深孔地质钻探孔内事故专用处理工具之探讨

李凯舟

（1.山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队，山东 招远 265400；2.黄永堂技能大师工作室，山东 招远 265400）

随着我国“三深一土”战略的规划实施，地质找矿逐步向深部进军，作为验证矿体预测的最直接手段，钻探工程也在不断地刷新孔深纪录。近年来，山东省大力实施“攻深找盲”战略。在胶西北地区，深部金矿找矿取得重大突破，三山岛、焦家和招平三大成矿断裂带控矿深度相继突破-3000m。目前三山岛断裂带最深孔深4006.17m、焦家断裂带最深孔深3266.06m、招平断裂带最深孔深3000.58m。

随着钻探深度的不断延伸，钻孔内部的地质条件也越来越复杂，在钻探过程中经常会产生各种不同类型的孔内事故，尤其是卡钻、卡套管以及烧钻等问题。资料显示，胶西北三个超3000m深孔在施工过程中均遇到了不同程度的孔内事故，事故处理时间短则40余天长则200余天，严重影响施工效率，施工成本和风险均大幅增加。因此，研究深孔钻探孔内事故处理装备将有助于提高地质钻探工作水平和施工效率。

1 现有的事故处理技术装备手段

（1）钻机的强拉与起拔。和石油钻机以及水井钻机相比，在地质钻探工作当中对孔内事故的处理能力相对较弱，主要原因在于钻机油缸的起吊能力偏低、钻塔的整体承载力较小等。比如深孔钻探使用的A19.5m型钻塔，其承载能力上限仅为400kN。在处于3000m以深的钻探深度时,所使用的机械立轴钻机在工作过程当中的起吊力量大小为300kN，而φ76钻杆每米的重量约为10kg ，3000m钻杆自重达到30T。通过以上数据分析可以看出，在深孔地质钻探工作当中，针对钻机的起吊能力要求相对较高，通过以上设备仅可以勉强保证3000m全孔钻具的工作要求，以及满足孔壁摩擦阻力所形成的起吊要求，在进行更深的钻孔勘探工作时，当出现卡钻、卡套管等孔内事故时，给进油缸不能充分满足深孔钻杆以及套管在特殊条件下的起吊工作要求。

（2）打捞及事故处理工具。在石油钻探工作中，存在10余种比较有效的打捞工具以及事故处理工具，和石油钻探工具相比，现阶段在地质钻探工作中所使用到的专用工具类型相对比较单调，大部分钻探工具生产厂商并没有特别重视钻具打捞以及事故处理等相关工具的研制和生产，生产厂商在这方面的生产技术一直停留在比较低层次的发展阶段，主要生产的打捞设备有公锥和母锥，和现阶段深孔地质钻探中的事故处理工作严重脱节。对于深孔地质钻探作业，需要研制出更加高端的专用事故处理工具，事故处理工具的研究和革新，可以有效提高处理事故处理效率。这也是现阶段我国各地勘单位所需要解决的重要问题之一[1]。

（3）钻杆切割工具。地质钻探过程中切割钻杆、套管可以使用水力内割刀。其工作原理是将割刀送至拟割断的管材深度后，将高压液体泵入割刀体内，高压液体推动活塞压缩弹簧使活塞杆下行，活塞杆下端推动2个刀头向外张开与钻杆或套管内壁接触，张开的刀片随同切割钻具旋转,刀头周向同时切割，割断钻杆或套管后，关掉泥浆泵，刀头复位回收[2]。水力内割刀的使用可以有效降低起拔事故钻杆、滞留套管的操作时间。

（4）孔口辅助工具。地质钻机设备通常情况下都会匹配一些大吨位的拔管设备来作为辅助工具，其中大多数都选择400kN或者是750kN两种起吊能力的辅助工作设备。在工作过程当中可以对钻孔内部的套管以及出现事故的钻杆来进行打捞，但是由于该设备在工作过程当中体型比较笨重，同时安装工作存在诸多困难，和各种绳索以及钻杆之间的匹配程度不高，造成了整个钻杆整体的抗拉强度受到了严重限制，进而造成了很多施工单位并没有对其进行配套处理，或者是配套的拔管没有发挥出应有的作用。

2 发展地质钻探事故专用工具的思考与实践

通过以上所述，针对钻机和专业工具的使用状况进行分析和研究，从中可以总结出如果单纯依靠钻机设备来进行工作，不能有效解决钻孔工作当中所产生的意外事故，因此在发生钻孔事故的情况下，相关工作人员经常会处于一种无计可施的工作状态，对整个地质勘探工作效率和质量产生了严重的影响。因此，现阶段需要针对地质钻探工作当中的事故专用工具进行有效的研制和开发，同时不断提高钻孔工具的适用性，以钻孔内部施工工具和钻机设备之间进行有效的衔接，将钻孔内部的工具和钻孔外部工具之间进行衔接，以此来保证整个钻孔工作的安全稳定开展，实现钻孔工具的统一和自动化控制，实现多样化的地质钻探工作的开展。相关勘探工作单位在深孔地质钻探工作当中，可以针对各种不同的事故问题进行有效的处理，保证钻孔内部所产生的不良事故可以得到更加高效和快捷的处理，大大提高了整个地质钻孔工作质量和效率[3]。

（1）研制新型孔内工具。现阶段在石油打捞工具方面类型相对比较齐全，其中比较常用的分为高强度的公锥、母锥以及可退式打捞设备，因为在岩心钻探工作当中由于井身结构和环状间隙的影响，造成了钻杆在规格和材质特性上无法满足工作要求，同时在上述工具当中都无法直接进行选择。针对地质勘探工作当中钻杆和套管的工作特性，其中比较常用的可退式打捞矛以及倒扣式打捞矛，可以通过借鉴性和适配性的研制方法来进行功能改善。

可退式打捞矛在整个结构过程上相对比较简单，同时工作强度较高从转盘内部的直径进行打捞，同时还可以对自由工作状态下的钻杆以及套管等进行抓死和打捞。如果在打捞工作当中存在不成功的问题，可以通过击打中心轴和正转自由退出，具体如图1所示：

图1 可退式打捞矛

倒扣打捞矛在工作过程当中主要是以打捞事故设备为主要的工作模式，然而在工作过程当中处理严重的卡钻事故，单纯通过抓捞来进行处理还远远不足，必须要具有良好的传递扭矩能力，同时在倒扣打捞矛工作过程当中，需要保证反转倒扣的工作有效性，以此才可以充分发挥出倒扣打捞矛的全部工作性能[4]。

（2）增强孔口辅助工具的适用性。在比较常用的地质勘探设备基础之上，针对市场当中存在的两种新型起捞装置,来进行了分析和研究，通过重载单油缸连续起拔的方式来作为一种新型的轻便起拔工作设备，作为岩心钻机的辅助设备，通常情况下采用的是手摇泵来作为输入动力，通过单油缸对一些重量较轻体积较小的设备来进行起吊和抓取，以此来弥补岩心钻机在一些小型事故处理工作当中的工作能力。该工具在一些孔深较深的岩心钻探工作当中得到了广泛的应用。深孔岩心钻机具有超高的液压工作动力系统，内部压力为63MPa，在大吨位的单体油缸起拔过程当中，整个起拔的力度可以超过2500kN，可以充分满足深孔地质勘探工作的事故处理需求，对地质深孔勘探工作提供了良好的技术保障[5]。

3 结语

在地质钻探工作当中需要以预防工作为主，面对比较复杂的地质结构所产生的钻探事故在所难免，因此需要从技术手段以及所使用的设备条件上来进行升级和改造，以此来有效降低钻孔事故率。