改进双动双管钻具水路结构预防杵钻事故

2015-12-17王兴龙朱跃辉杨家亮

西部探矿工程 2015年1期

关键词：双动孔底双管

王兴龙，朱跃辉，杨家亮

（1.云南省有色地质局308队，云南个旧661400；2.河南省核工业地质局，河南信阳464000）

改进双动双管钻具水路结构预防杵钻事故

王兴龙*1，朱跃辉1，杨家亮2

（1.云南省有色地质局308队，云南个旧661400；2.河南省核工业地质局，河南信阳464000）

阐述了云南大部分地区使用的普通合金双动双管钻进出现杵钻的现象，分析了原因和形成条件，并通过对所使用的普通合金双动双管钻具接头水路结构进行改进，有效防止杵钻事故的发生。

杵钻事故；原因分析；钻具水路结构改进

1 慨述

在云南大部分地区钻探生产施工过程中，由于特定的因素经常发生钻探杵钻事故，此类事故常常发生在使用普通合金双动双管钻进的钻孔中，当使用其他钻具时，是不会发生这一类杵钻事故的。比如合金单动单管、合金或金刚石单动双管以及绳索取芯等钻具。杵钻事故是云南大部分地区使用普通双动双管钻进过程中的产物。目前全国的钻探技术教材中还不容易找到有关杵钻事故的资料。

2 杵钻事故

2.1 杵钻事故基本现象

单个回次钻进之前，下降钻具至接近孔底或距孔底一定的距离时，采用钻具对孔底岩粉的多少进行试探（工艺要求孔底岩粉一般不超过0.3～0.5m），之后将钻具提离岩粉沉淀位置以上停留，送冲洗液到孔底后准备钻进时，提拉钻具不动，从表面上看冲洗液循环正常，这就是杵钻。有的人将杵钻误认为是埋钻，其实埋钻的现象是由于钻孔内岩粉过多，下钻时将钻具下到了超过孔内岩粉的实际位置钻具挤进岩粉内，此时钻具的水路系统（包括钻具位置的外部水流循环系统）被岩粉堵塞送冲洗液不通，并且钻具的粗径部位同时已被孔内岩粉包裹住钻具提拉不动，这才是埋钻。杵钻和埋钻的不同之处是：一种是孔内岩粉不多，送冲洗液正常，钻具故障。另一钟是孔内岩粉很多，送水冲洗液不通，钻具不动。

2.2 杵钻事故原因分析

以前也经常发生杵钻事故，只知道钻具内管会返水，但不清楚钻具为什么不会动。经过一段时间观察和思考，分析当时所发生孔内事故的每一个具体细节，如孔深、钻进的岩层和孔壁完整程度、孔径和孔内岩粉数量及通水情况等。最后得到了较满意的结论。杵钻实际上是一种特殊的岩粉挤夹事故，其主要原因就是使用的双动双管接头结构不合理，这是造成杵钻事故的根本原因。即接头排水孔数量多、直径大，形成了当送冲洗液到达孔底时，冲洗液不从外管和孔壁之间循环，而是从内管排水孔把冲洗液排到钻具外，造成一部份冲洗液由于内管通水而产生吸附作用，把从排水孔出来的冲洗液向下经外管钻头吸附于内管里起反循环的作用；另一部分冲洗液排到粗径钻具上部向上返回地表（如图1）。在冲洗液循环过程中的同时亦携带岩粉循环，当岩粉流到孔壁间隙小的部位，如钻头处岩粉就易受阻而停留，受内管排水孔的吸附逐步堆积在外管与孔壁之间，由于岩粉受吸附堆积使内循环的冲洗液受阻，当内循环的冲洗液不通了，钻具也就不动了，杵钻实际是岩粉受冲洗液吸附而夹钻。

此时内、外管之间通向孔底的冲洗液正常，但外管与孔壁之间不通冲洗液，而冲洗液是由内管排水孔通向粗径钻具的外部。亦有少部分钻孔通一段时间后堵水，将冲洗液停一段时间，再送冲洗液又会通，通或不通的反复是因为孔内有颗粒较大的岩屑，被冲洗液携带到内管往外的排水孔处被堵住，冲洗液就不通了。当停止送冲洗液后，这些岩屑不受排水压力时，就会自动落于孔底，所以此时再送冲洗液又会通。这种事故从20世纪60年代开始至今，是在内管排水管数量多（3个）直经大（12mm）的条件下孔壁、岩粉和冲洗液量三者的偶合形成局部反循环而发生杵钻事故。

2.3 发生杵钻事故的基本条件

2.3.1 在下列情况不易发生杵钻事故

所钻进的岩层结构松散、破碎和风化等层位。因为这些孔壁往往超径，虽然坍塌物很多，但孔壁间隙较大，即使是内循环也夹不住钻具。

在正常钻进过程中，内钻头处有岩芯进入，不管修机还是待电（用自然水）送水时间再长也不会杵钻，因为内管被岩芯堵住而减小了吸附作用，所以也就不会发生杵钻。

降下钻具不到孔底（即在孔底岩粉沉积面之上）停留，此时不送冲洗液也不会发生杵钻。

2.3.2 在下列条件下容易发生杵钻事故

岩层相对完整，孔壁间隙正常，孔底岩粉较粗且数量偏多，采用老式普通双动双管合金钻具钻进，冲洗液循环正常。

3 防止杵钻事故的措施

防止杵钻事故的措施是改进钻具接头的排水孔，将原来的3个大直径排水孔，改为1个小排水孔，直径只要8mm即可，内、外管之间的3个送水孔不做改动，如图2所示。

内管排水孔的作用是：为不受冲洗液体影响岩芯进入，随着进尺岩芯进入内管，把冲洗液从排水孔挤出内管排向孔壁。内管冲洗液的体积也只是内管所能容积的冲洗液，钻进后冲洗液一般是不会进入内管，所以双动双管接头原3个大直径排水孔的结构是不合理的。改进结构后的双管接头（如图2），在实践中从根本上防止了此类事故的发生。