煤矿井下定向钻孔常见孔内事故预防与处理

靳卫

摘要：根据煤矿钻井事故管理的理论知识和实践经验，介绍了煤矿定向钻井中常见的钻井事故类型。根据事故的特点和规律，将常见的钻孔分为卡钻、钻具断落等两大类七个亚类。通过分析事故原因、事故特点和各类事故的设计特点，本着“安全、快速、科学、经济”的原则，提出了相应的预防和处理措施，目的是为煤矿井下定向钻进的更好运行创造一定的基础。

关键词：煤矿;公锥打捞;母锥打捞;套铣打捞

近年来，随着定向钻进技术在煤矿井下瓦斯抽放、探放水及顶底板注浆等方面的不断推广应用，钻进深度遇到了越来越深、越来越复杂的地层，钻井过程中发生各种事故的概率越来越大。此外，处理事故需要大量的人力和物力。有些钻孔在经过多次处理后可能无法成功，导致严重的经济损失。因此，我们必须高度重视，积极预防，科学对待。

1、井内事故频发的类型

目前，煤矿井下定向钻孔施工中常见的钻孔事故类型主要分为粘结裂缝和钻具裂缝。

2、钻井事故频发的预防和处理

矿坑里的事故往往是突然发生的，而且是隐藏的。在预防和处理过程中，要按照“安全、快速、科学、经济”的原则，明确各类事故的原因和发生情况，提出相应的预防和处理措施。

2.1事故的预防和处理

在钻进、起下钻、加接单根、调整工 具面或循环冲孔过程中都有可能发生。目前，常见的卡钻类 型有孔壁坍塌卡钻、缩径卡钻和沉渣卡钻。

2.1.1事故原因

井壁坍塌的原因很多，如地层条件差，未胶结或胶结性差，存在构造破碎带、节理发达和易水化膨胀等都容易引起孔壁坍塌;就工艺而言，清洗介质的选择、冲洗液的设置、BHA、轨迹和钻井参数的选择将影响钻机的稳定性。

2.1.2.事故预防措施

事故预防措施有四种：1、定向钻孔施工应充分利用现场地质资料，充分了解局部分层特征;查看施工现场附近是否有孔洞。了解施工情况，为以后的施工和实施做好准备。2、合理钻孔。钻孔布置应满足钻孔要求，避免出现断层、节理发育、裂缝柱、板岩、高低压等异常区域。3、针对不同的地层和 孔段选择合适的冲洗液类型和泥浆泵排量，减少冲洗液对孔 壁的侵蚀和冲刷以及螺杆马达过大的振动;合理的钻具组合 和轨迹控制以及钻进参数能减少钻具对孔壁的扰动，这对于 预防孔壁坍塌是必要的。4、评估钻孔中的异常情况。钻孔时，应注意钻井系统相应压力的变化。当泥浆泵压力异常升高，应立即停止钻井，收回钻具，分析原因，及时采取处理措施。

2.1.3事故处理

事故管理措施包括以下四点：1、强力起拔与回转工艺。在卡钻事件的早期阶段，应先采用强力起拔与回转工艺处理，采用快速正转加快速起拔然后同时快速释放的方法，使钻具 在钻机的拉力和扭矩作用下迅速产生弹性形变，而后又在弹 力作用下迅速收缩，从而实现对卡点的震击，使钻具松动而 解卡。采用强力起拔与回转工艺时要特别注意事先要了 解清楚钻具的最大抗弯、抗拉强度，在钻具合理的受力范围 内进行强力起拔与回转，防止钻具机械破坏而断裂。2、铣削和打捞。在在强力起拔与回转处理无效的情况下，可选择涂层铣削和冲击钻井工具打捞程序。在处理过程中，可使用专用涂层铣削和钻孔工具。3、倒扣+反丝钻杆打捞。可以反转使钻具倒扣，提 出倒扣处至孔口段的钻具，再根据孔内钻具情况选用相应的 反丝公锥或者反丝母锥，并配合反丝钻杆对孔内剩余钻具进 行打捞。由于倒扣位置无法确定且打捞时无法控制捞取钻杆 数量，反丝打捞的工序可能会很漫长，所以，在采用此工艺 前应充分考虑其时间和经济可行性。4、如果采用不同的方法不符合事故钻具的要求，可以假设事故钻具的位置将被校准，并且随后可以通过煤层或轨道施工进行提取。

2.1.4缩径卡钻

直径减小是指钻孔段的钻孔直径小于所用钻头直径的现象，即钻孔直径减小。收缩通常发生在页岩地层中，这些地层在水和低强度软页岩地层中倾向于水合物。由于其发展缓慢且迹象明显，因此预防起来比坍塌卡钻容易。

3、事故成因

事故有两个原因：1、泥页岩遇水膨胀。尤其是以钠蒙脱石为主的板岩，在出现水后易发生水化，导致钻孔收缩。2、软泥岩的塑性变形。由于非镀锌粘土的低结构强度或钻孔后的软垢，初始现场荷载被重新分配。如果剪切张力大于水泥强度，则钻孔会发生塑性变形和收缩。

4、事故预防措施

事故预防措施有五种：1、根据现有地质资料、相邻施工现场钻孔资料和定向钻进方法，确定磨煤机缩径层位，采用开分支孔的方法，避免泥岩层直径减小;2、选择适当的比率和钻取参数。综合考虑泥岩的可钻性和水化分散性，钻头选型一般考虑大出口、大喷嘴的碳化钨钻头，钻进参数为低钻压、高转速、适当增加泵容量，这会增加减少直径粘附的风险。3、适当的钻具组合。在泥岩地层中，由于其水化特性以及旋转过程中钻具与井壁之间的强粘性力，在该类地层中钻井时钻具组合应尽量简化，为了减少钻具连接过程中的过多步骤，减少粉尘产生量并降低直径减小的风险。4、加强循环冲孔和扫孔。通过循环冲孔和扫孔可破坏因水化膨胀或塑性变形导致的直径减小，防止钻具长时间停留在孔内，并对孔壁产生过大的作用力。5、明确孔内异常情况下的处理措施。在略微收缩的地层中钻井时，反水因其自身特性变得浑浊、坚硬，并带有软泥块;钻井速度加快，泵压升高，泵经常堵塞;钻井系统的旋转和释放阻力明显增加。如果发生这种情况，必须及时移动钻具，增加泵容量，钻孔并将钻具从危险钻井中移除。

5、事故處理措施

强力活动钻具。在遇卡初期，可尝试采用“强力起拔+回转”工艺活动钻具来解卡，在 活动钻具时根据遇卡的情况采取不同的活动方式，其中，在 起钻过程中遇卡，应大力下压;在下钻过程中遇卡，应大力 上提;在钻进过程中遇卡，应多提并配合强扭。遇卡初期的 处理是至关重要的，在钻具强度允许前提下，要敢于操作，以迅速解决问题，如果活动多次未能见效，就应采取其他措 施而不应强干和蛮干。

6、结论

钻井事故处理遵循“预防为主，防治结合”的原则，处理方案的制定遵循“安全、快速、科学、经济”的原则。为了防止卡钻事故的发生，避免异常复杂的地层，及时发现和处理钻孔中的异常非常重要。处理事故时，应根据具体事故选用坚固的活动钻具;钻具的管理和使用前的检查是预防钻井事故的重要措施。

参考文献：

[1]赵家明，胡家森.定向井泥页岩地层复杂事故处理[J]. 石油钻采工艺，2016（01）.