公锥在环空间隙较大孔内处理断钻杆事故的应用

宋世杰，田志超，葛晓华，仲崇雷

(山东省第三地质矿产勘察院，山东 烟台 264004)



公锥在环空间隙较大孔内处理断钻杆事故的应用

宋世杰，田志超，葛晓华，仲崇雷

(山东省第三地质矿产勘察院，山东 烟台 264004)

本文简述了环空间隙较大钻孔中，自制导正公锥处理偏倒钻具的方法，并因地取材，根据现有条件，发挥集体智慧，省时省力，节约成本，顺利解决了断钻杆事故。

公锥；南黄海；事故；钻杆

0 前言

对于小口径岩心钻探而言，几乎每个钻孔都会发生一些小的事故，例如跑钻、卡钻、断钻杆等等。一些由现场钻工智慧结晶，制作出来的钻探工具，虽然没有去申请个人专利，但却被许多生产厂家规模生产，或者资源共享给野外机台提供了巨大的便利。近几年来，小口径钻探市场的紧缩，大规模的会战普查项目的缩减，“单兵作战”成为时下钻探模式的主流，相比大规模会战，机台面临地质原始资料匮乏，钻探技术参数无从考究，钻探工具单一，施工地点环境恶劣，钻探运营成本增加等诸多困难。利用现有资源搞好生产，更需要我们积累更多的生产经验，发挥集体智慧，创造了小口径岩心钻探新的辉煌。

1 工程概况

CSDP-2井是按照国家海洋地质专项中“中国东部海区科学钻探工程”项目安排，于2014年在中国东部海区实施科学钻探井一口，设计深度暂定2 000 m。CSDP-2井位于南黄海废黄河口外海域，连云港以东约170 km。

钻进地层情况，上部主要为淤泥、黏土、细砂～粗砂，含砾砂等，结构松散；下部以灰岩、泥岩、砂岩和煤层为主。局部地层较为破碎，部分孔段破碎严重，特别是碳质泥岩和煤层，裂隙发育。

施工中采用的钻探设备如下：HXY-8型岩心钻机,K31-90型钻塔(含底座)，2台BW300/16型泥浆泵(为确保冲洗液上返速度要求的较大泵量，采用2台泵并联使用)，SQ114/8型液压动力钳，XZ-2旋流振动筛除砂器，钻井液测试仪器，以及FK125-3型井控防喷系统。

CSDP-2井采用五级井身结构，详见表1。

表1 井身结构

2 事故概况及原因分析

2.1 事故概况

2015年9月2日，CSDP-2井钻进至921.60 m孔深，发生断钻杆事故，事故头位于755 m，第41个立根两个单根处的上端原螺纹断裂(如图1)。

图1 断裂的钻杆

孔内剩余钻杆立根9根，其中有一根3 m导正钻杆(外径146 mm)以及一根4 m钻具，该施工孔段采用特制∅150 /122 mm金刚石绳索取心钻进方法，配套使用绳索∅114 mm钻杆，孔径为150 mm，故而钻孔环空间隙较大，易导致事故头偏斜，多次下入公锥打捞事故钻杆失败。

2.2 分析断钻杆原因

本次断钻杆事故发生的主要原因是过大的环空间隙和不合理的钻压。在钻进过程中，过大的钻进压力使∅114 mm绳索取心钻杆产生弯曲，造成钻杆偏磨。同时在钻进过程中，钻杆产生径向振动，造成局部钻杆的疲劳破坏，致使钻杆折断。另外，钻杆磨损过度，施工人员马虎应付，没有及时更换磨损钻杆也是造成本次事故的原因之一。

2.3 解决办法

为解决这一问题，现场人员经过反复对事故头环境现场模拟、推敲，认为较大的环空间隙，造成事故头偏倒，致使常规公锥无法进入事故头内部进行锥取。根据现场的实际情况，决定设计加工有针对性的新型导正公锥，将偏倒的事故头扶正，进而锥取事故头，处理解决事故。设想的事故处理过程如图2所示。

图2 设想的事故处理过程

3 自制新型公锥

3.1 设计要求

(1)自制公锥的制作材料在现场施工条件下容易获取；

(2)自制公锥的结构要简单，易于加工；

(3)自制公锥要精确控制尺寸，避免因尺寸问题造成挤卡；

(4)自制公锥的焊接加工要由专业人员进行，焊接要仔细，保证强度；

(5)根据孔内实际情况，可对自制公锥的结构、尺寸进行调整，以保证其使用效果。

3.2 加工步骤

根据施工现场的实际情况，施工平台上的加工条件有限，应因地制宜的利用现有条件，安全有效的解决问题。自制新型∅150 mm导正公锥基于普通∅114 mm公锥体，加装导向筒，结构简单，易于加工，效果明显。

(1)准备∅114 mm公锥一件，配置相应钻杆转换接头，也是焊接体。

(2)加工最大外径略小于钻孔直径的导正筒，根据现场条件就地取材，采用平台上的加护铁板作为导向筒的加工原料，厚度为3 mm，形状切割成梯形，高度比114公锥长100 mm左右，上底长度比∅114 mm转换接头周长略长，下底长度与150 mm直径钻孔周长相同，卷制成圆台形卷筒。

(3)卷筒下端自下而上的切割出15 cm长豁口，进行弯折使下端超出的100 mm为圆柱型，可以根据实际情况加工水口，如图3所示。

图3 加工好的卷筒

(4)将加工好的导向筒套入转换接头，焊接加工，焊接要求坚固，整洁，保留水口，防止事故钻杆上部有沉淀岩粉覆盖，吃锥时岩粉堆积，造成埋钻事故，处理失败。

(5)对加工好的导向公锥用角磨机打磨光滑，使起下更加顺畅，防止起下钻过程中发生挤卡。加工完毕的自制公锥如图4所示。

图4 加工完毕的自制公锥

4 自制导正公锥的应用

4.1 操作要点

(1)下公锥进行打捞前要详细了解孔内情况及事故头的准确位置，严禁盲目下入；

(2)公锥下入孔内遇阻时，不得开车扫孔，打捞时应注意要有冷却水，严禁开车打捞；

(3)拧卸公锥时严禁用锤猛打，用后及时卸下，洗净擦干，涂油妥存，严防锈蚀或锈死在钻具内卸不出来；

(4)钻杆接头断在孔内打捞时要特别注意，因接头内径大于公锥小端直径，此时易将公锥扭入，应用钳子卡住钻杆并轻压慢转，严禁开车打捞将公锥折断，造成事故恶化；

(5)发生断锥事故时，可用特制的筒状合金扫铁钻头将接头外径扒掉一层，将接头与断锥一起带出孔外，打捞时，严防发生穿、插、挤、夹，使事故恶化；

(6)在发生断钻具事故后，必须根据折断处的实际情况而采取合理有效的措施进行处理，切不可盲目行动使事故恶化而导致钻孔报废。

4.2 处理过程

首先确定事故头位置在755 m处，并测量好自制公锥长度。将加工好的自制公锥涂抹上黄油，与钻杆连接，下钻至事故头上方约1.5 m，停止下钻，连接上机上钻杆，打开水泵循环钻井液，缓慢下放至事故头位置后，用管钳扳动钻杆继续下放150 mm左右，扳动钻杆有吃扣迹象时，开动钻机微微施压并轻晃离合，继续吃扣，提钻，一次就将事故钻具锥取上来(如图5所示)，顺利解决了本次断钻杆事故。

图5 处理上来的事故钻具

5 经验总结

自制的导正公锥优点突出，制作简单，便于现场加工操作。吃锥过程中，既能扶正孔内偏斜钻杆事故头，又能确保吃锥力度，预防吃鼓，吃劈钻杆，是一种较完美环状间隙较大的钻杆断裂打捞工具。

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[5] 陈师逊, 宋世杰. 中国东部海区科学钻探施工技术探讨[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2014, 41(12):1-5.

18、第28届中国国际测量控制与仪器仪表展览会(原多国仪器仪表展)(MICONEX 2017) 2017年9月26～29日 上海新国际博览中心 www.miconex.com.cn

19、第17届分析测试学术报告会暨展览会 (BCEIA 2017) 2017年10月10～13日 北京国家会议中心 www.bceia.cn

20、第13届智利国际矿业展(ExpoMin 2018) 2018年4月23～27日 智利 圣地亚哥 www.expomin.cl

21、国际建筑与工程机械展(INTERMAT) 2018年 4月23～28日 法国 巴黎 www.intermat.fr

22、国际非开挖技术展览会(36thInternational No-Dig Conference & Exhibition) 2018年9月 南非 开普敦 www.istt.com

2016-10-14

宋世杰(1966-)，男，山东省第三地质矿产勘查院，高级工程师，探矿工程专业，主要从事地质岩心钻探和基础施工技术工作，山东省烟台市芝罘区机场路271号，Tel：13853539830，E-mail：syssj888@163.com。

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1009-282X(2016)06-0042-03