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套銑管技術在水文鉆具事故處理中的應用

文檔作者：張純峰文檔來源：河北省煤田地質局水文地質隊		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月09日
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2012年第39卷第6期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 39
套銑管技術住水文鉆具事故處理中的應用
張純峰
(河北省煤田地質局水文地質隊，河北邯鄲056201)
摘要：在峰峰集團梧桐莊煤礦地面注漿孔施工時，因在掃孔過程中操作不當，使粗徑鉆鋌脫扣跑鉆，造成脫扣鉆
鋌被卡事故。事故發(fā)生后，雖然對鉆鋌脫扣事故鉆具采取了相應的措施進行處理，但均未成功。后引用了石油專
用套銑管技術進行事故的處理，取得了非常理想的效果。介紹了事故處理難點及套銑管處理技術措施。
關鍵詞：套銑技術；處理事故；水文鉆具；加重鉆鋌
中圖分類號：P634．4 9 文獻標識碼：B 文章編號：1672—7428(2012)06—0039—03
Application of Fishing Bowl Pipe Technique in Hydrological Drilling Tool Accident Settlement／ZHANG Chun-feng
(Hydrogeology Team，Coal Geology Bureau of Hebei Province，Handan Hebei 056201，China)
Abstract：Because of the improper operation of drilling of in a surface grouting hole construction in Wutongzhuang
coalmine，the large diameter drill collar tripping and rundown of drill string occurred，the tripped collar was stuck．Special
oil fishing bowl pipe was used to deal with the accident，the result was very satisfied．The paper introduced the accident
settlement and the fishing bowl pipe technique．
Key words：fishing bowl pipe technique；accident settlement；hydrological drilling tool；weight drill collar
1 概述
2011年6月，我隊承攬的峰峰集團梧桐莊煤礦
地面注漿補l3孔(設計深度1450 m)施工，當鉆進
到860 m時，為確保鉆孔順直，采取正常施工過程中
圓孔的方法進行劃眼，當圓孔至842 m時，拉力表表
針突然上跳，總重力減輕，當班操作人員將鉆具慢慢
下放回探，鉆具回探2．4 nl時，鉆具被托住，隨即上
鉆后發(fā)現(xiàn)0178 mm加重鉆鋌5小根(長度為43．1
m)丟人孔內(nèi)，事故頭深度799．1 m。雖然對鉆鋌脫
扣鉆鋌事故采取了相應的措施進行處理，如：采取上
下提拉活動鉆具、用油浸泡等手段，但均無效果。針
對孔內(nèi)事故鉆鋌超長、粗徑的情況，為防止事故復雜
化，通過相關人員對鉆孔地質條件和事故原因進行
認真分析與研究，認定為鉆鋌被卡事故。決定采用
石油專用套銑管技術進行事故的處理，通過鉆機和
技術人員的努力，將事故鉆具全部打撈上來，最終取
得了非常理想的處理效果。
2 事故處理的難點
(1)事故鉆具較長。孔內(nèi)粗徑鉆具長度為43．1
m，在套銑事故鉆具時，套銑管的長度要滿足處理事
故的要求，需要多根連接，連接后長度約49．6 m。
(2)套銑筒與井壁和事故鉆具的環(huán)狀間隙小。
由于套銑管套銑事故鉆具時，內(nèi)外環(huán)狀間隙小，因此
必須要有針對性地調(diào)整鉆井液性能，以滿足套銑工
作的需要，確保能夠實現(xiàn)連續(xù)套銑及避免套銑筒被
卡事故的發(fā)生。否則，極有可能導致事故無法處理，
最后造成鉆孔報廢。
3 套銑處理技術措施
3．1 套銑鉆鋌對鉆井液的要求
3．1．1 增強鉆井液的網(wǎng)狀結構，以利于排除鉆屑
鉆井液要具有一定的粘度和很大的觸變性，在
套銑時能有效懸排鉆屑，流動時在地面循環(huán)能很好
地沉淀，而一旦停泵，依靠鉆井液的網(wǎng)狀結構所形成
的具有很大的懸浮力，降低巖屑的下降速度，減少或
杜絕巖屑埋卡套銑管的風險。
鉆井液還必須對巖屑有良好抑制和絮凝性，使
巖屑不水化、膨脹分散且能相互橋聯(lián)在一起沉淀。
3．1．2 良好的冷卻鉆頭和潤滑鉆具性能
因套銑管與孔壁和事故鉆具的環(huán)狀間隙小，鉆
井液除冷卻鉆頭、潤滑鉆具、減輕減少套銑筒的磨損
外，降低回轉阻力顯得尤為重要。因此，使鉆井液具
有良好的潤滑性，確保在套銑管套掃時，減輕和減少
套銑管內(nèi)外回轉阻力，從而降低事故風險。
3．1．3 穩(wěn)定孔眼的能力
收稿日期：2011—09—10；修回日期：20l1—10—29
作者簡介：張純峰(1958一)，男(漢族)，北京密云人，河北省煤田地質局水文地質隊副總工程師、高級工程師，鉆探專業(yè)，從事鉆探施工技術
及管理工作，河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)峰鋼街2O號，zhangchunt8@126．con。
探礦工程(巖土鉆掘工程) 2012年第39卷第6期
井壁穩(wěn)定是安全、優(yōu)質、快速鉆進的基本條件，
在處理孔內(nèi)事故中，它是保證達到處理目的和順利
進行的基本保障，依靠性能良好的鉆井液粘性粘結
在井壁上，不僅形成既光滑、又薄而韌的泥餅，而且
又能抑制孔壁分散，增加潤滑性。在套銑時，有效地
利用其液相、液柱來穩(wěn)定地層和潤滑鉆具，以達到減
輕鉆具的摩擦阻力的目的。
3．2 滿足套銑作業(yè)的鉆井液性能
良好的鉆井液性能是保證安全生產(chǎn)最基本的條
件。在孔內(nèi)出現(xiàn)事故的特殊情況下，采取的處理方
法不同，對鉆井液性能指標的要求也不同，因此必須
提出相應的措施，以滿足特殊的要求。根據(jù)套銑前
孔內(nèi)情況和對鉆井液性能測試結果，其性能指標遠
遠未達到套銑作業(yè)時的要求。針對事故情況的分
析，制定出具體的技術措施要求，利用處理劑對鉆孔
內(nèi)的沖洗液進行及時的調(diào)整，最終，不僅增加了鉆井
液的粘度，使其懸浮攜帶性能增強，而且使沖洗液具
有良好的潤滑性，以求達到降低回轉阻力，為確保套
銑鉆進的順利進行打下了良好的基礎。
具體方法：配制粘土粉為1％的原漿，在原漿的
基礎上加入高效潤滑劑1％ ～3％ 、濃度為0．5％ ～
1％的CMC纖維素、降失水劑等，與孔內(nèi)泥漿進行混
合調(diào)整，增加沖洗液粘度和潤滑性，降低失水量，減
小泥皮厚度。以達到將正常使用的鉆井液粘度從原
來的21～23 S調(diào)整到30 S左右，泥皮厚度由1 mm
降至0．7 mm。調(diào)整后鉆井液的其他性能參數(shù)為：失
水量<12 mL／30 min，密度1．10—1．15 g／cm ，含砂
量<3％ ，pH值8—8．5。
4 套銑工藝
4．1 施工主要設備
GZ一2000型水井鉆機；TBW一1200／7B型沖洗
液泵；FX250一GJ型沖洗液凈化機；JSN一2型旋流
除砂器；高度為27 m、承載負荷為90 t的A型鉆塔
等輔助工具。
4．2 套銑管的選擇
事故發(fā)生后，針對丟在孔內(nèi)的粗徑鉆具較長，套
銑時環(huán)狀間隙較小的特點，特別是在處理粗徑鉆具
時，套銑管需要多根連接，而連接方式只能是靠絲扣
來完成，連接后，常用的地質套管和絲扣，不管是套
管的強度，還是絲扣部分等綜合受力狀況，在孔內(nèi)的
工作狀態(tài)都發(fā)生了很大變化，尤其是套管絲扣根部
的抗彎、抗沖擊、抗扭強度等已遠不能滿足套銑工作
的要求。
依據(jù)實際情況，為降低處理風險，避免出現(xiàn)更復
雜的孔內(nèi)情況，我們選用了型號為N80的API標準
套銑管，厚度10 mm的石油專用管材，其絲扣采用
雙級短梯形螺紋聯(lián)接，這種雙級螺紋聯(lián)接方式具有
強度大、密封可靠、容易對扣、上扣方便、可以多次使
用等特點。
4．3 套銑鉆具組合及套銑參數(shù)
4．3．1 套銑鉆具組合
根據(jù)鉆孔結構與被卡鉆具的尺寸和孔內(nèi)情況，
正確選擇尺寸適合的套銑管套銑事故鉆具，其鉆具
組合為：套銑鉆頭+套銑管+異徑接頭+套銑安全
接頭+加重鉆桿+鉆桿。
8 in套銑管適用于0215．9 mm(或0244．5
mm)鉆孔，套銑如0178．8 mm鉆鋌、0159 mm鉆
鋌、0127 mm鉆桿等。
4．3．2 套銑參數(shù)
套銑參數(shù)的選擇，應以較小的憋跳、較快的進
尺、孔內(nèi)安全作為選擇的標準，對于0215．9 mm的
鉆孔，套銑時的鉆進參數(shù)為：套銑鉆頭0214 mm，鉆
壓20～45 kN，轉速40～60 r／min，排量10～20 L／s。
(1)套銑前，必須對鉆塔、鉆機離合器、升降機、
滑車、鋼絲繩等部位進行認真檢查，確保套銑作業(yè)時
設備運轉正常，保證鉆井液性能穩(wěn)定，提高鉆井液的
潤滑性能、事故頭以上鉆孔暢通、孔內(nèi)情況正常(無
嚴重漏失、涌水等)。
(2)注意保護套銑管，套銑管在提起和下放時，
必須是在戴好絲扣保護箍的情況下平穩(wěn)進行，下入
孔內(nèi)的套銑管連接時，絲扣一定要清潔，并涂上絲扣
密封膠，緊扣至規(guī)定扭矩。
(3)下套銑管時，操作要平穩(wěn)，遇阻時，嚴禁強
暾硬拉。
(4)套銑管連接時，安全卡瓦要打牢，卡瓦堅固
螺絲要擰緊擰牢，嚴禁跑管。
(5)用吊鉗上卸套銑管時，安全卡瓦不能咬在
絲扣部位，避免套銑管母扣受到損壞。
(6)當由于設備故障等因素不能進行套銑作業(yè)
時，要將套銑管提出或起至上部套管內(nèi)。
(7)當多根連續(xù)進行套銑作業(yè)時，每次上鉆后，
要對套銑管詳細檢查，并上下倒換，以免下部套銑管
疲勞損傷。
(8)如果丟人孔內(nèi)鉆鋌過長，多根管套銑不能
一次性處理完，需松扣后，再進行套銑作業(yè)，則每次
套銑深度須超過預松扣位置1～2 m，便于松扣后下
次套銑時容易進入。
2012年第39卷第6期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 41
(9)套銑作業(yè)時，為確保套銑安全，必須由班長
操作手把，各崗位要密切配合，加快套銑接單根速度
等。
5 事故處理方法及過程
5．1 處理方法及步驟
卡鉆事故發(fā)生后，綜合分析孔內(nèi)情況及造成卡
鉆的原因，結合事故鉆具結構，特別是對帶有扶正器
事故鉆具的鉆孑L，經(jīng)有關人員研究，確定選用長筒正
扣套銑工藝。長筒正扣套銑工藝是石油鉆井施工中
孔內(nèi)事故處理的有效方法之一，它可以大幅度提高
事故處理速度、降低事故處理時間、減少起下鉆次
數(shù)、降低工人的勞動強度，同時使事故處理簡單化，
避免事故處理過程中出現(xiàn)其它不可預見的復雜情況
的發(fā)生。
根據(jù)孔內(nèi)事故鉆具長度，開始套銑不宜過多，首
先單根套銑，主要套正事故鉆具，其次套銑管的長度
要保證套銑深度要超過扶正器位置，一般套銑長度
最長不超地3～6根。
5．2 處理過程
(1)首先對鉆井液進行調(diào)整。為使鉆井液性能
適應和滿足事故處理要求，將所需各種處理劑按一
定的比例分別進行水溶解。然后把鉆具下人孔內(nèi)預
定深度，開泵循環(huán)，通過鉆井液的正常循環(huán)，使其性
能達到處理事故設計要求。在加入水溶液處理劑
時，要分數(shù)次逐步循環(huán)，并在每次加入處理劑之前對
鉆井液性能進行一次測試，以確定每次加入處理劑
的數(shù)量。
(2)調(diào)整鉆井液性能的同時，從0273 mm表層
套管200 m處以下，用0244 mm牙輪擴孔，擴孔至
794 m，距事故頭位置5 m處，進行鉆井液的循環(huán)。
通過鉆井液的正常循環(huán)，將孔內(nèi)掉落的泥皮、巖屑及
沉淀的巖粉循環(huán)攜至地面，經(jīng)除砂器清除巖粉，以確
保鉆孔內(nèi)鉆井液的性能和質量，并能夠利用自身的
懸浮力，達到和防止巖屑及巖粉快速下沉的目的，避
免造成套銑管被埋或被卡事故的發(fā)生，以保證內(nèi)外
環(huán)狀問隙暢通。
(3)雙公接頭連接方法(事故頭為母扣)。在套
銑管下人孑L內(nèi)之前，首先把套銑鉆頭與套銑管連接
上扣擰緊，然后，再將雙公接手推人套銑鉆頭內(nèi)，將
雙公接頭體上的3個銷孑L與套銑鉆頭體上的3個螺
絲孔對正，將帶有絲扣的螺栓銷釘擰到位，緊固好
(見圖1)，鉆頭外徑表面不得有螺栓露出，以防出現(xiàn)
其它情況。
圖1 套銑鉆頭與雙公接頭連接示意
(4)將帶有雙公接頭的單根套銑管與鉆具連接
送入孔內(nèi)，當套銑管下到接近事故鉆具深度時，為防
止雙公接頭內(nèi)孔被套銑管刮掉下的泥皮和沉淀巖粉
堵塞，必須先開泵將事故頭絲扣處沉淀的巖屑顆粒
等沖起循環(huán)，同時轉動鉆具，擾動沉淀物進行循環(huán)，
如遇經(jīng)過鉆井液循環(huán)后公接頭與母扣不能正常連接
情況時，則可制做小于鉆鋌內(nèi)徑的鉆具，帶有鋼絲的
特制鉆頭，進行沖掃循環(huán)鉆井液，把掃孔和井壁上掉
入并充填在母扣內(nèi)的巖屑顆粒鉆掃，最終將其沖出，
為下一步工序打下基礎。
(5)準備工作完成后，將鉆具緩慢下放，當雙公
接頭與母扣接觸時，泵壓明顯升高，這時人工轉動立
軸擰緊絲扣，再加壓剪斷銷釘，因雙公接頭已用螺絲
銷釘固定在套銑鉆頭內(nèi)，套銑管在套銑事故鉆具時，
有雙公接頭的引導，能夠很順利地進入套銑管內(nèi)，然
后轉動轉盤，開始單根套銑。
(6)單根套銑完成后，提起立軸，上、下提拉，回
探順利后上鉆，上鉆后，在加長套銑管時，其長度必
須保證套銑深度要超過扶正器的位置，或根據(jù)孔內(nèi)
鉆具的多少，也可一次性將套銑管的長度加長到足
以套銑事故鉆具的長度。
(7)套銑事故鉆具時，壓力要隨著套銑的進度
來掌握，進度快時，壓力要輕，進度慢時，壓力可適當
增加。特別是在套銑扶正器時，鉆具跳動較大時，壓
力和轉速都要相應減少。
(8)當套銑事故鉆具掃過扶正器6 m時，機器
回轉阻力減小，泵壓降低，表針壓力上升至懸重重
力，關車回探鉆具6 m，套銑管托住，經(jīng)分析孔內(nèi)鉆
鋌卡點掃開，鉆鋌無卡點后往下跑了，隨后繼續(xù)套銑
至鉆頭部位后上鉆。
(9)上鉆后，將事先準備好的打撈公錐(一般應
帶安全接頭)下入孔內(nèi)，打撈時，打撈公錐下入距事
故頭深度0．5 m左右，開泵沖洗，然后緩慢下放鉆具
到事故深度。若公錐進入到事先擰在事故頭上雙公
(下轉第45頁)
2012年第39卷第6期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 45
鉆具噴嘴為易損件，使用泥漿時壽命為2天，使用無
固相沖洗液3天即需更換。該鉆具打撈成功率與普
通鉆具相當。該鉆具噴嘴為易損件，使用60 h需要
更換，否則巖心采取率下降。
4 減少孔內(nèi)事故的主要措施
造成孔內(nèi)情況復雜的因素有主觀和客觀2個方
面。重點在提高對客觀因素的認識，采取更為切合
實際的方法手段，同時在減少人為造成孔內(nèi)復雜因
素上下功夫。
(1)堅持孔口回灌。以往復雜地層鉆進中提
鉆、打撈巖心后孔內(nèi)液柱壓力下降，孔壁失穩(wěn)、裂隙
水破壞泥皮，人為造成鉆孑L坍塌，為防止此類事故發(fā)
生，在提鉆、打撈巖心時，在泥漿泵回水上接引水管
到孔口開泵回灌，防止了人為造成孔壁失穩(wěn)。
(2)嚴禁帶內(nèi)管上下鉆。帶內(nèi)管上下鉆，下鉆
時形成巨大的激動壓力破壞孔壁，提鉆時會形成真
空而破壞孔壁。
(3)不強行開泵掃孔。在孔內(nèi)出現(xiàn)憋泵、回轉
受阻時，不強行開泵掃孔，否則會造成沖洗液壓入孔
壁而破壞。必須采用撈取、高粘度沖洗液沖孔等方
法將孔內(nèi)粗顆粒巖屑處理干凈。
5 結語
隨著先進鉆具引進應用和對沖洗液配制及其護
壁性能的不斷研究，寨上礦區(qū)復雜地層鉆進技術水
平有了較大提高，被“復雜地層”困擾和抑制多年的
鉆探施工能力低下的局面終于得以扭轉，生產(chǎn)效率
得到明顯提高，鉆孔施工周期大大縮短，施工能力有
較大提升。臺年實進尺從2007年的不足1500 m，
2011年達到了3040 m；鉆進孔深由2007年不足500
m，達到了2011年的910 m；優(yōu)質孔率從2007年不
足50％ ，2011年達到了85％ 以上。
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(上接第41頁)
接頭水眼內(nèi)一定尺度，懸重下降，泵壓增高，這時停
泵輕壓上扣，進行撈取試提。如鉆具未卡鉆，則重新
放下鉆具，再次將打撈公錐上緊扣，確定造扣牢靠后
方可上鉆。經(jīng)用打撈絲錐撈取事故鉆具，最后將長
度為43．1 m的0178 mm鉆鋌順利打撈出孔口，打
撈獲得成功。
6 結語
在鉆探施工過程中，不管孔內(nèi)發(fā)生何種事故，都
要對事故狀況和原因進行認真分析，要根據(jù)孔內(nèi)事
故鉆具狀況、地層、鉆井液的使用等多方面因素，慎
重選擇處理事故的方法，這是防止惡性的事故落事
故、越處理越復雜現(xiàn)象發(fā)生的關健。通過選用長筒
正扣套銑工藝在處理孔內(nèi)超長粗徑鉆具事故中的應
用，不僅取得了比較理想的效果，而且使筆者和參與
者獲得了寶貴的經(jīng)驗和體會，為今后發(fā)生類似孔內(nèi)
事故的處理，提供了有效的借鑒辦法。
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