复杂地层深孔取芯钻探事故的处理方法

（河南中源化学股份有限公司，河南 南阳 474750）

在我国地质找矿事业中，钻探技术始终占有举足轻重的地位，其不仅是现阶段我国“攻深找盲，探边摸底”勘查作业的关键基础，同时也直接影响到我国矿采行业的健康发展。其中，针对实际复杂地层深孔取芯钻探作业过程，各种原因所致的作业事故仍是影响钻孔作业高效持续完成的主要因素，因此，需进一步针对实际工程作业情况进行安全风险预测，并以此构建完善的安全防范机制，最终在确保作业人员作业安全的同时保障我国钻孔行业的健康发展[1]。

1 复杂地层深孔取芯钻探作业的特点

近年来，基于我国勘探战略的逐步推进，发展深部探矿已经成为我国矿采行业的主要发展趋势，其中，现有大部分钻孔均已经达到600m深度，且少数钻孔甚至已经达到4000m。但是，在钻孔深度逐渐提高的过程中我们发现，由于金属矿床尤其是内生金属矿床很容易受地质构造运动影响，导致钻孔过程很容易面临较大的岩石破碎带，并最终影响钻孔作业的持续进行。其中，具体的复杂地层深孔取芯钻探作业一般具有以下特点：

（1）作业难度高，风险系数高。考虑到深层钻孔作业所需要面临的意外风险相对较高，因此相比以往低深度钻孔作业，深层钻孔作业的难度更高，风险系数更大，在此基础上，矿采企业往往需投入更多的成本来保证深层钻孔作业的持续开展，且由于需配备足够的风险防范措施以应对钻孔作业过程中的各种安全事故，因此对于现场技术人员及管理人员的能力要求也较高。此外，在深层钻孔作业过程中，钻孔经由岩石破碎带的影响很容易失去平衡，进而使孔壁的稳定性受到影响，而这也同样是深层钻孔作业难度较高的主要原因。

（2）设备要求高，技术标准高。基于复杂地层深孔取芯钻探作业所具有的复杂性和特殊性特点，其不仅对钻孔作业人员具有较高要求，同时也对钻孔设备和钻孔技术较为挑剔。一方面，针对深层钻孔作业，必须使用多级成孔工艺并配备多级套管以完成作业，同时，在钻进过程中，需做好护壁堵漏工作并合理应对包括丝扣强度选择、下入、起拔在内的多方面问题；另一方面，深层钻孔于钻具钻杆强度和连接方式层面的考虑因素相对较多，且钻头结构的粒度、胎体硬度必须与作业区域的岩石特性相适应，进而确保钻孔作业的稳定进行。

2 复杂地层常见深孔取芯钻探事故及产生原因

通常来说，造成复杂地层深孔钻探事故的主要原因一般可分为人为因素或自然因素两方面，而对于绝大多数事故来说，其均或多或少与人为因素有关，如包括作业人员安全意识淡薄、责任意识欠缺在内的诸多问题均有可能造成严重的钻探事故。在此基础上，可将复杂地层常见深孔钻探事故的产生原因分为以下三个方面：

（1）人为因素。于人为因素方面，钻机操作人员未按照钻探操作规范要求开展作业是造成深孔钻探事故的主要原因。一方面，对于深层钻孔作业来说，其所受地质因素的影响相对较高，因此为保障钻探作业的开展稳定性，操作人员不仅需具有极强的专业能力，同时还要能够灵活应对各种突发情况，即具有一定的应急处理能力，但是，从现有我国矿采企业的钻探作业人员来看，其大多缺乏应有的安全意识和责任意识，因此不仅无法针对突发安全事故进行快速有效处理，同时也不能及时发现钻探过程潜在的各种安全隐患，进而便很容易引发包括折断、烧钻、掉钻、夹钻、跑钻在内的诸多问题；另一方面，在实际深层钻孔作业过程中，虽然大多数操作人员均具有丰富的操作经验，但其对于新技术和新设备的熟悉程度仍相对有限，再加上操作过程时常出现思想麻痹、注意力不集中的问题，导致因技术因素产生的安全事故较多，且事故的性质较为复杂，无法通过简单的处理以弥补经济损失。

（2）管理因素。于管理因素层面，复杂地层深孔钻探作业现场安全管理制度的缺乏是造成相关事故产生的主要原因。一方面，从现有我国深层钻孔作业情况来看，由于矿采行业始终处于不断发展过程之中，因此针对一些新发事故我国尚未构建健全的风险防范机制，同时也未能针对事故产生原因形成系统的预防理论，导致在应对一些事故时的处理效果不够突出，即事故仍会在很大程度上给矿采企业的生产效益造成影响，此外，在某些情况下，由于现场缺乏专业的技术监督人员和完善的质量监督机制，导致钻机操作人员的错误操作无法被及时纠正，进而便加大了事故的整体影响；另一方面，现有钻探作业现场管理制度仍缺乏一定的前瞻性和适用性，即既不能就作业过程潜在的安全隐患进行强调，又不能贴合作业的具体特点和管理需求，同时，一些企业普遍缺乏完善的责任监督机制，这导致操作人员责任意识淡薄所致事故的问题被无限放大，最终既影响了钻探队伍的和谐性，又阻碍了钻探工作的有序开展。

（3）设备因素。于设备因素层面，设备管理制度欠缺所致的设备质量问题是造成复杂地层深孔取芯钻探事故的主要原因。一方面，针对我国矿采企业发展情况，一些企业盲目追求利益并不重视及时更换矿采设备，同时再加上日常作业过程不重视对设备使用情况进行管理，导致因操作人员操作不当所致的设备损坏较为严重，很容易在影响设备使用寿命的基础上降低钻探工作的整体质量，此外，在现有钻探作业设备体系中，一些企业的部分设备已经无法满足深层钻探作业的基本需求，这导致其作业效率十分有限，最终限制企业的创新发展；另一方面，基于现代科技水平的显著提高，现有深层钻探作业所用设备的先进程度已经远超以往，但在实际使用过程中不难发现，多数企业均未针对现场设备构建完善的养护机制，最终导致设备磨损问题十分严重，很容易对作业的整体质量造成较大影响。

3 复杂地层常见深孔取芯钻探事故的解决方法

针对复杂地层深孔取芯钻探事故，一方面应于事故发生时以正确的解决方法进行快速解决，另一方面则应通过构建完善的事故预防机制以减少事故发生的频率。

3.1 钻探事故预防措施

（1）做好准备工作。在复杂地层深孔取芯钻探作业开始之前，需基于现场情况制定完善的作业方案，并通过对钻探区域地质资料进行分析不断就作业计划进行优化，进而以此确保作业方案的适用性和科学性。同时，在就钻孔作业工具及设备进行选择时，应围绕钻孔区域的地层岩石特征来进行考量，并应尽可能秉承先进性原则选用经济性高、作业效率高的设备类型。此外，应提前就钻机操作人员进行培训教育，在强化其安全意识和责任意识的基础上确保其拥有基本的操作资格，最终以此保障钻孔作业的高效、有序开展。

（2）落实交底制度。在完善作业方案后，需依托明确的技术交底制度以保障现场钻孔操作人员能够充分了解实际作业的具体情况。其中，除了应严格按照设计要求和钻孔任务书技术要求开展作业外，还应构建完善的现场监督机制，即既要确保操作人员不随意更改施工工艺和钻孔规格，又要及时发现操作人员的操作问题，并以此确保将钻孔作业的事故风险降到最低。此外，要针对作业过程进行现场跟班成果检查，在时刻确保钻孔质量达到预期要求的基础上规避不必要的二次返工。

（3）做好设备检查工作。在复杂地层深孔取芯钻探作业过程中，需时刻掌握钻机的运转情况，通过观察其钻压、钻速、回次进尺以及作业声音以判定其是否存在异常情况，其中，当异常情况发生时，应快速结合以往处理经验和预定处理方案由专业技术人员进行处理，进而一方面避免钻机故障影响作业整体质量，另一方面将事故的发生风险降至最低，并确保企业的经济效益。此外，应随时就钻具及钻头的磨损情况进行检查，且当发现二者存在较大磨损问题时，应尽快进行更换并检查其是否存在抱钻、憋钻等事故产生风险，但需要注意的是，应采用减压减速钻进方式以规避新钻头钻进时可能出现的卡夹钻问题，最终确保钻头更换的有效进行。

3.2 钻探事故解决方法

针对常见复杂地层深孔取芯钻探事故，以实际事故案例为基础分析具体解决方法，其中，该事故的产生原因与新更换钻头的未减速、减压有关，因此产生了钻头与孔壁的“抱死”事故，对此，采用下述解决方法进行解决：考虑到套管已经达到预定孔深的207m位置，首先就套管提出孔口，并在套管底部安装金刚石钻头，在以此震松套管并采用反丝钻杆处理无果后选用直径为91mm的钻头就套管进行处理，最终在反复磨蚀套管的过程中实现对于残留套管的有效处理。

对于事故发生的部位，要尽早针对机组的断裂提取钻头工具，然后来计算事故部位的孔深，进而测量打捞孔道的直径。钻头事故要结合孔道外部的钻头工具和相关的标记，确保事故部位朝向钻头的具体位置，损伤情况如何，如果不能详细探查，则必须采取打印法进行查证，确定处理方式的稳定。孔道内部要弄清钻具的具体规格情况，使用数量多少，钻口的孔道以及周围岩石的结构，保证整个孔壁的稳定。如果有残留物质，或者事故发生的具体征兆，则可以当作事故情节判定的证据。采用相关工具进行孔内钻具的打捞，并将其与具体的钻具贴合，用硬度大的丝扣进行套制。在进行卡钻的处理时，要考虑到周围钻头的折断以及陀螺效应，假如钻头不容易从孔道中提取出来，在进行打捞时要利用反丝钻杆进行提取。当管道脱落后，由于岩心管损坏导致丝扣不能正确扣在管道口后，就可以用岩心管来进行打捞。

4 结束语

综上所述，针对复杂地层常见深孔取芯钻探事故，造成该事故产生的原因较为多样，而基于不同因素所致的实际事故，应在结合现场施工情况的基础上以事先构建的预防机制为依托快速采用最恰当的处理方法进行处理，并应通过构建完善的风险防范机制以避免同类故障的再次产生，最终在有效提升作业质量的基础上保障钻探工作的高效、有序完成。