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钻孔孔内事故预防和处理

2022-12-07李伟刚

西部探矿工程 2022年6期
关键词:放炮砂层钻具

李伟刚

(咸阳西北有色七一二总队有限公司,陕西 咸阳 712000)

1 概述

在钻孔施工过程中,由于各种原因,经常发生钻孔孔内各种故障而终止正常钻进,这就是通常所说的孔内事故。它主要影响钻探进尺,推迟施工进度,影响项目成果的提交。如果处理不当,造成钻探进尺报废,大大增加钻机施工成本,严重时损坏机器设备,甚至造成人身伤亡等严重后果。因此,预防钻孔孔内事故发生,合理有效的事故处理方法,都是十分重要的。

2 处理孔内事故的基本方法

孔内事故发生在钻孔中,具体的处理方法主要视具体现场的情况而确定。根据事故的类型、性质以及设备能力、现场处理工具等不同因素,采用不同的处理方法,常用有以下一些方法。

(1)捞。用各种类型的丝锥、打捞器、自制加工工具等打捞孔内事故钻具。

(2)提。发生卡钻、埋钻、夹钻等事故时,要先用卷扬机提拉,但是必须在设备负荷允许的情况下,提拉阻力较大时,可用双绳或三绳滑轮强力提拉。

(3)扫。孔内某段遇阻,可向上或向下不断扫孔,把夹物扫碎或挤入孔壁。

(4)冲。使用泥浆不断循环冲洗,将掉块等杂物冲掉。

(5)打。打吊锤或使用振动器,以使钻具松动而解卡。(6)顶。用千斤顶或液压起动机,强力起拔钻杆。(7)反。使用反丝钻杆和丝锥,将事故头分若干次从孔内反上来。

(8)套。使用较大钻具套铣,一般扩至事故头以下,再用丝锥捞取。

(9)磨。用特制钻头或磨鞋平稳地把事故头磨掉冲洗返上来。

3 处理孔内事故的基本要求

(1)及时报告。

(2)冷静分析。

(3)谨慎处理。

(4)认真总结。

4 工程实例

4.1 金堆城项目ZK0811钻孔情况说明

开孔设计1060m,地层复杂岩石破碎易坍塌。钻至570~620m之间遇到断层泥岩,地层缩径,钻机打倒车,泥浆憋泵。上钻重新配制泥浆处理事故,0.1%~0.3%PHP溶液再加入0.5%~2.0%GSP溶液,配制成胶液;加大泥浆比重,加入2%~3%预水化膨润土。

钻至803m憋水进尺不正常,当班上钻发现下扩孔器折断,处理事故:

(1)内管钻具总承掉进井内,打捞内管,先用∅71mm母丝锥跑钻无果;

(2)下普钻无内唇∅75mm钻头套铣钻具和内管,3个班处理成功;

(3)处理残留扩孔器和钻头,用硬胎体钻头磨12h后又发现憋泵井内阻力大无法正常钻动决定上钻,发现钻头胎体掉井内;

(4)连续6d 上下钻发现掉5 个钻头胎体,水压正常;

(5)最终发现水不循环,多次找原因判断水路问题,拆水泵等多种方法后开始排查钻杆;

(6)找出原因为中间600m 处钻杆接手有细微裂缝;

(7)上钻解单根逐根检查并发现接手问题换新接手;

(8)重新下∅77mm钻头,胎体硬度52,磨6个班后最终井内残留5cm取出;

(9)钻进2个班冲洗井壁后正常钻进至终孔。

4.2 金堆城项目ZK1007钻孔情况说明

(1)钻孔 2013 年 4 月 9 日钻至700m 时上钻换钻头后扫孔到底,加单根后憋泵到10MPa,调整泥浆比重1.06g/cm3,粘度30s左右后循环20min,拉内管刹死,干烧后上钻处理。

(2)到4月10日下钻300m遇阻,返水量减小,当班泵压4~5MPa,强行快速扫孔,穿过遇阻段,避免拉内管耽误。

(3)钻至700m左右扫孔突然憋泵至10MPa。现场方案:连续提拉、顶油缸、开关水泵,20min后上提2m后泵压恢复,扫孔井内有剧烈响声,判断有掉块,继续在此段扫孔,调配大比重泥浆,循环30min后上返泥浆变化明显,捞出大量岩粉,继续调整泥浆,扫孔循环。

注意:夜班应该严格重视泥浆,严防泥浆破坏。

(4)到 4 月 12 日增加泥浆池换泥浆后,循环 2h 以上,加杆扫残吃至井底,证明泥浆体系有效,只是循环不到位。泥浆保障班与班一致,交接清楚。

4.3 金堆城项目ZK1209钻孔情况说明

(1)该孔设计500m,现在施工深度已达596m,仍旧在矿体中穿行,由于地层岩石极其破碎,从2012 年11月27日井内施工无进展。

(2)该孔10月23日开钻,11月6日396m上钻换钻头时,90~110m 井壁垮塌造成下钻遇阻,扫孔3 班;11月 15 日 560m 提钻换钻头,90~110m 和 270~310m 井壁垮塌下钻遇阻,扫孔 7 个班;11 月 27 日 596m 时钻井工程异常,上钻发现270~310m之间出现钻杆弯曲(此现象随后扫孔期间弯管出现三次);12月6日下钻扫孔时仪表显示异常,上钻后发现事故井段(270~310m)折管。

(3)12 月10 日至今270~310m、560~596m 频繁出现砂粒倒灌、内外管刹死现象,可以确定两段事故段井壁已经完全垮塌,且与流砂层连通,井内砂粒量大造成憋车憋泵无法扫钻进。

(4)原因分析。该钻孔外部条件恶劣(距离水源、放炮点近),造成井内情况十分复杂。由于矿区岩石结构破碎,有些地段极为破碎,甚至呈粉末状,因此钻机在施工过程中遇到井内岩粉无法完全返回地表、井壁垮塌、取芯频繁等种种困难,致使钻探施工进展缓慢,造成施工成本大大增加。

矿区岩石极为疏松破碎,基本呈斑状、块状构造,黄铁矿呈细粒团块状、条带状沿裂缝分布,辉钼矿呈细粒集合体,裂缝发育,宽度达数毫米至1cm。造成下面一系列的问题:

①该钻孔距离露天矿蓄水池近(约15m 左右),由于地层裂缝发育,造成井内涌水,导致井内泥浆严重破坏,井内岩粉携带困难,水泵及柴油机负荷加倍、配件频繁更换,钻孔成本大量增加;

②该钻孔距离放炮点比较近(直线距离约100m),施工期间矿区放炮次数多,对钻孔影响特别大,多次出现放炮结束后卡钻,不断造成井壁多处坍塌、井垮、埋钻等严重的钻探事故,给施工带来严重的物力、人力和财力的浪费,从而使钻孔成本大大增加;

③在270~310m、560~596m 流砂层,由于该地层破碎,放炮造成井壁不稳定,该层段严重垮塌,加之地层裂隙发育井内涌水,导致流砂层不断扩大,井段频繁出现砂粒倒灌、内外管刹死现象,造成憋车憋泵,连续事故(弯管、折管)不断出现,处理事故泥浆消耗量巨大,钻具(钻头、扩孔器等)更换频繁,附加油、柴油等消耗量大,大大地增加了进尺成本;

④在流砂层井段灌水泥时由于井内涌水无法封堵流砂,如果扩孔下套管封堵,造成重大事故的危险系数高,下套管后继续钻孔成功率低,并且300余米套管下入井内造成钻孔成本成倍增加,而且给矿区后期施工带来不便和隐患;

⑤由于甲方要求钻孔穿过矿体20~30m 终孔,而且要求有化验品位支撑,因此在等待化验结果停钻期间,由于放炮、涌水等客观原因造成原本破碎的地层垮塌,井壁严重破坏,导致钻机频繁扫孔,增加施工困难,延缓施工进度,从而增加进尺成本,大大提高单孔钻探成本。

5 工程措施

(1)该钻孔外部条件恶劣(距离水源、放炮点近),造成井内情况复杂,先后采取各种技术手段处理;

(2)低速钻进:在井壁坍塌井径扩大后,我井队采取低速钻进,尽量减小井内钻具摆动幅度,这样使施工进尺缓慢;

(3)特殊泥浆处理:为了平衡地层压力,把地层水和流砂层压住,我井队购买了一批昂贵的泥浆材料,聘请泥浆公司技术人员现场调配泥浆,重晶石粉、磺化褐煤树脂、广谱护壁剂、高粘防塌剂、高粘堵漏剂等材料大量消耗,水泵、柴油机配件不断更换,人力、物力、财力成倍增加;

(4)灌水泥:为了封堵流砂层,井队购买高效水泥和速凝剂,配置水泥浆灌入井内,由于井内涌水、压力异常,未成功处理流砂层;

(5)下套管:针对270~310m、560~596m 流砂层,从钻探学上分析,现唯一的办法是扩孔下套管,我井队已经调集大量套管,但是根据井内情况,原来出现三次弯管、一次折管,如果扩孔下套管,必然会造成卡死或埋钻具,发生钻探重大事故,给矿区开采施工留下隐患,造成不可挽回的损失。

(6)该孔井内施工条件特别复杂,在矿区放炮影响下,井壁很难保护,井壁垮塌严重。可以确定流砂层段井径很大而且不断垮塌,事故井段已经和河道连通,从钻探施工条件考虑,此钻孔已经无法施工,任何处理措施也于事无补,如果强行继续钻进,必然造成无法挽回的重大井内事故。如果下套管封堵,不但使单孔成本大大增加,而且很可能造成无法挽回的重大井内事故,所以我井队已建议终孔。

6 总结

已经发生的钻孔事故是客观存在的,无论是简单的事故还是复杂的事故其实没有定量的标准,如果我们应当仔细分析,处理得当即使是复杂的事故我们也能较快地处理好。当我们在处理事故时必须要做到快、稳、准、勤。处理的方案和方法确定后,组织工作要迅速落实,处理事故动作要快,操作要稳、准,不要忙乱和蛮干。勤了解分析事故的实际变化情况,根据情况的变化,适当修改处理方案。事故排除后,应该详细讨论造成事故的原因,总结经验,吸取教训,以防止类似事故再次发生。

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