水文钻孔大口径扩孔埋钻事故处理与预防

喻忠伟 余杨忠 马启民 李兵兵

（中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心昆明 660000）

钻孔施工是一项隐蔽性工程，存在大量模糊性、随机性和不确定性，对于地层的认识不清或技术因素以及作业人员的决策失误，往往会出现许多孔内复杂情况，甚至导致孔内事故［1］。针对埋钻事故做好预防和选择妥善的处理手段、使损失和影响降到最低，是钻孔施工中不可忽视的问题［2］。

1 埋钻事故原因及影响因素

钻具在孔内被岩粉、钻粉沉淀或被孔壁坍塌物、流沙等埋住，不能转动，也不能提升，也不能通水时，叫做埋钻事故［3］。水文钻孔施工中，引发埋钻事故主要因素有：（1）地层。岩层破碎、松软、风化程度高、胶结度不好等，地应力的释放，遇水溶解等。（2）钻杆。钻杆受压过大，弯曲变形导致钻杆震动、刮擦孔壁。（3）冲洗液。冲洗液失水量过大，泥皮护壁效果不好，流速、切力过大冲刷孔壁；排粉能力不强，大量岩粉在孔内积累。（4）水力差。提钻后孔内未及时补充冲洗液使孔内水位低于地下水，或孔内出现承压水稀释冲洗液，孔内水头高度不够，从而打破围岩压力平衡。（5）操作。上下钻过程中猛停猛放，形成压力抽吸或挤压孔壁，造成孔壁失稳；长时间使钻具在孔底静置停留。

2 事故发生的征兆

水文钻孔大口径扩孔中，钻孔口径大、钻杆与孔壁环状间隙大，环空冲洗液上返流速低，孔壁坍塌物在冲洗液中容易分散下沉，其过程难以引起泵压和钻进阻力产生变化，在地表不易察觉，直至发生埋钻。由岩粉沉淀引起的埋钻事故发生前通常有以下征兆：下钻前钻具不能放到孔底，扩孔过程中循环槽和沉淀池内岩粉沉淀量减少，泵压不稳并呈逐渐增大趋势，钻杆回转阻力增大甚至憋车，但稍提钻后阻力消失，正循环钻进加杆过程中大量冲洗液从钻杆冒出，提钻时阻力增大后又减小。发生埋钻后，泵压急剧增大发生憋泵，甚至孔口停止返水，孔内钻具一般只能单向向下活动，严重的无法转动和上下活动。

处理埋钻事故的方法很多，要遵循“科学诊断、安全快捷、经济”的原则［4］，认真研究和分析事故原因、事故发生的具体情况、事故位置和孔内情况，根据实际情况制定处理方案。下面介绍一种水文钻大口径扩孔埋钻事故的处理实例。

3 埋钻事故处理实例

3.1 钻孔及事故基本情况

ZK203 水文地质钻孔位于云南富源县老厂乡，按照探采结合孔设计。该孔设计孔深200米，终孔孔深203.03米，地表层为12米厚的含砾黏土层，往下钻遇地层为碳质泥岩、泥质砂岩、煤层为主，三者连续互层，终孔时仍未穿透；全孔黄铁矿化明显，呈粒状、带状分布。采取“小口径取心、大口径扩孔”的思路施工，先用P口径绳索取心钻具完成取心钻进，而后使用φ60外丝钻杆和各级扩孔钻具逐级扩孔。埋钻事故发生前，用φ150 扩孔钻具扩孔至87.5 米位置处，准备加单根钻杆。提钻前为探查孔底情况，继续泵送冲洗液上下活动回转钻具，泵压和回转阻力均无变化。停转后将钻具提离孔底2.5米时，泵压突变急剧增大至憋水状态，同时钻杆抱死无法活动，再次尝试泵送冲洗液无反应，判定为孔壁坍塌引起的埋钻事故。

3.2 事故产生原因分析

（1）孔壁不稳定。事故位置之上共有3 层煤层13.6 米、破碎带2 层7.4 米，尚有较厚的破碎泥岩，占比约三分之一。扩孔后孔壁的稳定性更差，为埋钻提供物质来源。

（2）环状间隙过大。扩孔阶段使用60mm钻杆扩孔，扩孔后孔内直径有150mm 以上，二者之间有45mm以上的环状间隙，为孔壁大量垮塌掉落提供了空间和通道。

（3）冲洗液护壁效果较差。该孔需要做抽水试验，根据施工设计，扩孔阶段只能使用清水加少量聚丙烯酰胺钻进，严重制约冲洗液护壁效果和排粉效果，增大了孔壁垮塌概率。

3.3 事故处理过程

填埋物是限制钻具活动的最根本原因，只要清理填埋物，埋钻事故即可消除。根据孔内情况，机台制定了一套处理方案：回脱主动钻杆后，使用P绳取钻杆+P绳取钻具+薄壁钻头组合，套在φ60钻杆外下钻至填埋物堆积位置，更换配方冲洗液回转扫除填埋物，并通过冲洗液循环排除孔外。该方案的主要好处有：一是风险相对较低，不强行起拔事故钻具从而排除断钻风险，使用同径的钻杆和钻具组合减少二次埋钻的处理风险；二是减小了钻杆与孔壁间的环状间隙，增强冲洗液上返速度，提高冲洗液携粉能力；三是可以忽略事故处理期间发生的孔内坍塌和岩粉沉淀，在实施该方案时，再次探明岩粉沉淀在10小时内累加近3米；四是该孔岩屑颗粒较粗，事故钻具不易发生粘附卡钻，清除完填埋物就能活动事故钻具。经过上述程序处理，圆满解决了此次埋钻事故。

4 扩孔中预防埋钻事故的措施

（1）尽量采用匹配的钻杆扩孔。减少环状间隙，增强冲洗液携带岩粉上返速度，增加钻杆的强度和稳定性。同时注意检查钻杆质量［5］，每次加杆时要在钻杆丝扣处涂抹丝扣油，防止钻杆漏水，确保冲洗液从扩孔钻头底部循环。

（2）根据地层情况合理调整优质冲洗液配比［6］，相比取心阶段使用的冲洗液要增大黏度和降失水性，增强排粉能力和护壁效果。适当增加循环槽长度和挡板数量，经常检查清理循环槽和沉淀池，在地表减少冲洗液含砂量。

（3）合理控制扩孔速度。水文钻孔施工一般限制冲洗液使用范围，甚至只允许清水钻进。当冲洗液使用受限时，要根据地层情况合理控制扩孔速率，适当降低转速和钻压，有利于岩粉颗粒重复破碎变小被排出孔外，也减小钻杆震动对孔壁的影响。

（4）扩孔过程中钻具必须装配沉沙管。不稳定地层适当加长沉沙管长度，用于打捞大颗粒岩屑和小规模坍塌物，每班至少提钻一次清理管内沉积物，使用清水钻进时适当增加清理次数。

（5）停钻后提钻前适当延长泵水时间，尽量排除孔内岩屑。泵送过程中上下活动钻杆，观察泵压变化和钻具活动能力，异常时低转速并上下活动钻具直至通畅。停泵时必须将钻具提离孔底，留出足够的岩屑沉淀空间。

5 结语

在大口径水文钻孔施工中，施工人员因取心阶段未发生孔内事故并掌握了地层情况，往往放松警惕，错误认为扩孔比取心简单安全，必须要引起思想上的重视。技术人员要充分利用地质编录信息，根据地层情况做好风险评估，制定预防措施和事故处理预案，在施工过程中要注意积累总结经验，分析、判断准确事故原因，做到有的放矢。同时，机台要配齐处理工具，赢取时间高效快速完成处理，避免事故复杂化，将损失降至最低。