具体位置，弄清孔内情况和发生事故前的征兆。

5.2要弄清孔内事故头位置

在正常钻进中，如发生钻具折断事故，应根据提出钻具的情况，设法摸清事故头的位置、断头形状、断入孔内钻具数量等，必要时可采用打印法（即用一异径接头连一短套管，在其下部位灌满蜡或沥青，或塞一段木塞做成打印器）查明，以便确定处理方法和打捞工具。

5.3要摸清孔内的情况

事故发生后，首先要开好事故当班的事故分析会，分析事故的原因和性质，并了解清楚孔内的情况，如钻孔结构、孔壁稳定性、有无坍塌掉块层位、冲洗液循环情况等。

5.4要弄清事故周围的情况

除以上需要弄清楚的三条以外，务必弄清事故头周围的情况，如事故断头围岩的情况、断头情况、周围有无其他东西等。

5.5班报记录要记清楚

处理事故的整个过程，必须要指定专人做好事故的记录工作。由于记录准确与否，直接关系到确定事故的处理方案和采取处理方法的成败，因而在处理事故中，一定要把钻具的结构及规格，打捞工具的形状以及处理过程中发生的一切现象，一一记录清楚，同时做好交接班工作。

6本孔所遇事故的分析与处理

6.1套管拉槽的分析与处理方法

6.1.1事故原因与分析

孔内进尺到1170.84米时，由于开孔地基没校平，使天轮、立轴、钻孔三心不对正，造成孔斜，斜度在14度。由于孔斜超限，施工时间较长，致使在套管磨破的地方产生了拉槽，形成了套管拉槽。

6.1.2事故处理方法

在起钻过程中，当剩下7立根钻具、1立根钻铤和一岩心管时，钻具提不动，越向上拉拉力表反应出来的拉力越大，开始分析是孔内坍塌、掉块，钻具被卡住，处理方案采用管钳转立轴，试图把孔内钻具转活，但转不动。下一步处理方案是用反丝钻杆进行反所卡钻具，先反出来一部分钻具；当孔内还剩2单根钻铤和1根岩心管时下一套Φ50钻具，底部接钻铤接箍（由于该孔较斜，所卡钻具已偏离了钻孔中心，将接钻铤接箍的Φ50钻杆加弯了一定角度，弯度在70mm），把该套钻具下到已计算好的所卡位置，慢慢转动钻具使公母扣对准并吃紧，然后边活动钻具边向上拉，最终孔内所卡钻具被提出来。接下来为了防止不再发生卡钻事故，用600号高强度水泥进行封孔，把拉槽给封住。封孔采用的是架桥封孔灌注，用Φ110马蹄管组合的钻具，把用稻草或草绳折叠成长约500mm的稻草把，用测杆顶送到马蹄管内，压实，在底端用可塑性黏土堵住，被弯曲压实在马蹄管内的稻草被水泥挤出马蹄管后逐渐伸展开。稻草段浸湿和黏土压缩后能起隔水密闭作用，从而封住所要封的孔段。

在搅拌水泥时，向水泥里加入食盐和三乙醇胺。食盐所加比例是1吨水泥加3‰～5‰，起催干、早凝作用；三乙醇胺所加比例是1吨水泥加万分之三到万分之五，可提高水泥的强度，但注意不能过量，过量的三乙醇胺会使水泥产生气泡、变酥，使水泥的强度降低。

6.1.3钻孔歪斜的预防措施

由实践经验得知，钻孔歪斜不是能绝对防止的，但在操作技术上注意预防，是可以减少钻孔的歪斜程度。故在操作过程中，除严格遵守技术操作规程外，尚须注意以下几点：

（1）正确的安装钻探设备，要用坚固的地盘、稳定的基础，钻塔和钻机的安装必须周正、坚固、水平，提引器中心、钻孔中心、立轴三点必须在同一垂直线上。开孔钻进100-200m时进行一次检验看地基是否下沉和三点是否还在同一垂直线上。

（2）开孔钻进时随着钻孔的延伸，要不断加接岩心管导正。

（3）不把弯曲的钻具下入孔内，为防止孔斜，在任何情况下粗径钻具的长度不能小于9米。

（4）采用钻铤加压可以使钻杆处于拉直状态减少弯曲，在很大程度上可以防止孔斜，加钻铤的数量应超过孔内所需压力的20%～30%。

6.2钻具脱落的分析与处理方法

当进尺到1263.98米下钻时，剩下12个立根钻具下不下去（位置大概在1100米处），此时合上立轴开车慢慢向下扫，开车时间大约有1个小时发现不进尺，赶紧起拔钻具，钻具起拔上来后岩心管已脱落在孔内。

6.2.1事故原因与分析

本次事故发生的原因是对钻具检查不够严格，接箍磨损较严重，钻具丝扣连接处没吃紧，钻具在孔内空转。

6.2.2事故的处理方法

由于岩心管是卡在半路脱扣没掉到孔底，通过起钻上余，算出所卡钻具位置的孔深，具体处理方案是：

第一步：下Φ50公锥+Φ68钻铤+Φ50钻杆，目的一是下去止底，确定一下事故钻具头的孔深，目的二是对事故钻具进行打捞。通过这趟钻对事故钻具打捞发现公锥底下四五扣有磨损的痕迹，因而分析可能是错过了事故钻具头。

第二步：通过分析怀疑是所卡的钻具没有卡紧，当下锥子下去吃扣时，岩心管和锥子一起打转吃不紧扣，用Φ92的螺丝头+Φ68的钻铤+Φ50钻具，利用钻具自重把岩心管砸到孔底。

第三步：下Φ50公锥+Φ50钻杆一单根+Φ68钻铤+Φ50钻杆，再一次下去进行止底，看看这一次究竟是把钻具撵到哪个位置，丈量好上余，计算出孔深。通过这趟钻分析下入孔内钻具磨损的痕迹是铁磨的，这说明又错过了岩心管，且该孔深的岩层为铝质泥岩较松散，孔径非常大。

第四步：下一趟Φ89的岩心管+Φ68钻铤+Φ50钻具继续下去止底，探探碰头位置在哪，当到下不去的时候把钻具高起来往下砸，机上余尺没有变化时就提拔钻具，提上来后所下岩心管底口处已砸裂两个小口。

第五步：通过碰头上余计算出孔深，所加钻具组合为Φ50公锥+Φ50钻杆一单根+Φ68钻铤+Φ50钻具。这趟钻对Φ50钻杆单根加了一个“s”弯，通过所下岩心管对孔内的照相分析，弯度为90。

6.2.3钻具脱落的预防措施

（1）严格贯彻升降钻具的操作规程，切实加强塔上、前车、和孔口人员之间的联合呼应，防止操作失误。

（2）升将钻具时，要认真检查钻杆的磨损情况，特别要注意连接部分和外径的检查，以便全面掌握钻杆的磨损情况，发现有磨损过限者应及时更换。

（3）严格控制接头螺纹和钻杆螺纹的加工质量，要求螺纹里和钻杆保持一个圆心。

（4）钻进中遇到阻力要立即停车并提升钻具，不要强行运转。

（5）深孔钻进时要使用相应数量的钻杆，以减少井内钻杆的弯曲 。`

6.3粘土球堵漏与捞渣的操作方法

当把孔内脱落的岩心管打捞上来后，开始下钻扫孔，当下到1230米左右时下不去了，孔底有阻力，提起立轴后再慢慢向下落，落到该深度时依旧有阻力，反复几次同样操作后效果依旧，最终起拔钻具时发现岩心管内有掉块。

6.3.1事故原因分析

一是由于在打捞孔内钻具的时候花费半个多月的时间，长时间孔内没有用泥浆循环，造成孔壁泥皮的脱落，导致了坍塌掉块、岩粉沉淀。二是由于在打捞钻具时使用了各种不同直径组合的钻具，并且打捞时对Φ50钻具进行了加弯，这样对孔壁造成了一定程度的破坏。三是通过对所取上来的该孔段的岩心并结合地质资料进行了分析，该孔段为铝质泥岩底层比较松散，且从地质资料中推出该孔段是一个滑坡。由于长时间孔内没有泥浆循环，泥皮脱落失去了原来的二次平衡力从而形成了一个漏斗降。

6.3.2事故的处理

处理方案是：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。从经济成本，施工工期与钻孔结构综合分析，最终采用粘土球堵漏的方法，并结合泥浆的比重来压住坍塌段，然后再边透孔边用无水泵捞沉渣。

第一步是送粘土球，其操作方法是：把钠澎润土，水和麻刀先充分搅拌，搅拌好后切成段，把每段粘土砸实，粘土球直径和岩心管内径相当，然后把砸好的柱状粘土球风干或半干状装到岩心管里。在往岩心管里装之前先用水把粘土球浸湿一下，岩心管装满后在岩心管底端塞一些稻草，用布把岩心管底口包好，用细扎丝扎紧防止管里的泥球脱落，岩心管另一端用皮带砸成和岩心管内径相当的皮带圈平放在岩心管里，放三到五个，如果皮带圈少，达不到所要求的强度，在孔内的巨大压力差作用下，会使孔内的泥浆压着岩心管里的粘土球向上跑挤破皮带圈，进入到钻铤里。为此，下钻时每下200米就用泥浆向钻具内灌注，使其达到内外压力平衡.再者如果岩心管内的螺丝头水眼大，可以在水眼里焊接个螺丝帽，这样增大了皮带圈与螺丝头的接触面积，减少了粘土球向上的冲击力，不容易损坏皮带圈.

第二步砸泥球，当用岩心管把粘土球送到一定的位置后，将泥浆泵放到二档位，使其额定流量达到60L/min，不能用高档位大泵量这样会把粘土球冲散，达不到堵漏的效果。这样靠其强大的压力和冲击力把粘土球从岩心管里压出来，留在孔底，然后用粗径钻具（最下端连接螺丝头）将起捣实，挤压进入裂隙中起到防塌作用。

第三步是扫孔，扫孔前先调整泥浆的性能指标，目的是用大比重的泥浆配合粘土球压住孔壁防止孔壁再次出现坍塌掉块，扫孔时钻具的组合是Φ94锯齿状合金钻头+Φ89岩心管带无水泵接箍+Φ68钻铤+Φ50钻具。当下完钻到预定的位置后，把Φ20的球子投放到钻具内（因为无水泵水眼是Φ18的）。合上立轴后泥浆泵放到三档位，额定流量为106L/min，把球子送到无水泵水眼处，如果发现蹩泵，证明球子已到水眼，立即打开减压泵阀，关闭泥浆泵，回转时，每分钟数十次边扫边上下提动钻具数十厘米，上提时球阀关闭，利用类似活塞的抽吸作用将孔底的岩粉吸入到岩心管中，反复升降钻具，使冲洗液在孔底形成局部反循环，从而达到清除岩粉冷却钻头的目的，但是在下扫过程中钻具不能在一个位置停留时间过长防止烧钻。

6.4处理岩心管脱落的方法及注意事项

6.4.1岩心管脱落的原因分析

岩心管脱落也是在各个钻机上各个孔内经常发生的事故之一，造成岩心管脱落的原因一是岩心管长时间在孔内磨损，原来壁厚为4.5mm的管子已经磨到壁厚不到2mm，磨损较为严重；二是在正常钻进不按照规范和技术要求操作，人为的盲目的加压造成岩心管丝扣损坏；三是钢材质量本身的缺陷。

6.4.2打捞岩心管的方法及注意事项

在岩心管脱落后，由于起钻和处理事故时需要花费大量的时间，这样孔内泥浆不能循环，如果泥浆性能调整不好岩粉会很快的沉淀造成岩心管被埋，这样在处理的时候会造成一定的难度，因而在处理之前不能盲目的下结论，要对孔内情况进行综合分析，再作决策。

在打捞岩心管时，首先切忌不能第一趟钻就下丝锥进行打捞，如果孔内岩屑较多，泥浆失水量较大，孔内停留时间较长，会将岩心管包死，用丝锥打捞会导致钻具提拔不动，使事故的处理难度进一步增大。

因而在下第一趟钻时，应制作一个扁管，制作扁管的目的是靠扁管得挤压力硬挤到岩心管里，靠其和岩心管的挤撑力来提动岩心管，如果岩心管没有被埋或能上下活动，就可以将其提出来。如果岩心管被埋，提拔不动，可以靠钻具的提升力硬把挤撑在岩心管内的扁管给提出来，这样不会导致整套钻具都提不出来。

6.4.3制作扁管的方法

所谓扁管，就是将要下入孔内的钻具底部接一个岩心管，将其砸扁，如果孔内脱落的岩心管是Φ89mm就下入Φ73扁管，如果孔内脱落的岩心管是Φ108就下入Φ89扁管，为了使扁管容易进入脱落的岩心管内，就把扁管底部切成马蹄状。

其制作方法是，本孔是Φ89岩心管脱落，在距离马蹄处以上1米左右将岩心管砸扁，其砸扁的长度为300mm左右，宽度为83mm，因为脱落的岩心管壁厚是4.5mm，则内径为80mm，在该砸扁位置处以上500m，再砸一个宽度为85mm，但两者方向对称，呈"十"字状，这样靠其砸扁处对脱落岩心管的挤撑力来打捞钻具。实践证明在处理该类事故时取得了良好的效果.

7处理事故应注意的几个问题

（1）发生事故后要准确的丈量机上余尺，详细记录事故发生当时的孔深、使用钻具、岩层及有关情况。

（2）当班人员要把事故发生的详细情况向上一级生产技术部门和负责处理事故人员介绍。

（3）认真讨论，充分发挥老工人的作用，制定切实可行的技术方案。

（4）下入孔内的工具和钻具，每班要有专人检查。

（5）不管处理任何类型的事故，在冲扫孔前必须调整好泥浆的质量。

8总结

在钻探施工过程中，由于种种原因，常常发生孔内故障，不仅中断正常钻进，而且影响了整个勘探任务的完成。如孔内事故处理不当，还会造成不必要的人力、物力的浪费。因此，除应抓好钻机的安全钻进工作外，还必须做好日常钻孔预防事故工作，以防患于未然，这是钻探工程中一项十分重要的工作；另外，在做好预防事故工作的同时，还应积极采取正确有效的措施处理好已经发生的孔内事故，使钻探工作达到预期的目的从而把经济损失降到最低。

于此同时，在处理事故之前一定要分析透孔内的情况，选择切实可行的处理方法，调整好泥浆的各种性能指标，防止二次事故的发生。在机台要制定并不断完善安全管理制度，定期对机班长进行技术培训，严格执行操作中的有关规程和制度。

参考文献

[1]《钻探工艺学》 中册 -- -- 地质出版社- - 1995.

[2]《地质学基础 》--叶俊林 -- 地质出版社--1989.

[3]《岩土钻掘工程学》 -- 焉泰宁 -- 中国地质大学出版社--2003.

[4]《钻井液》--中国煤田地质总局编著-- 煤炭工业出版社--2004.

[5]《特种钻探工艺学》--刘广志 --地质出版社--2007.