矿山钻探工程中的钻孔事故及其预防处理探析

夏秋凉，于 峰，周 星

（江西省地质局赣西地质调查大队，江西 南昌 330201）

目前开采深层矿产资源的工程的范围正在逐渐扩大，矿山中的钻探工程也在不断向深处进发。但是深部地层的地质构造复杂多变，容易产生钻孔事故，如果发生钻孔事故，不仅会影响工程进度，还会造成一定的经济损失，影响发展速度。因此，正确的分析事故原因，进行合理的预防和处理，是提高矿采工程效率的有效措施。

1 矿山钻探工程中钻孔事故分析

矿山钻探工程之中的事故按照事故原因大致可以分为两类，一是人为事故，二是自然事故。在众多事故之中，由于人为原因造成的事故频率远远高于自然事故，人为事故主要是由于操作人员在进行钻探工作时没有严格遵守作业流程，没有根据实际情况采取合理的措施，由此引发事故。人为事故主要包括钻具的折断与脱落事故、烧钻事故、套管事故以及岩粉埋钻等，而自然事故主要是由于岩壁不稳定引起的孔壁坍塌埋钻事故以及由于地层破碎造成的掉块挤夹事故等，自然事故大部分是由于矿山本身的地质原因。以下是对于几种代表性的矿山钻探工程中钻孔事故类型的分析。

1.1 烧钻事故分析

烧钻事故也包含着几种类型的事故，它们的分类主要是根据矿山所处的地质状况以及矿产资源勘探施工的经验，大致有以下几种类型：第一，矿山钻探工程中，运用到的钻孔设备参数设计不符合实际需求，在作业过程中旋转速度过高，带动立轴旋转速度随之变高。冲洗液在输送的过程之中由于泵的力量不够，导致输送速度过慢，矿井底部的钻头磨损严重，这种状况持续一段时间，会对钻头造成持续磨损，钻头整体的使用寿命造成影响，最终烧损状况严重[1]。

第二，由于所处矿山的地质条件复杂，地层破碎，钻头向下深入的过程中处于盲目区域，施工人员对地下情况不清晰，不断的增加对钻头施加的压力，导致钻头进入岩石，并且深度较深，钻孔内部的岩石碎屑没有及时地清除，钻头在工作的过程中不断受到损害，最终引发严重的烧钻事故。

第三，在进行作业时，钻杆承受了比较大的压力，但是用来连接钻杆的螺纹，却没有很好的承受压力的能力，由于施工时的磨损过多，引发断裂问题，螺纹断裂导致冲洗液泄漏，钻井底部的供油量不足，引发烧钻事故。

第四，钻头在井下停留的时间过长或是将钻头提出的时间过长都会导致岩石碎屑沉淀在钻井底部，在进行钻孔之前没有及时的将这些碎屑冲刷清除干净，造成排水管道堵塞，引发烧钻事故。

在矿山钻探工程中，当钻井深度达到1012.55m时，就会发生烧钻事故，并且情况较为严重。当钻机设备的整体转速达到每分钟255转时，钻具收到的阻力就会突然增加，产生钻孔的泵压保持正常，但钻孔设备的工作电流却迅速增加的问题，钻孔内部的钻杆被拔出，烧钻事故严重。

1.2 卡钻事故分析

顾名思义，卡钻事故就是指直径比较粗的钻具设备在钻井内部被挤夹，既不能旋转，又不能将钻具带出地面的情况，由于卡钻事故，还会引发冲洗液流动不畅的问题，在大部分情况下，还会引发蹩水现象。卡钻事故的另一种诱因是地质问题，由于钻具穿过的路径地层不稳，钻探作业对其进行了破坏，导致其不稳定的结构失去原有平衡状态，钻井内部岩壁发生变形，崩坏的岩石和土层就会向钻孔的中心移动，情况比较轻的，表现为错动和位移，情况比较严重的，表现为掉块、岩石暴露甚至是坍塌，引发卡钻事故。第三种原因是岩层疏松，遇到水之后吸水膨胀，导致钻井的直径收缩。当钻具穿过类似黏土层、风化页岩这样塑性大或胶结性差的岩层，或者是粘性较高的煤层等，由于岩层吸水性强或冲洗液的侵入，导致岩层膨胀，钻井直径缩小，也会引发卡钻事故。

1.3 埋钻事故分析

埋钻事故是指钻具在钻井内工作时，由于岩石碎屑以及其他施工产生的砂石粉末等将钻具埋住，例如岩石粉末、孔壁坍塌物、流砂等，钻具被埋住之后不能转动，不能提出地面，也不能让水很好的流通。埋钻事故通常出现在钻井底部，埋住钻具的碎屑不仅覆盖在钻具上部，并且在钻具周围也充满着掩埋物[2]。

1.4 钻具折断与脱落

钻具折断与脱落原因比较复杂，总结下来一般有以下四点，首先，钻孔的直径过大，远远超过钻具的直径，但仍未采取有效地技术措施进行弥补，反而继续向下钻进，钻具承受的压力过大，最终断裂或脱落；其次，钻井过程中遇到阻碍或冲洗液润滑的效果不佳，钻具已经出现了扭矩过大的问题仍然盲目开高转速；再次，钻具的各部件存在磨损严重的问题，弯曲过度、偏磨严重、丝扣严重磨损、出现裂纹或钻压过大等；最后，使用到的钻探设备质量不合标准，没有达到施工的要求。

2 矿山钻探工程中钻孔事故的预防处理措施

对于矿山钻探工程中钻孔事故，在事故发生之后采取合理的措施进行有效解决是一方面，但是更重要的是在事故发生之前的预防措施，预防工作做得好可以减少事故发生频率，甚至可以杜绝事故的发生。

2.1 掉块卡夹钻具的预防处理

如果使用的钻具设备带有反钻头，在出现卡顿的情况下，可以采用一边向上提拉，一边开车上扫的方法进行处理。如果这种方法不能解决卡顿，就可以采取吊锤上下振打的方法进行处理，若以上两种方法都没有解决问题，就需要返回全部钻杆。当只剩余最后一根短钻杆时，利用孔内冲震的方法来解决卡顿情况。如果是在钻孔中途出现卡夹事故，应当加重钻具深入钻井内部反复冲打。

进行反复冲打之后，要利用丝锥捞取短钻杆的粗径钻具，当卡夹在钻井底部时，使用冲击震动对钻井内部的卡夹进行震动处理，当出现有效变化之后，就可以将事故钻具捞取出来。震动器到达钻井内部时，借助丝锥扭来接取事故钻具。震动器使用之前，要对其各个部位的组件进行检查，防止在井下作业时，发生新事故。在向下钻探的过程之中，要进行尺寸的预留，并且预留出的尺寸要适宜，保证升降机在运行过程中可以被有效掌控，防止跑管，当震动器逐渐靠近事故钻具时，下降的速度要减缓。震动开始之前，需要向钻井内部输送水用以降温，保证震动器在工作的过程中温度不会升的太高。在工作过程中听到回转音后，要及时停车处理，如果此时立轴向上移动，需要及时停车提钻进行解决[3]。

使用扩、磨等手段。如果岩石无法承受大压力的钻探工作，就要采取合理的方式扩大钻孔直径，再进行钻具的套取。若钻孔的深度较深，岩层又比较坚硬，就要采取小径透的方式。在钻进过程中利用振动的方式解除卡夹之后，借助丝锥工具将事故钻具打捞上来。

2.2 岩层缩颈卡夹钻具的预防处理

利用升降机将钻具向上提拉，借助千斤顶向上顶起钻具。在解决岩层缩颈卡夹钻具问题时，不适合采用扩大直径的方式，这种做法会扩大钻孔的直径，引发双重挤夹问题，加重损失。对于粗径钻具出现卡夹情况，可以采取剖、磨等手段实现问题的解决。缩径卡夹钻具问题主要是由于岩层侧面压力过大所导致的，采取透的方式无法解决现有问题。

2.3 钢粒或碎合金粒挤夹钻具的预防处理

钻具在作业时本身会出现磨损问题，钻具上的部件在磨损时会出现钢粒和碎合金，这些钢粒和碎合金会反过来对钻具进行挤夹，解决这个问题可以强化冲洗液泵的强度，利用冲洗液进行循环冲洗，冲散钢粒和碎合金，降低钻具挤夹的程度。如果挤夹情况比较轻微，可以一边循环冲洗，以便利用外降机提拉，扩大钻具的施工范围，处理钻具的挤夹问题。

这种方式如果没有得到良好的效果，就可以利用吊锤进行冲打，特别是钻井深度不深的情况下，处理的结果比较好。当钻井的深度比较深，或者是挤夹情况较为严重，就要借助震动器进行问题的解决。

2.4 烧钻事故的预防处理

处理烧钻事故，摆在首要位置的就是任务，就是要对矿山钻探工程的施工情况有一个完整的了解，对钻井内部地质的分层情况进行了解，可以对钻孔底部的烧钻程度进行判断，分析出是在哪一阶段的岩层出现了事故，根据实际的情况及时的对事故进行预防和处理。矿山钻探工程中存在着多种类型的烧钻事故，要根据事故发生的原因以及实际情况采取合理的解决措施。

如果烧钻事故的情况比较轻微，可以利用卷扬机卷起钻头，当出现轻微旋转时，就可以卷起钻头，倘若这种预防处理方式没有产生效果，则可以利用吊车将其吊起。完整的烧钻地层处在一种比较平衡的状态，钻井底部比较干净，因此，可以利用清水浸泡钻头烧结部位，使烧结部位变软。由于热胀冷缩，烧结的部位在冷却之后会产生裂纹，降低了解决这一问题的难度，让提升钻具更加容易。

在地质构造复杂的情况之下进行燃烧钻井工作，因为钻井的地层条件比较复杂，难以对其有一个很好的掌握。这种工作下使用的冲洗液主要应该以泥浆和高粘度非固态冲洗液为主，钻井的直径较小，孔壁狭窄，作业时产生的沉积粉状岩屑还会对钻井壁有一定的吸附作用。由于发生事故需要长时间停止钻井，这样会使钻孔内部的情况更加复杂，因此，处理烧钻事故，一定要安全、准确且及时。若采取吊车将其吊起的方法或利用千斤顶将其顶起的方法不能解决问题，可以先将钻井内部的的钻杆向反方向推进，再根据实际的情况采取套管、劈开、打孔等手段进行合理的解决[4]。

2.5 卡埋钻事故的预防处理

同烧钻事故一样，在开始钻探工程之前，首先就要对岩层的结构有一个充分的了解，这样在发生卡埋钻事故时，就可以对事故发生地点的具体位置进行迅速准确的确定。再根据事故发生的具体情况，进行合理的分析与探讨，制定出行之有效的卡埋钻事故处理方案。在解决问题的过程中，要采取速度快、成本低且效果好的处理方式和相关设备，解决卡埋钻事故。特别是针对深度较深的钻井阶段发生的卡埋钻事故，因为其深度较深，存在一定的复杂性和特殊性，通常情况下运用的处理方法限制较多，因此，必须根据卡埋钻事故的实际情况制定处理方案。同时，在卡埋钻事故发生以后，对钻孔设备不要进行大幅度的猛烈提拉，尽力保证冲洗液可以维持大流量的流通，并且保持循环状态。针对卡埋钻事故，它的预防处理措施主要有以下几点。

第一，当钻井设备被岩石碎块卡住或者堵塞，此时如果冲洗液仍能保持循环通畅，必须增强钻井设备的泵强度对钻井内部进行冲洗，与此同时，利用间歇性循环手段，对钻孔清洗液的钻探性能进行调整，加强其携带岩粉的能力，将卡埋钻事故发生位置的岩石碎块冲开，完成事故的处理。

第二，在事故发生之后，应当多次尝试对钻孔工具进行活动，但注意幅度不要太大、力道不要过猛，拉动钻具的速度也应该较为缓慢。

第三，还可以运用吊锤，利用打吊锤时钻杆之间传递的振动力量来处理卡钻事故。需要注意的是，在严重坍塌的事故中不适宜使用打吊锤的方式进行解卡，这会对岩层造成二次损毁，可能会加重坍塌情况，无法达到解除卡钻的目的。

第四，如果在钻井内部比较复杂的情况下发生了卡埋钻事故，是比较难处理的，运用以往的处理方法得到的效果不佳，可以采用偏心装置侧钻来绕过卡埋钻事故发生的地点，或者运用切削的方法，分段切割卡埋钻事故的钻杆和钻具，再将其打捞上来。

3 总结

综上所述，矿山钻探工程是一项比较大规模的工程，存在着多种类型的钻孔事故，这些钻孔事故中，人为原因占有的比例较大，这就要求施工人员在施工中应该严格的遵守操作流程，预防事故的发生，在事故发生之后，采取合理的解决措施，解决过程也要运用合理的措施。在事故处理完毕之后，要从中总结经验教训，降低事故发生的频率，保证施工效率，降低开采成本。