万 亿，韩 柳

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

博尔塔拉河谷地地热资源钻探工程孔内事故处理分析

万 亿，韩 柳

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

通过AKT2孔的施工，可以较为全面的取得该区域各项水文地质参数，用于评价地热资源，为开采地热能提供依据。以新疆温泉县博尔塔拉河谷地地热资源预可行性勘查项目AKT2号勘探孔为研究对象，在对该钻孔地质条件全面分析的基础上，对AKT2钻孔卡钻的事故背景和事故原因进行分析，并提出了具体的事故处理方法和施工建议，从而对后续易发生事故段进行有针对性的提前预防，做好已知地层的取芯工作，进而保证后续工作的正常开展。

卡钻事故；事故原因；事故处理；地热钻探

本文在“新疆温泉县博尔塔拉河谷地地热资源预可行性勘查”项目背景下，根据任务书要求开展了温泉县博尔塔拉河谷地地热资源预可行性勘查工作，为温泉县博尔塔拉河谷地地热资源试采及进一步勘查与开发远景规划的制定提供依据。该基础测试孔AKT2位于新疆温泉县公路局职工宿舍楼北侧，主要为博格达尔温泉所在区域地热田，该钻孔于2014年7月6日开始施工，当钻进至孔深563.76 m处使用测温仪器进行孔底测温后，由于该孔地层在550～600 m范围内较为破碎且不稳定性，造成了AKT2钻孔卡钻事故。因此，本文结合相关研究成果的基础上[1-5]，对AKT2钻孔卡钻的事故背景和事故原因进行分析，并提出了具体的事故处理方法和施工建议，从而对后续易发生事故段进行有针对性的提前预防，做好已知地层的取芯工作，从而保证后续工作的正常开展。

1 研究区地质概况

1.1 气象水文

研究区地处欧亚大陆腹地，远离海洋，具典型的大陆性中温带半干旱气候特点。由于温泉县南、北、西三面环山，中间是博尔塔拉河冲洪积倾斜平原，地势西高东低，全县范围气温东高西低，降雨量西多东少，日照东多西少。全年盛行西风。

研究区内发育的河流为博尔塔拉河。发源于别珍套山和阿拉套山汇合处的空郭罗鄂博山的艾生大坂，流域海拔高度3 280 m，由西向东流经温泉县境，河长150 km，流域面积2 206 km2。该河多年平均径流量3.29×108m3。

1.2 地质构造

研究区位于北天山西段博尔塔拉河断裂(在区域上为博罗科努-阿其克库都克断裂的西延部分)以南，按大地构造单元划分属于一级构造单元天山褶皱系(Ⅲ)—二级构造单元博罗科努地槽褶皱带(Ⅲ1)—三级构造单元赛里木隆起(Ⅲ11)和博乐山间坳陷。由于受南北向应力作用及断块差异性升降运动的影响，在区域上形成了一系列平行的褶皱和断裂，与研究区温泉出露控制有关的区域构造断裂为博尔塔拉河断裂。

1.3 地层岩性

研究区内的地层根据物探电性资料大致分：(1)0～200 m为第四系地层，岩性主要由粘土、砾石等组成，厚度200 m左右；(2)200～600 m为中石炭统东图津河组地层，岩性以石英砂岩、长石砂岩、凝灰质砂岩、凝灰岩为主，厚度400 m左右；(3)大于600 m推测为中元古界晚期变质岩地层，岩性以石英片岩为主。此外，由于受断裂构造控制，第四系以下200～800 m左右推断岩体破碎程度较高。

1.4 储层特征

研究区储层地层主要为一套沉积环境的滨-浅海相的碎屑岩及变质岩类，局部有酸性脉岩。岩性主要为灰绿色、灰褐色中细粒长石岩屑砂岩、凝灰质粉砂，石英片岩，但在局部岩性以花岗斑岩、花斑岩、霏细斑岩为主。

2 AKT2钻孔卡钻事故背景

该地热资源野外钻探勘查基础测试孔位于新疆温泉县公路局职工宿舍楼北侧。该钻孔于2014年7月6日开始施工，根据该孔地层破碎情况和上部第四系地层不稳定性，确定在550～600 m实施测井，测井完毕后下入Φ108 mm套管后，使用水泥固井。但是，当同年8月9日14时50分采用Ф122 mm金刚石复合片钻头配套绳索取芯钻具钻进至孔深563.76 m处，提离钻孔底部2.90 m，卸开主动钻杆后，采用捞茅头提出内管内的岩芯，岩芯提出后，15点15分使用测温仪器进行孔底测温，16点10分测温完毕后准备加单根，因孔口卡瓦位置不正，将钻具提离孔口进行修正，使用提引器在上提钻具时，大钩钢丝绳与提引器连接的钢丝绳(12分钢丝绳四股)断裂，钻具连提引器掉入井内，提引器位置距离孔口约2.5 m，更换钢丝绳使用2股钢丝绳(钢丝绳尺寸22分)一边连接大钩一边连接提引器进行多次提拉，持续约1小时，提拉不动后，将提引器脱离钻杆头部，下入3个短节(总长约2.5 m)与钻杆头部相连接，上部与主动钻杆相连，约1 h 40 min连接成功，开泵循环，使用主动钻杆连接钻具向上提拉并左右转动，以使钻具松动，循环过程中约15 min将清水做为泥浆注入至孔内，钻具仍无反应，经过多次提拉、转动，仍然未见钻具松动。22时10分泵压增高至10 MPa，钻孔环空无泥浆返出，泥浆无法循环，处理事故失败，钻具无法提出，造成埋钻事故。

3 AKT2钻孔卡钻事故原因

根据研究区地质情况，以及结合钻孔施工工艺，该钻孔发生卡钻的事故原因主要有以下几条：

(1)绳索取芯钻具钻进至孔深563.76 m处后，正常进行岩芯提捞工作，提捞岩芯后，未进行有效循环，进行孔底测温工作，钻具长时间处于静止状态，钻具在井内时间停留将近1小时30分钟，预测造成吸附卡钻。

(2)钻具发生卡钻事故后，进行强力起拔，钢丝绳断裂钻具掉入孔底，提引器距离孔口2.5 m，使用钢丝绳连接提引器提拉及连接主动钻杆累计耗费时间将近2小时30分钟，造成在钻具在孔底吸附卡钻程度增加。

(3)钻具连接方钻杆后，正常循环，在此过程中，未进行泥浆性能调整(如加入增粘剂、解卡剂、润换剂等)，注入15分钟清水，造成泥浆性能发生大幅度变化，泥浆内岩屑沉积或井壁坍塌造成埋钻事故。

(4)依据现场施工情况看，钻进用泥浆性能不稳定，泥浆内固相含量很高，沉淀池小，泥浆性能不稳定及泥浆净化能力差，是造成一系列事故的间接原因。

4 AKT2钻孔卡钻事故处理

4.1 事故处理方法选择

针对目前出现的问题，钻具发生埋钻事故，且泥浆无法循环，钻具无法从孔内提出，有两种方式可以解决：

4.1.1 第一种处理方法

目前孔内钻具组配情况如下：Ф122 mm金刚石复合片绳索取芯钻头+扩孔器+绳索取芯钻具+扩孔器+弹卡室+Ф114 mm绳索取芯钻杆。

依据孔内钻具配套情况，如表1所示，可将目前的Ф114 mm钻杆作为一开套管，无论是绳索取芯钻具外管内径还是Ф114 mm绳索取芯钻杆内径均大于95.5 mm，Ф95 mm绳索取芯钻头可以下入至Ф122 mm绳索取芯钻具外管内，采用Ф95 mm金刚石绳索取芯钻头将Ф122 mm金刚石复合片绳索取芯钻头从内部磨掉，将原有Ф122 mm钻头内径85 mm变成95 mm，可以满足Ф95 mm绳索取芯钻具进行后续二开工作。

表1 绳索取芯钻具配套尺寸表 mm

二开钻具组配如下：Ф95 mm金刚石绳索取芯钻头+扩孔器+绳索取芯钻具+扩孔器+弹卡室+Ф95 mm绳索取芯钻杆+机上变丝+主动钻杆。

主要存在的问题有：

(1)因钻具在孔内无法提出，无法进行电测井工作；

(2)因无法送浆，尝试在目前使用泥浆泵送浆在10 MPa压力下，虽能保证目前下部密封性良好，但使用Ф114 mm钻杆作为一开套管，固井无法将水泥浆返至地表，造成固井情况无法验证。

4.1.2 第二种处理方法

使用反丝钻杆将目前Ф114 mm钻杆逐步提出钻孔，只预留Ф122 mm取芯钻具，采用Ф215.9 mm钻头沿岩芯取芯轨迹进行扩孔，扩孔完毕后进行大泵量冲孔，下入套铣钻具将Ф122 mm钻具提出孔外。

但是由于上部有400多m大段的砂砾石，结构较为松散，在反丝过程中，无法进行泥浆循环，泥浆护壁作用差，上部地层坍塌易造成反丝钻具提出部分钻杆后无法继续进行，孔壁坍塌岩屑将钻杆填埋造成井孔报废。

4.2 事故处理方法建议

本次事故发生有多种因素存在，主要原因为长时间不活动钻具，次要原因为发现卡钻不连接主动钻杆循环而使用钢丝绳强力起拔，循环过程中不调整泥浆性能，循环过程中注入清水，泥浆性能不稳定等，集合多种原因最终造成此次事故。从事故处理原则上综合分析，建议选择第一种处理方法，以减少处理成本及处理风险。将目前孔内Φ114 mm钻具做为一开套管使用，使用水泥浆对Φ122 mm取芯钻头顶部采用水泥固井，固井程度以最大注入水泥浆量为原则，在Φ114 mm钻杆内下入Φ95 mm钻具进行二开钻井工作。

此外，在处理过程中要遵循以下建议：

(1)对现场泥浆池重新开挖，现场布设2个泥浆沉淀池，并增加泥浆循环槽长度(建议长度10～15 m)。

(2)对使用的泥浆性能适时观测、调整并记录，确保泥浆性能满足要求，尤其对泥浆含沙量测量并进行严格控制。

(3)吸取这次事故教训，下入内管取芯前，泥浆彻底循环一周，在绳索取芯内管提出取芯后，孔底测温工作进行前，活动钻具并循环泥浆，确保泥浆性能满足要求后，方可进行，禁止在取芯完毕后直接进行测温工作，以免造成钻具在井内时间过长发生吸附卡钻事故。若遇设备需进行长时间维修时，钻具在孔内需长时间静止，静止时间不得超过3 min。

(4)对目前施工地层情况，与AKT1施工过程进行地层对比，对560～800 m井取芯过程进行总结，易发生事故段进行有针对性的提前预防，做好已知地层的取芯工作，从而保证后续工作的正常开展。

5 结语

(1)该AKT2钻孔位于新疆温泉县公路局职工宿舍楼北侧，主要为博格达尔温泉所在区域地热田，设计孔深1 400 m，该钻孔于2014年7月6日开始施工，通过AKT2孔的施工，可以较为全面的取得该区域各项水文地质参数，用于评价地热资源，为开采地热能提供依据。

(2)当该AKT2钻孔钻进至孔深563.76 m处使用测温仪器进行孔底测温后，由于该孔地层在550～600 m范围内较为破碎且不稳定性，造成了AKT2钻孔卡钻事故。对AKT2钻孔卡钻的事故背景和事故原因进行分析，并提出了具体的事故处理方法和施工建议，从而对后续易发生事故段进行有针对性的提前预防，做好已知地层的取芯工作，从而保证后续工作的正常开展。

[1]袁志坚.大口径特殊工程钻孔套管事故原因及对策[J].探矿工程(岩土钻掘工程).2010.37(3):46-48.

[2]徐永杰, 姜晓伟, 张可誉,等. 岩溶地区冲击钻孔突发事故防治技术[J].铁道建筑.2007(7):73-75.

[3]王二鹏, 王大鹏. 煤矿井下超长钻孔常见事故原因分析及处理方法[J].煤炭科学技术.2012.40(7):58-61.

[4]张志坚. 常见钻孔事故及处理方法[J].山西建筑.2006.32(24):113-115.

[5]景列芳. 钻孔灌注桩施工中的质量事故及防范措施[J].地下水.2010.32(5):134-135.

2017-04-05

万亿(1983-)，男，辽宁铁岭人，工程师，主要从事水文地质勘探和钻探施工方面工作。

P641.72

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1004-1184(2017)04-0216-02