深部勘查钻探过程中跑钻事故处理案例分析

王立新

（天津华北地质勘查局核工业247大队，天津 300192）

1 项目概况

工程地点位于甘肃省玉门市以北约70km处，工作内容为在新场候选场址布置施工深度为1000m钻孔1个（钻孔代号BS11）、累计进尺不少于1000m，对孔位所在地层的工程地质条件、水文地质条件进行勘查并形成报告，钻进设备采用XY-6B钻机。

1.1 钻探施工的质量技术要求

（1）钻进方法：整孔采用金刚石钻头双管钻进，绳索取心技术。

（2）钻孔孔深1000m，垂直孔。开孔孔径视浅部地层情况和采用的钻探工艺方法确定，终孔孔径一般应不小于90mm，特殊情况下不小于75mm；孔口套管高出水泥台约0.2m～0.3m。

（3）岩心采取：采用绳索取心，完整地段岩心采取率＞95%，构造破碎地段＞75%。

（4）钻进介质：清水钻进，严禁使用泥浆钻进；钻进介质中须添加甲方指定的示踪剂，并须监测示踪剂浓度。

（5）护壁：在必要的情况下，经甲方书面同意后可使用聚丙烯酰胺护壁。

（6）孔斜：每100m顶角不超过1°。

（7）孔深校正：每100m孔深误差0.1%，每100m必须校正孔深。

（8）岩心深度校正：在钻进过程中要尽可能保证岩心的可拼合性，如果岩心间发生磨损，导致无法拼合时，必须进行岩心深度校正。

（9）孔壁：必须光滑、平整，以便使各种测井工作顺利进行，不允许有“探头石”等。

1.2 工程施工的主要难点

（1）科研钻孔为防止泥浆材料对地下水，岩石裂隙等资料的干扰，要求全孔使用清水钻进，孔内可能不返水，需顶漏钻进，且顶漏钻进过程极易发生烧钻、埋钻事故。

（2）岩石可钻性为10级，部分石英含量高、细粒、研磨性较好的花岗岩可钻性达11级，钻孔口径大，破碎岩石困难。

（3）科研钻孔岩心采取率要求高，必须达到95%以上。要求使用高质量的采心工具、严格控制卡簧座与钻头的配合间隙，掌握好卡簧与岩心间的松紧程度，认真观察钻进参数的变化情况等。

（4）科研钻孔对岩心质量要求严格，岩心拼接、岩心基线、确保岩心不磨损、孔深校正、岩心深度校正、示踪剂的添加、资料整理等方面要求严格。

（5）使用清水钻进，且钻孔口径大，钻进阻力大，施工进度较慢。

2 钻探施工

2.1 钻具结构

开孔钻进钻具：机上钻杆+Φ127mm单管钻具+Φ130mm金刚石扩孔器和钻头。

S95钻进钻具：机上钻杆＋S95绳取钻杆＋S95绳取总成＋S98金刚石钻头。

扩孔钻进钻具：机上钻杆+Φ127mm单管钻具+Φ136mm金刚石扩孔器和钻头及+Φ110mm单管钻具+Φ116mm金刚石扩孔器。

2.2 钻孔结构

钻孔结构为：具体钻孔结构见图2-1所示。

（1）0.00m～2.300m孔段用Φ130mm钻头钻进。

（2）2.300m～605.000m孔段用Φ98mm钻头钻进，因漏水严重使用Φ136mm钻头扩孔至123.000m并在施工期间下入127套管并且使用水泥固井，后因孔内事故使用Φ116mm钻头扩孔至605.520m。

（3）605.520m～612.316m孔段用Φ98mm钻头钻进。

（4）612.520m～1006.464m孔段因钻孔阻力过大变径使用Φ77mm钻头钻进至终孔（中间使用Ø98mm钻具扩孔至684.750m）。

图2 -1 钻孔结构图

2.3 钻进参数设置

由于岩体的岩石硬度高，钻孔直径较大，绳索取心钻头的底唇面积比普通钻头的底唇面积大，钻压稍小就不进尺或进尺极慢，只能采用大压力钻进；因只允许用清水钻进，钻具的摩擦阻力极大，严重影响了钻机转速。在钻机钻进能力范围内，尽可能使用高转速钻进以提高钻进速度。

施工中使用的规程参数为：压力300Kg～1600Kg，转速125rpm～726rpm。全孔使用清水作为冲洗液：水量75～150L/min。

3 钻进过程跑钻事故的形成及处理

2016年8月18日开钻，2017年10月8日终孔，42.875～44.185m开始漏水，95.910m～97.580m孔段开始整孔无返水，因无返水导致岩粉颗粒无法排出，并且钻进过程中有掉块卡钻情况出现，在施工至605.495米时，钻杆内丝扣突然断裂，导致跑钻事故的发生，钻头连带部分钻杆断在孔底，通过计算孔内残存139.89米事故钻具，通过各种办法打捞都未能捞出事故钻具。

3.1 事故处理方案的选择和论证

（1）移孔重打。根据我单位在该地区施工经验和事故深度，更换损伤的Φ98mm钻具重新开孔，预计3个月内可以完成重新成孔任务，但该方案未能得到甲方同意，该方案被否定。

（2）扩孔处理事故钻具。采用Φ110mm口径进行扩孔处理，扩至事故钻具深度，再打捞事故钻具，在实施时可能存在如下问题：因处理难度大，易出现不可预见的二次事故，导致事故钻孔难度增加；事故钻孔内情况复杂，处理时间长，工程进度很难掌控；处理事故时不同于正常钻进，钻探设备随时可能出现超额工况，导致设备损坏，加大了因机械原因导致的次生事故出现的概率等。

3.2 事故处理步骤

经过仔细研究，充分考虑各种干扰因素和可能出现的不利情况，备齐相应处理设备和工具采用扩孔方案进行处理，具体步骤如下：

（1）检查钻机、钻塔等设备的安全设施，保证设备安全运行；更换损伤的Φ98mm绳索钻具，保证孔内钻具安全；准备610米Φ50mm反丝钻杆及配套的钻头、丝锥、水力切刀、取粉管等设备工具。

（2）采用Φ110mm普通钻头扩孔至事故头，扩孔时应注意以下内容：扩孔钻杆采用Φ50mm正丝钻杆；扩孔钻具异径接头处必须带Φ108mm取粉管；扩孔时需带Φ98mm导向；扩孔时必须低转速，钻杆外壁必须有不断流的清水润滑；遇到掉块卡钻时必须提钻检查钻具；扩至事故头后进行孔深校正，确保位置准确。

（3）采用Φ110mm无内径钻头扩孔套取Φ95mm钻杆，过程中注意以下内容：Φ108mm岩芯管长度不得超过10米，异径接头处必须带Φ108mm取粉管，扩孔套取过程因没有带导向，钻进时要轻压慢转，确保事故头套入岩芯管中；如果事故头特别复杂，不能套进岩芯管内，立即将钻具换成Φ110mm普通钻头带Φ75mm导向钻头扩孔钻具对事故头进行打磨扶正，待事故头正常后，再采用Φ110mm无内径钻头扩孔套取Φ95mm钻杆，套取过程如扭矩突然变大，不要强制钻进，查明原因确定安全后再采取处理措施。

（4）采用反丝锥打捞。打捞时反丝钻杆异径接头处必须带Φ108mm取粉管，反丝锥最好采用母锥，“提”和“反”事故钻具时钻杆进扣不能超过三圈，若不能反开事故钻具应强拔，使打捞工具脱离事故头，然后用Φ75mm水力环刀进入事故钻具，从内部切断已经扩出的事故钻具，再用反丝母锥打捞。

（5）交替反复使用（3）和（4）两步骤，直至成功打捞出事故钻具。处理结束后，在610米以上孔段下入Φ108mm套管保护孔壁，再采用Φ98mm绳索钻具钻至1000米终孔。事故成功得到处理，最大限度减少了经济损失和抢回了工期。

4 总结

在跑钻、埋钻、卡钻等钻孔事故的处理过程中，往往由于孔内钻具数量多，事故位置深，孔内情况不可见，处理难度大等影响，每次成功打捞事故钻具的数量难以确定，而且处理过程中不确定情况随时发生，处理时间往往都很长，难以控制，容易造成人员疲惫和烦躁情绪，引发人员和机械安全事故。所以在处理类似事故前一定要预先制定详细、可行的事故处理方案，充分考虑处理过程中可能出现的特殊情况，针对性的研判并制定相应的应急预案；对于人员，一定要选派具有丰富事故处理经验的钻探技术人员担任机长，配备优秀钻探工人组建处理小组，方案实施前做好技术交底；配齐足够的事故处理设备、工具及其他辅助材料，为事故处理提供良好的后勤保障。