巨厚松散层钻进事故的处理

蒋顶辉，卢敦华

(1.安徽省煤田地质局第一勘探队，安徽淮南 232052；2.河南工程学院资源与环境学院 ，河南郑州 451191)



巨厚松散层钻进事故的处理

蒋顶辉1，卢敦华2

(1.安徽省煤田地质局第一勘探队，安徽淮南 232052；2.河南工程学院资源与环境学院 ，河南郑州 451191)

安徽两淮地区隐伏煤田的特点是煤系以上覆盖着从几十到千余米的松散层，地层变化复杂，给钻进护壁带来极大的困难。总结本单位多年来巨厚松散层钻进事故发生的原因，处理时方法、措施和经验教训时发现，在该地区主要事故类型是钻具事故、孔壁事故和套管事故。结合实例，对常见的卡钻事故，埋钻事故，断、脱、跑钻事故、孔壁事故及反丝钻杆的使用经验进行较为详细的说明，为同类地区的钻探施工和事故处理提供了借鉴。

第四系覆盖层；孔内事故；处理方法； 反丝钻杆； 弯距；两淮地区

在巨厚松散层钻探施工过程中，由于地层、设备等原因导致的孔内事故，不仅耽误钻探进尺，推迟施工进度，如果处理不当，还会报废钻探工作量和管材，使钻探成本大幅提高。

巨厚松散层一般指厚度在300m以上的第四系覆盖层(俗称新地层)。两淮地区新地层厚度不均，从几十米到逾千米，如阜东和口孜西勘探区均达到1000余米；同时，该地区岩性变化大，给护壁带来极大困难。曾发现有近200m厚的砂层、100余米的砂卵石层；还有的钻孔固结黏土达150多米，不仅影响生产进度，同时也增加了材料消耗，间接形成安全隐患；而淮南潘集地区的泥灰岩缩径问题几十年来仍未得到有效解决。另外，新地层钻进的孔斜问题若得不到很好控制，将增加孔内安全隐患，极易造成键槽卡钻，给事故处理带来极大困难。

1 常见事故类型

经过详细分析、整理，总结了安徽省煤田地质局第一勘探队最近十余年发生的一百余起松散层孔内事故的性质和特点，将松散层孔内事故归结为如下几类：

①钻具事故。包括：卡、埋、烧钻事故，断、脱、跑钻事故。常见卡、埋、断、脱钻具事故，烧钻事故较少见。

②孔壁事故。包括：漏水、垮孔、掉块、探头石、缩径、扩径、键槽等。常见垮孔、缩径、扩径、键槽等。

③套管事故。包括：套管脱节、错位、变形、下沉、不到位、底部阻留钻具、固管及止水不合格等。

④其它事故。常指孔内落入工具、物件，脱落岩心，测井事故等。

2 卡钻事故处理方法

卡钻事故即钻具阻滞在孔内。其特点是卡点一般多位于钻具变径处，事故发生后可以正常开泵冲孔，或者孔内钻具有一定的活动间隙，且能下不能上的情形居多。若处理时间长或发生其它情况时也可能转化为埋钻事故，使事故更加复杂化，因此，处理卡钻事故时速度一定要快。

卡钻事故发生的原因主要有以下几种：

(1)孔内落物，如：工具，脱落的钻具、钻头、岩心等。

(2)孔壁不稳定，地层滑移、错动、缩径、钻具高速旋转时因敲击震动造成的松散砂卵石层掉块或探头石，以及糊钻等类型。

在各类卡钻事故中，键槽卡钻事故时最难处理的。

处理卡钻事故时，能开泵尽量开泵。如果钻具中带有震击器可用震击器震击，具体情况根据钻具是否在孔底而采取上击或下击，同时配合提、拉、窜、顶等方法处理。当上述方法无效，则采用反丝钻杆，采取冲、扫、套、反、灭的方法进行处理。

其实，新地层卡钻事故大多是由其它孔内事故或因素转化而成，很少单独出现。如果孔内未下套管，则起钻时坚持回灌，同时降低钻井液失水量、增大密度也是有效的预防卡钻措施。

实例1：国投新集能源股份有限公司二矿某孔新地层厚度198m，钻进至195m松散砂卵石层时孔内漏水，砂卵石层掉块卡住岩心管，处理时以反丝钻杆反至岩心管，换用正常钻具加平底磨铁钻头磨灭的办法处理完毕。

实例2：淮南潘集外围详查19-2孔键槽卡钻事故，新地层厚295m，在孔深119～135m为一层粘土，100m时孔斜0.8°，而此处陡增为3.5°，经过长时间频繁起下钻具形成了键槽。使用反丝钻杆处理至126m时，事故头处于键槽内，键槽深度90mm左右，公丝锥能上扣但反不动，母丝锥穿过事故头碰到了下面的钻杆，最后无法处理，只能移位重新开钻。其它发生键槽卡钻事故的钻孔也基本如此处理。

3 埋钻事故处理方法

埋钻事故发生的原因是地层松散、钻井液密度小、护壁性不够而造成孔壁不稳定，在外力作用下引起孔壁松散砂卵石层垮塌后埋住钻具。松散层钻进速度快，易产生大量的钻屑。清除不及时或下钻时不清孔、直接下到孔底、发现异常处理不当也是发生埋钻事故的主要原因。

埋钻与卡钻事故的不同点是不能正常开泵冲孔，孔内钻具没有活动间隙，震击器一般也没有明显的效果。处理时可使用的办法有如下几种：一是使用小一至两径的钻具沿着事故钻具旁边打小眼，然后开泵利用钻井液冲刷周围的充填物，从而使钻具活动起来；二是将事故钻具连接高压泵，利用泵的高压强行冲开充填物从而使钻具解困；三是采用反丝钻具(钻杆、岩心管)配合套、冲、反的办法，逐根反出事故钻具，该方法处理速度慢但效果好。条件允许的情况下，最好下套管隔离新地层。

实例：国投新集能源股份有限公司板集煤矿灰2水文观测孔，设计孔深1085m，新地层厚度535m，穿过太原组灰岩进入奥陶系灰岩10m终孔，钻进至3灰(986m)时孔内漏水，发生卡、埋钻事故，在处理过程中发现该事故非常复杂，简称“上埋、中粘、下卡”，而且在孔深350m左右孔斜已经达到了5°，超过规程要求。采用反丝钻具配合套、冲、反的办法，即先下岩心管套过一根钻杆，再下丝锥逐根反上事故钻具顺利达到基岩。因受孔斜影响，反钻杆时中和点非常难掌握，进度缓慢，该事故历时长达20余天才处理完毕。

4 断、脱、跑钻事故处理方法

新地层中钻具断、脱、跑后最大的难点是因为地层松散而形成的超径，事故头若藏在超径处不易碰头或碰头后不易对上，造成打捞失败，延长事故处理时间。

处理时一般使用原钻具对接，然后提钻检查、调整后即可恢复钻进。如果事故头有断口，则根据断口形状确定采取何种打捞工具和方法。若断口平整或基本平整，可使用公丝锥或母丝锥对头上扣后提钻；若断口不平整、有斜口、内外卷则可酌情使用母丝锥或铣、磨平整后使用公、母丝锥对扣；若断头斜靠孔壁，应使用弯钻杆或带罩子内带丝锥去打捞。 有时会遇到发生事故而又未及时发现仍然继续钻进的情形，当发现进尺慢提钻检查时，已经形成岔孔，同时钻具留在原地，给处理带来很大困难。这时，可采取钩、捞、套、扫等方法将钻具提出孔外，检查整理后则可恢复正常钻进。

实例1：安徽省煤田地质局第一勘探队114钻机在老庙-展沟勘探区施工39-2孔，钻至854m时发生事故，现场汇报的情况是：地层破碎卡钻，将钻杆拉脱。现场仔细询问了机长和当班班长事故发生时情况，查看提上钻杆后认为是一起人为的烧钻责任事故，钻杆不是被拉脱，而是当时发现钻机负荷增大后关车过快“回车”甩脱的(处理过程中也证实了该判断)。于是将处理方法按烧钻事故来进行，并很快处理完毕。本例说明，事故原因、事故类型、孔内情况和钻具情况的判断很重要，只有这样才能制定针对性措施方法，少走弯路、缩短处理时间、达到最好的效果。

实例2：安徽省煤田地质局第一勘探队127钻机在淮南矿业集团顾桥煤矿南二采区补勘某孔施工时，发生过一起复杂的跑钻事故，孔深1105m，新地层厚318m,冲孔起钻22m后跑钻，因丝扣不紧形成多头。反丝弯钻杆带公丝锥处理至214m发现砂层孔径扩大至约300mm，上部孔径较小，弯距大下不去，弯距小碰不着。母丝锥、导向罩、捞钩、磁铁均无效，最后使用反丝弯钻杆带斜口导向罩内藏公丝锥，加大弯距至500mm后斜口碰到事故头，将之顺利处理上来。至318m基岩界面时发现两只Ф65mm锁接头挤夹在一起，采用了Ф65mm小钻头打小眼松动、逮高头的方法处理好，然后孔内事故钻具顺利处理完毕。

5 孔壁事故处理方法

最常见的是垮孔、缩径、扩径、键槽等现象。此类事故中，最难处理的是键槽。因为孔斜是不可避免的，平时只能尽量减轻钻孔偏斜的程度。当发现有了键槽的迹象后须及时采取措施，最有效的方法是反向扩孔，将键槽扩大以减少影响，降低发生孔内事故的几率。

实例：安徽省煤田地质局第一勘探队120钻机在莲塘李勘探区施工22-10孔，钻至986m时，因下雨破坏钻井液造成破碎石英砂岩掉块卡钻，当时施工钻机采取提、拉、窜的方法试图解卡，结果因钻杆反复敲打砂层垮塌形成埋钻，同时又将Ф50mm钻杆拉断，事故头深度106m，断茬在钻杆小根中间，为一长约200mm的斜口，此处钻孔扩径约为Ф200mm，孔斜3°，碰头又困难。处理时，在Ф89mm短岩心管(长0.8m)内藏Ф65mm平底钻头套扫到事故头断茬磨铣平整后，再下丝锥反取，然后下岩心管套过一根钻杆后用丝锥逐根反上事故钻具。在处理过程中发现，因受孔斜大和扩径的影响，岩心管和丝锥要频繁调整弯距，经常出现跑空趟的现象。

6 反丝钻杆的使用经验

反丝钻杆的应用范围十分广泛，在各种常规孔径、深度均可正常使用，配合各种公、母锥，捞钩等，可快速处理各类钻具事故，效果显著。既可以用直钻杆，也可以用弯钻杆；大弯、小弯、上弯、下弯均可随意调整。应当注意的是，反丝钻杆的弯距及方向应随钻孔顶角、方位的变化及时进行调整。

新地层钻遇的多为较松软地层，无论采取何种护壁方法，总会出现扩径现象。扩径孔段会影响丝锥对扣，耽误处理时间，在这种情况下使用弯钻杆扩大打捞范围会取得良好的效果。

弯钻杆的使用原则：弯距由小到大，随孔径和钻具结构变化而变，易碰头时弯距不变。

在处理过程中经常遇到如下情况：弯距逐步加大了很多次仍然不碰头或者碰头后进不去。这说明弯距选择不当、距离偏小，需要加大弯距。在长期的实践中分析总结了一个简单实用的弯距计算方法：

弯距(S)=孔径(D)×2-事故头半径(r)。

常用的Ф50mm、Ф60mm反丝钻杆搭配各种公、母锥、捞钩、导向罩等均可采用这种计算方法。

实例：安徽省煤田地质局第一勘探队107钻机在处理板集煤矿18-7孔卡钻事故时，新地层厚560m，518m钻铤/钻杆变径接头(Ф83mm)处的砂层扩径约为Ф200mm，24h内连续加大弯距至380mm均出现沾上进不去的情况，而此时弯距已无法再加大，最后采取了在下弯丝锥小根上部加Ф108mm岩心管接头垫衬增加弯距的办法一次性进扣，解决了难题，顺利的处理了该事故。

计算方法：弯距(S)=200×2+(108÷2)-41.5=412.5>380mm，说明丝锥具有进入接头内眼的基本条件。起钻后可以看见在接头台肩中间有明显是丝锥磨出的痕迹，接头台肩宽度(Ф83-Ф57)÷2=13mm，而弯距(S)=412.5÷2=206.3-13=193.3mm≈380÷2=190mm。当丝锥进入接头内眼时，用手摸钻杆有明显的摩擦丝扣的感觉，说明此时丝锥是一次性进入，证明了该计算方法的正确性。

[1]国土资源部.固体矿产钻探工[M].北京：地质出版社，1999: 95。

[2]国土资源部.固体矿产钻探工[M].北京：地质出版社，1999: 96。

[3]中华人民共和国国家发展和改革委员会.MT/1076-2008煤炭地质钻探规程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 40。

[4]王世光.钻探工程[M]. 北京：地质出版社，1984: 345。

[5]中华人民共和国国家发展和改革委员会.MT/1076-2008煤炭地质钻探规程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 41-42。

[6]中华人民共和国国家发展和改革委员会.MT/1076-2008煤炭地质钻探规程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 40。

[7]中华人民共和国国家发展和改革委员会.MT/1076-2008煤炭地质钻探规程[S]，北京：煤炭出版社，2009： 42。

Drilling Accident Processing in Extra Thick Loose Beds

Jiang Dinghui1, Lu Dunhua2

(1.The First Exploration Team, Anhui Bureau of Coal Geological Exploration, Huainan, Anhui 232052; 2.School of Resources and Environment Engineering, Henan University of Engineering, Zhengzhou, Henan 451191)

The concealed coalfields in the Huainan and Huaibei areas, Anhui are characterized by tens to thousand more meters loose bed overburden. Complicatedly varied strata have brought difficulties in borehole wall protection. Summarized our drilling accident causes, treatment measures and lessons learned in extra thick loose bed overburden recent years have found that the main accident types in the area have drilling tool, borehole wall and casing accidents. From living examples have specified common drill rod sticking, burying, break, thread off and falling off; borehole wall troubles and reverse threaded drill rod experiences. The study has provided reference for drilling operation and accident treatment in comparable areas.

Quaternary overburden; borehole accident; treatment method; reverse threaded drill rod; bending moment; Huainan and Huaibei areas

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.12

1674-1803(2017)05-0062-03

蒋顶辉(1970—)，男，安徽淮南人，工程师，现主要从事定向钻探技术研究与应用，钻探新技术、新工艺的研究和推广。

2016-11-02

文献标识码：

责任编辑：樊小舟