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岩芯钻探复杂孔内事故处理技术

2020-08-05张劲松

世界有色金属 2020年9期
关键词:进尺钻具钻杆

张劲松,王 亮

(中南勘察基础工程有限公司,湖北 武汉 430081)

1 工程概况

程潮铁矿由于矿区未进行过系统的水文地质勘察,通过随矿体勘探一起进行的水文地质勘察工作,只基本查明矿体及周围一定区域的水文地质条件,对掌握矿体开采疏排地下水影响区域内的水文地质条件留有疑点;且经过几十年的采矿工程活动,矿区原始水文地质条件已发生很大的改变,近来井下涌水量增大明显,来源不清、-500m水平掘进时突水,给矿山的生产安全带来了潜在危险。为了更好地掌握矿区现有水文地质条件,需要采取切实可行的措施和手段,进行水文地质补充勘探,探明现有矿区的水文地质条件,对矿区水文地质条件及防排洪能力重新予以全面、客观地论证和评价,为矿山的后续采矿活动提供科学依据。

其中水文地质钻探是其工作的重要一环,水文地质钻探工作量如下表。

表1 水文钻探工作量表

事故孔为bk7号钻孔,事故钻孔结构:开孔Φ150,下Φ146套管20m;变径Φ130钻进至50m,下Φ127套管;后换Φ110钻进至120m,下Φ108套管;此后Φ91钻进至孔深502.58m。

2 事故发生简要描述

事故前,钻孔已达到设计要求(孔深502.58m,终孔直径91mm),但不满足水文勘察钻孔打穿大理岩层的设计目的,故需继续钻进,因YDX-3A钻机老化提升能力不够,故改采用Φ73钻杆用Φ75mm钻头继续钻进。

为防止200m处溶蚀岩层不稳定,决定以Φ89钻杆为套管下到孔底,换新扩孔器(Φ76.5mm)后,下Φ73钻杆至394.58m(即距孔底108m)无法下放,预测该处接手内径偏小阻碍钻具穿过,机台人员意图扫孔穿过接手,约有10cm进尺后,结果没能穿过反而导致钻具卡死,准备提钻,机台人员采取先将上部Φ89钻杆反脱提出,再提Φ73钻杆及钻具的方案,将Φ89钻杆提到剩余192m后,改提Φ73钻杆及钻具,但Φ73钻杆及钻具仍不能完全通过Φ89钻杆。

第一次跑钻:提至Φ73钻杆及钻具剩119.14m时,此时Φ73钻杆高出Φ89钻杆35m,由于Φ73夹持器卡瓦合金磨损严重且Φ73钻杆表面锈蚀现象较严重,Φ73钻杆及钻具连同89钻杆跑钻。

第二次跑钻:跑钻后,试图用Φ73钻杆对接下部Φ73钻杆及钻具,下至162.58m时,再次跑钻,使上部Φ73钻杆砸向下部的Φ73钻杆。

至此,两次跑钻导致复杂孔内事故。

3 事故处理过程及工艺

事故处理过程流程图如下。

3.1 第一阶段 (基本处理阶段)

为处理跑钻事故,先下母锥进行打捞,结果比计算的理论钻杆多下18m钻杆(即Φ73钻杆向下移动18m仅高出Φ89钻杆17m)可以套住Φ73钻杆,但不能拔动。使用吊车起拔,当起重力达到20t左右时才缓缓拔动,提出钻杆18m后,钻杆突然可以顺利提出,起重力仅为2t多,后改用钻机将第二次跑钻的钻杆全部取出,取出钻杆发现最后一根Φ73钻杆损坏严重,如图约有2m的划口,其中丝扣及以上30cm呈斜口状严重破坏。

3.2 第二阶段 (探测阶段)

下Φ89钻杆探测,试图穿过Φ73钻杆与下部Φ89钻杆对接,当下放至275m左右时遇到阻碍,预测下部Φ73钻杆破坏严重,破口直径扩大导致Φ89钻杆无法穿过,事故位置约为275m。因吊车起钻Φ73钻杆又向上移动约18m,至内径偏小的接手处无法通过,结果将第2次跑钻碰撞部位拉脱。

后用Φ73钻杆加Φ89母锥打捞Φ73钻杆,丝锥旋转套取,提钻结果:有上部Φ73钻杆的部分公扣碎片,两个Φ73钻杆的半边接手,另外还有部分岩心内管碎片,如图所示。原因分析:对于出现岩心内管碎片,预测由于钻具快速下落,水和空气造成孔内很大的激动压力使得内管向上部移动窜至Φ73钻杆上部,再下落至Φ73钻杆最上端,可能斜靠在Φ73钻杆与孔壁间,在Φ73钻杆上端;也有可能靠弹卡挂在Φ73钻杆上部里面,内管总成部分露出。第2次跑钻后,上部钻杆将内管砸坏,同时内管总成上弹卡将下部钻杆划破,导致钻杆及内管严重损坏,所以才会打捞到内管碎片。

第2次下Φ73钻杆加Φ89母锥进行打捞,套取时几乎无进尺,母锥内无任何碎片。

为摸清事故位置平面情况,采用木头照相方法探测下部情况,如图所示,中间部位基本上都含有破损的钻具,外周还有部分的碎片存在,可能在这个平面下部位置外周也存在碎片,导致母锥无法套取。

3.3 第三阶段 (扫除破损钻具阶段)

用Φ91mm薄壁合金钻头(内径77mm),下Φ89钻杆继续扫孔,进尺约0.45m,钻头完全损坏,如图所示。

再次下Φ89钻杆换新的薄壁合金钻头(内径77mm),至277.15m,下Φ89钻杆加母锥,母锥下到阻碍位置为276.85m,旋转进尺约0.5m,至277.35m,提钻后发现母锥内有破损的钻杆及内管,如图所示。

后采用Φ91mm平推钻头,试图磨掉破损部分,研磨进尺约0.5m。第2次跑钻导致上部Φ73钻杆有约2m的破口,预测下部Φ73钻杆破损程度同样严重,到此,共清除破损部分长度约为1.85m,改下下公锥打捞,下公锥外套薄壁合金钻头无法进入,预测Φ73钻杆内部含有内管及碎片将钻杆内部堵死,公锥无法进入。

继续下Φ89钻杆带薄壁合金钻头扫孔,进尺约0.4m,中途出现憋车现象,提钻后发现连接钻头处的母扣断裂,合金钻头掉入孔内,预测钻头上部扫掉部分仅有0.3m,下Φ89钻杆带母锥,由于扫孔露出的Φ73钻杆仅0.3m,丝锥无法套上。继续下薄壁合金钻头扫孔,扫掉一小段后,可以下放1m多,至此,事故破损钻具基本清除掉。

3.4 第四阶段 (拔钻具阶段)

下母锥进行打捞,可以将下部钻具套上,无法拔动,加两个50t的千斤顶来拔动钻具,起拔失败,后改采用反丝工艺,使用Φ50反丝钻杆加母锥进行反丝,反丝成功,反出破损的含有内管及总成的Φ73钻杆,基本完整,内管在钻杆里面,被总成破坏。

4 结语

此次钻探事故为典型的由多次常见小事故导致形成的孔内复杂事故,事故原因主要有:

(1)在以Φ89钻杆为套管下Φ75钻具无法下放时,不应强行扫孔,存在侥幸心理导致钻具卡死,同时在重新配钻具后应考虑相应尺寸问题。

(2)在知道Φ73钻杆表面锈蚀严重和夹持器卡瓦的合金磨损完时,没有采取相应保护措施使夹持器正常工作,导致跑钻事故,两次跑钻事故使得孔内情况复杂,为后来处理事故增加了不少难度。

本次事故处理思路较明确,采取多种打捞工艺。首先摸清孔内事故位置及平面情况,采用了木头照相工艺;然后采取多种方法清除由于跑钻导致钻杆的破损部分,特别是采用薄壁合金钻头扫孔结合母锥将破损钻具打捞起来,效果明显,为后来的打捞下部钻具工作做好铺垫;最后准备两种方案拔钻杆,在千斤顶无法拔动钻具后,采用反丝工艺方案,最终处理了该事故。

此次事故为复杂孔内事故,给人印象深刻,值得反思,一是谨防钻探工作者工作中出类似钻探事故,二是为类似孔内事故处理提供参考。

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