某铁矿深孔钻探复杂事故处理技术研究

王永尚 冯航 何东

摘要：长期以来深孔钻探复杂事故为钻探工程造成了极大的挑战。文章通过介绍施工概况、地质概况，分析事故及其处理方案，对深孔事故处理安全措施及预防措施展开探讨，旨在为铁矿深孔钻探复杂事故预防与处理技术研究和应用提供一些思路和方法。

关键词：铁矿；深孔钻探；复杂事故；处理措施

引言

伴随社会经济的快速发展，浅层钻探变得越来越少，钻探工作不断转至深孔钻探等存在复杂情况的方向。钻探工作作为一种高风险性隐蔽工程，孔内事故在钻探期间不可避免。在地层复杂、环境多变的隐蔽空间，作业状况极为恶劣，不论是哪一个变量转变，均存在可能导致孔内事故。再加上，事故通常出现在孔内较深位置，无法展开直接观察，仅可凭借经验进行判断、评估，况且过去很长一段时间钻探行业一直处于发展瓶颈阶段，在人才、技术等相关方面均未做到很好的推陈出新，使得事故一经出现总是猝不及防[1]。由此可见，对铁矿深孔钻探复杂事故处理技术展开研究，有着十分重要的理论指导与现实意义。

1.施工概况

我公司在某铁矿钻探施工中，该矿区地处四川西昌市。我们在该矿区完成了13916m的钻探工作量。钻探施工过程中多个钻孔出现各种程度的事故。以钻孔ZK4701为例，其属于这一矿区中完成的孔深较深，事故多且复杂，同时每个事故均得到满意处理，且施工台效相对高的一个典型钻孔。钻孔ZK4701，设计倾角89°，孔深1300米。钻孔结构具体为：采用SW单管合金钻具开孔，将SW孔口管下入5m，选用水泥密封；然后采用PQ规格绳索取芯钻具钻到580m并座管，再换HQ钻进到1050米后选取NQ规格绳索取芯钻具钻进到1385米后终孔。

2.地质概况

本矿区范围内主要断层构造格局为近东西向断层及破碎带，在局部方面伴有北北东向、北北西向断层。矿区内干墩组地层构成向斜褶皱，地层倾角62°～83°。矿区范围内岩性主要包括凝灰岩、灰岩、石英角斑岩、砂岩以及钠长斑岩等，范围内岩脉发育，包括斜长花岗斑岩脉、闪长岩脉、石英斑岩脉、细晶花岗岩脉以及英安斑岩脉等。钻孔ZK4701有着较为坚硬完备的上部孔段，下部孔段则有着不同破碎层，属于事故易发地层，其地层情况，见表1。

3.事故及其处理方案

3.1 钻杆断裂事故及其处理方案

深孔钻探施工期间，钻杆面临孔内极为繁杂的工作状况，往往要受到一系列交变载荷，诸如拉、弯、压、振动及剪扭等，且伴随着冲洗液的冲刷，钻进期间容易产生钻杆断裂现象。

钻杆断裂事故处理方案。结合钻杆断裂事故实际情况，下入公锥打捞，距离事故头一定距离时缓缓下入，同时选取自由钳转动钻杆到不可正转时，停止下入。后动力头夹持钻杆缓缓转动吃扣，转动一定圈数，停转出现反车现象，提钻，打捞完成。

3.2 钻具断裂事故的预防及其处理方案

（1）钻杆未得到有利的维护，出现弯曲情况，丝扣受损或者存在暗伤，偏磨情况严重，作业期间未展开严密的检测，没有在第一时间更换，钻进期间遭受过高的回转阻力，于薄弱部位扭断。

（2）钻杆在钻进、提升过程中，对应压力、拉力等太高，好比钻孔弯曲，孔内未做清洁处理、急剧提升压力、钻进期间卡、烧钻等，造成钻具回转阻力升高，从而导致钻具断裂。

（3）钻具丝扣配合缺乏合理性，连接松紧度不科学，丝扣还没有正对便进行扭接，使得丝扣变形，作业初期便受损，导致钻具脱扣。

改善管材施用质量，提升管材维护管理工作力度。钻杆使用期间应当将丝扣油涂于丝扣处，日常工作中应当避免其遭受损坏，太过弯曲的钻具应当第一时间校自，每日工作开始，机长应当跟班对下入孔内钻具情况展开一一检查。对作业规章流程进行严格执行，合理调节钻头压力，切忌过度提升钻压[4]。作业期间，应当保证钻孔许可的弯曲度，不可选取太过弯曲、磨损、不同心的钻具，钻具每一连接处丝扣应当攥紧正对。

钻具断裂事故处理方案。现场对钻具断裂事故展开快速分析，首先试着下入打捞器对内管进行打捞，后下入公锥将残留钻具打捞出。倘若打捞器难以到位，可将打捞器打捞钩处焊接与一钻杆接手处，后使这一组合体与钻杆下端连接，下钻打捞内管。

3.3 卡、烧钻事故及处理方案

（1）水泵工作失常，送水量不足或者不进行送水，缩减了冲洗液对钻头的冷却功效，岩粉等相关杂物将莲蓬头堵塞，吸水管路存在空气，又或者泵体、进水管、压盖及缸套等存在漏氣情况，传动胶带摩擦不足，排水阀门没有全面开启等未得到第一时间察觉，从而引发烧钻事故。

（2）作业期间，钻头一经下至孔底便加压开展钻进，使得钻头水路不通。岩层逐步变软过程中，倘若钻进速度不科学，岩粉便无法有效地被除去，会先糊钻后干钻，进一步引发烧钻事故。

（3）烧钻事故处理。应当开展好水泵修缮保养及冲洗液管理工作，确保水泵有序送水，对冲洗液中岩粉等相关杂物进行适时处理，确保冲洗液清洁，对钻具磨损状况进行严密检测，存在不良情况进行迅速更换，有效避免中途跑水，每次下降钻具要对孔底岩粉数量进行了解，如果岩粉大于0.3米则需要专门开展捞渣排粉工作，作业人员需全神贯注，对一系列仪表显现数据、设备等进行严密观测，一经发现异常迅速进行提钻处理[5]。针对严重的烧钻事故，需要第一步把上部钻杆、反上来后进行打磨等手段处理。

（4）卡钻事故处理。在松软、易坍塌的地层钻进中，应当应用密度相对较大、含砂量低及黏度相对高的冲洗液冲孔，从而有效确保孔壁稳定性。起钻过程中，使冲洗液注满孔内，确保孔壁具备相应的液注压力。钻进过程中，对钻具转速进行合理控制，缓解孔壁所受钻杆的敲击作用，选取适用的钻进手段、参数，尽可能快速地穿过复杂孔段。要想避免钻孔缩径，应当应用黏度相对低、含砂量低且失水量不高的优质冲洗液，确保孔壁与钻具相互有充分的环状间隙。当出现卡钻事故时，升降机起拔不成功，通过强力冲孔，便能够解决这一情况。引发事故后，应当继续使泥浆循环，已中断的循环应尽量使其循环得以恢复。孔内事故经一系列方法处理无效时，在地质设计允许基础上，可采用人工偏斜的方法处理

4.深孔事故处理安全措施及预防措施

伴随社会经济的快速发展，浅层钻探变得越来越少，钻探工作不断转至深孔钻探等复杂情况的方向。钻探工作作为一类风险性高，且隐蔽性强的工程，孔内事故在钻探期间不可避免。铁矿深孔钻探施工在当今时代发展的新形势下，要与时俱进，大力进行改革创新，运用先进的科学技术，不断优化铁矿深孔钻探复杂事故处理技术。如何进一步强化对铁矿深孔钻探复杂事故处理及预防可以按以下相关措施着手：

4.1 设备工具安全

（1）事故处理期间对仪表指示进行严密观测。钻机负荷不应当高于其最大承受水平，或者长时间高于其最大承受水平，不然的话可能会对设备形成损伤或潜在损伤。

（2）应选取质量达标的钢丝绳，使用期间要对其进行全面检查。受动力头钻机仅能够使用单绳提升，在该矿区深孔事故处理期间，就检查到钢丝绳存在断丝情况。钢丝绳断裂可能会引起十分严重的后果，不仅会对地面人员构成人身威胁，还可能使得孔内事故变得越来越复杂。鉴于此，由22mm代替其中常规16mm钢丝绳，且要求当班施工人员对其状态进行严密关注，只要存在断股情形便迅速更换。同时，新更换钢丝绳在使用开始需要借助紧绳卡，使用期间要严密检测，防止深卡在受力时出现滑脱情况。

（3）深孔钻探复杂事故推荐使用新公锥。这是因为公锥倘若使用次数较多，其螺纹便会出现相对严重的损伤，强力起拨期间倘若脱扣便会引发不良后果。所以应当使用新公锥。现阶段，就锥度转变而言可将公锥划分成2类，一类是公锥锥度不存在转变，倘若吃扣太深可能会使得钻杆丝扣遭受损伤，严重时会撑裂钻杆[6]。一类是公锥锥度从有效吃扣位置之上，锥度变小，吃扣期间钻杆丝扣不会受到损伤，同时吃扣过深也不会轻易引起钻杆撑裂。深孔复杂事故处理应当选取后一类新公锥。

4.2 人员安全

（1）严格制定深孔钻探施工技术方案。强化深孔钻探技术方案的权威性、针对性以及可行性。组织开展以技术人员、机台生产骨干人员为主的深孔技术研讨会，研究、分析并制定深孔钻探技术方案。然后组织实施。

（2）优选施工人员。为钻探技术人员创造良好的工作环境，全面凸显钻探技术人员在科研、技术攻关工作中的关键作用。将钻探工作任务划分到技术人员个人，扶持引导技术人员自实情出发推行技术攻关活动，对显著技术成果进行嘉奖和表彰。

（3）安全防护、安全距离。每一位现场作业人员均应当严格根据要求佩戴安全帽，穿戴工作鞋。机长应当向全员阐述清楚复杂事故处理期间面临的相关危险源，施工人员在作业期间一定要提升注意力，防止被机械、他人造成伤害。同时，受铁矿深孔钻探复杂事故处理工作繁重、作业环境较差等影响，使得施工人员往往要消耗十分大的精力，要想防止疲劳作业引发伤害，有必要扩增施工人员数量，降低作业时间[7]。倘若孔内钻杆在受力情况下，施工人员一定要与其保持安全的距离，以防止可能引发的安全事故。

4.3 深孔事故预防

（1）组建项目管理部。组建包括项目经理、技术负责、机长等在内的深孔钻探项目管理部，提高项目部管理能力，有效促进管理高效化、精细化。对项目管理部人员进行明确分工，项目经理负总责，技术负责分管技术相关工作，机长分管日常生产相关工作。

（2）深化技术管理。深孔钻探施工技术存在极高的风险，因此，开展好深孔钻探技术管理极为关键。深化深孔钻探技术管理可自三个阶段内容出发，第一阶段即深孔钻探前设计阶段，技术负责不仅要结合先前制定的技术方案，组织编写可行、可靠的单孔施工组织设计，还要与项目经理进行协助，开展好设备工具材料準备工作[8]。第二阶段即深孔钻探实施阶段，技术负责日常开展好施工现场巡查检测、指导机台施工工作，保证施工有序开展。此外，自钻探施工期间面临的重点难点出发，全力组织进行技术攻关活动，有效提升钻探施工水平。第三阶段即深孔钻探验收阶段，技术负责应当迅速对钻探施工进行验收总结，积累经验，实现自我提升。

（3）深化生产管理。深化生产管理自机台机长出发，强化深孔钻探施工各方面思想意识，包括严格根据合同施工、严格根据规程规范施工以及严格根据技术设计施工等，并将思想意识落实到实处。开展好钻探设备工具材料准备工作，强化对设备的维修保养，保证设备有序运行，材料供应迅速。切实强调生产安全，对深孔钻探施工安全隐患开展经常性识别、排查，第一时间实施预防、消除对策，为施工人员营造安全的施工环境。

5.总结

总而言之，铁矿深孔钻探事故处理是一个极为繁杂的系统工作，深孔钻探施工存在十分高的成本，一旦报废进尺便会导致很大程度的经济损失。相关人员务必要不断钻研技术、总结经验，自深孔钻探施工起始阶段便强调事故防治，施工引发后应当对一系列因素展开全面分析权衡，科学借助各式各样先进技术手段、工具，从而实现对深孔钻探复杂事故预防与处理满意的目的。

参考文献：

[1]代万庆，卢守卿，李长美，等. 桐柏老湾金矿上上河矿区金刚石钻进“打滑”地层所遇问题及对策[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（07）：32-35.

[2]郑思光，赵志杰，王克佳，等. 司家营（南）区大贾庄铁矿复杂地层深孔钻探技术[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（07）：36-39，46.

[3]首照兵，陈礼仪，张统得，李德新，徐朝伟，杨刚. 攀西钒钛磁铁矿整装勘查复杂地层钻探护壁堵漏技术[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2012，39（02）：31-34.

[4]李明，于志坚，耿印，刘存，王越. 承德县张营子矿区深孔钻探工艺技术简介[J].河北地质， 2014，（03）：39-41.

[5]吕拴录，姬丙寅，康延军，张宏，龚建文，杨向同. 钻杆弯曲断裂原因分析及预防措施[J].石油矿场机械，2010，（09）：17-20.

[6]史海岐，李泉新，方俊. 底板注浆加固定向钻孔套管事故处理技术[J].矿业研究与开发，2013，33（06）：96-99.

[7]贾宏福. 新疆雅满苏铁矿深孔钻探复杂事故处理技术[J].西部探矿工程，2013，33（08）：38-40，43.

[8]刘锡金. 陈台沟铁矿复杂地层深孔钻探施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2014，41（10）：41-44.