桑树坪煤矿北一瓦斯抽放孔套管事故原因剖析

2014-10-30蒋新青

中国科技纵横 2014年18期

关键词：钻塔井管圆孔

蒋新青

(陕西韩城天久注浆勘探有限责任公司,陕西韩城 715400)

桑树坪煤矿北一瓦斯抽放孔套管事故原因剖析

蒋新青

(陕西韩城天久注浆勘探有限责任公司,陕西韩城 715400)

桑树坪煤矿北一瓦斯抽放钻孔在钻孔扩孔到位,圆孔、调浆完成后开始下管,下管至孔深入458.64m时发生粘管事故,事故发生后采取多种方法处理未能奏效,导致井孔报废,直接经济损失287.4万元。后就事故发生原因进行了剖析,为后续移位重新施工提供了经验教训,确保了二次施工顺利成井。

瓦斯抽放钻孔下管粘管事故剖析

瓦斯抽放孔、电缆孔、排水孔、送料孔等大口径工程钻孔在矿井生产中越来越广泛的被应用，这些钻孔的孔径大，钻孔垂直度要求高，深度不等，套管口径大、总质量大，所以施工难度大、风险高，施工和管材的成本费用昂贵，一旦发生套管事故，修复和处理事故的难度极大，而且成功率不高，极有可能导致整个工程的报废，造成非常严重的损失。本文通过桑树坪北一瓦斯抽放钻孔套管事故原因剖析及二次施工顺利成井的总结，为同类工程施工提供借鉴依据。

1 工程概况

桑树坪煤矿北一瓦斯孔设计孔深567．5m，孔径Φ720mm，下入Φ530mm×12mm无缝钢管568．5m，采用0．5：1纯水泥浆固管。

钻孔于2011年11月2日完工，实际孔深570．79m，孔径Φ 720mm，钻孔偏斜1．5m。11月3日开始圆孔及泥浆性能调整，圆孔采用Φ530mm钢管一根长9．75m，管周帮条、贴片加大至Φ690mm，11月10日完成圆孔，11月11日开始分两次进行了溜孔，第一次在圆孔管下端续接一根钢管总长19．68m，在停待4天后进行了第二次溜孔，并再次进行了泥浆性能调整，两次溜孔全部顺利到达孔底。

2 下管经过

11月24日17时20分开始下管作业，至11月28日11时30分，发生粘附卡管事故，事故发生时共下入井管49根总长461．44m，孔内下入458．64m，孔外余2．8m。

3 卡管后的处理经过

发生卡管后，现场采用钻机提升设备将井管向上缓慢拉出0．4m，因拉力超过设备设计能力(80T)，钻塔一脚失稳，造成左侧塔地梁弯曲，塔身向左侧倾斜，提管作业被迫停止。20分钟后将右后方绷绳扯断造成塔身发生第二次倾斜，经现场工作人员检查和紧急抢修，重新设置4根绷绳将钻塔临时稳定。随后对钻塔进行了加固、修复，钻塔修复好后实施了管内情况探查：共于管内下钻4次，分别于317．67m(距钻具下头2m处有φ420扶正盘)，317．87m(钻具下头带φ311扶正器)，317．97m(钻具下部为φ203钻铤)，321．4m(钻具全部为φ127钻杆)下不去。第16根管和等17根管焊接头在孔内深315．38m处，从探查情况判断315．38m处套管已经断开，且此段井管已拉变形缩径或在315．38m处形成折形弯，造成下钻具遇阻而过不去。所以无法再处理，导致钻孔和套管报废，造成直接经济损失287．4万元。

4 套管事故发生原因

4.1 地层原因

卡管发生部位处于孔深458．64m处，此处地质层位为二迭系上统上石盒子组底部，岩性为泥岩，层厚20m左右(455m—475m)，为韩城地区K5标志层(俗称桃花泥岩)。此种岩性具有很强的遇水膨胀性。泥浆失水及泥岩吸水膨胀造成此段钻孔缩径，井管初入时凭自身重力可挤开泥皮进入，进入2—3m后，由于泥皮粘附在井管周边，淤塞孔壁与管壁环状间隙，阻断孔内泥浆通过外环返出的通道。井管下降时，下部泥浆处于封闭状态，压力升高，阻止井管下移。井管提升时，下部泥浆封闭状态起到真空作用，管底逆止阀压开，管内水流入下部，但难将卡阻部位冲开，造成提拉不动。

4.2 泥浆质量差

调浆前泥浆粘度53s，比重1．20左右，失水量16L/30min；调浆后泥浆粘度28s，比重比重1．15左右，失水量12L/30min；泥浆中的固相物含高，导致泥浆失水量增大，在孔壁形成较厚的泥皮。

4.3 套管在井内停止时间长

该瓦斯孔套管连接采用焊接方法，由于套管直径大，焊缝长度长，为保证焊接质量，对焊缝補焊2次，同时焊接加强贴片6—8片，一个套管头的焊接需1．5小时左右，这样套管在孔内静置事件较长，这也是发生粘管事故的又一原因。

4.4 圆孔、溜孔质量差

圆孔采用Φ530mm钢管一根长9．75m，管周帮条、贴片加大至690mm，溜孔采用在圆孔管下端续接一根钢管总长19．68m，未进行进一步加长溜孔管进行溜孔，应该采用逐步加长溜孔管，当溜孔管长度达到40米以上，连接头超过3个以上，溜孔管上下通畅，确认孔壁规则后，方可进行下管。

5 套管遇阻处断裂原因

下管过程中为了减轻钻塔负载，管内注入清水克服泥浆浮力，由于套管内外液体密度差使套管内外存在压力差。下管过程中套管受阻，进行强行提拉，套管在受阻处遇到钻孔弯曲或孔壁不规则，又有新产生的弯曲应力施加到套管表面引起套管弹性变形，当综合应力大于套管的抗压强度极限时，套管就发生塑性变形被挤毁。

6 移孔施工质量控制

6.1 泥浆质量控制

在移位后重新钻井过程中严格控制泥浆的性能指标，避免泥皮过厚和失水量过大。在施工现场安装使用了泥浆固控系统，利用机械、循环槽、沉淀池等多种方法来最大限度降低泥浆的固相含量。在下套管前，在泥浆中逐渐加入淀粉处理剂，使泥浆失水量控制在10mL/30min以内，粘度23～25s，密度1．05～1．12kg/L，pH值9～11，确保了孔壁形成的泥皮薄而致密。

6.2 钻孔井身质量控制

钻孔过程中严格控制孔斜，在钻头与钻铤之间加防斜保直器，上部钻铤之间加两个扶正器防斜，同时从钻头→钻铤→钻杆，钻具口径逐级减小，形成塔式组合钻具防斜。每钻进50m进行钻孔测斜并用铅垂校正钻塔垂直度和钻机的水平度，确保三点一线。一旦发现钻孔斜度超限后，逐步纠斜，使钻孔轨迹平滑过渡，保证孔壁规则。下管前采用同径套管进行圆孔，溜孔时首先使用单根套管进行溜孔，然后逐步增加长度，当溜孔管加长到4根48m时，溜孔管上下通畅后，停止溜孔进行下管。