第六讲钻探孔内事故的预防及处理

75第六讲钻探孔内事故的预防及处理一、概述1、孔内事故的概念由于各种原因造成孔内故障，使钻进不能正常进行或中断，叫做孔内事故。2、孔内事故的分类孔内事故按其性质与特点可作如下分类：①钻具故障（钻具断脱、卡钻、埋钻、烧钻、钻头非正常损耗）；②孔壁故障（岩石压力不平衡：孔壁塌陷、孔壁崩落；地层压力不平衡：冲洗液漏失、涌水或井喷；孔径异常：钻孔超径、钻孔缩径）；③质量故障（岩心采取质量低、钻孔弯曲超差）；④其它故障（岩心堵塞或脱落、落入工具物件、套管事故）。3、孔内事故的危害钻探工艺的直接目标就是优质、高效、低耗、安全地进行钻探施工，而孔内事故不仅是安全问题，对质量、效率、成本都造成重大影响。事故的多发与处理不当，除严重影响劳动效率和地质工作效益外，还会增加劳动负担，降低劳动收入，从而影响工人的劳动积极性，形成恶性循环，进而影响机台的全面工作。二、孔内事故的原因（一）卡钻。卡钻是最常见的孔内事故，造成卡钻的原因及形式有：1、孔壁不稳定造成卡钻：孔壁崩落（掉块）卡钻、探头石（活石）卡钻、岩层滑移、错动卡钻；2、缩径卡钻；3、磨料卡钻：投砂过多或水量过少、水量忽大忽小或水泵故障、随钢粒与钻头磨耗，钻孔直径减小，此时改水不当或中途补砂易卡钻；一次投砂钻进时间长，孔径上大下小，下一回次初期产生卡钻且常发生在扫孔期间。4、钻进方法互换时易发生卡钻：不同钻进方法对孔壁的扩大程度不一，而孔径的变化常常是造成卡钻的空间条件。如钢粒换合金钻进，孔内钢粒未捞净；合金换钢粒钻进，纲粒钻进孔段未超过粗径钻具长度时；合金、钢粒换金刚石钻进、孔内钢粒及碎合金未捞净时，均易发生卡钻；5、孔壁及岩心直接挤夹钻头：硬合金及金刚石钻进，内外环状间隙较小，当钻进时间过长、环隙缩小较多或钻头不排队轮换使用，金刚石扩孔器与钻头配合不好，扫孔过快或跑钻时，均易发生孔壁及岩心对钻头的直接挤夹，岩石愈坚硬致密，挤夹程度愈严重；766、键槽卡钻：钻头急剧弯曲处的上帮在钻杆柱拉力段的回转、拍击及起下钻时的纵向摩擦下形成纵向沟槽，称作“键槽”，发展到一定程度时能对粗径钻具及锁接头产生阻卡；7、“悬桥”卡钻：在孔径突然增大（溶洞、超径、换径）处，冲洗液上返速度降低并产生涡流，使岩粉沉积而形成“砂桥”，能对粗径钻具或锁接头产生阻卡；8、糊钻及泥皮粘附卡钻：糊钻既泥包钻具，是岩粉和岩泥包糊钻具，发展到一定程度时使钻具被卡；在高渗透地层中，当泥浆静切力高、泥皮厚而粘滞性大时则易发生泥皮粘附卡钻。9、其它原因造成的卡钻：其它原因也能造成卡钻，如套管鞋悬空或错动，岩心碎块挤出钢粒钻头水口，脱落岩心及孔内落入其它物件等，甚至钻杆胶箍的串动、堆积都曾发生卡钻事故。（二）埋钻。埋钻指大量粉、砂状物质淹埋钻具，往往发生在孔底，严重时可超过粗径钻具几十米以上。埋钻因粉、砂集聚而发生，集聚的条件一是有粉砂来源，二是不能及时排除。1、粉、砂来源：①松散地层与流沙层的塌陷；②钻杆敲打、刮磨孔壁；③钻进破碎岩石。钻速愈高，进尺愈多，产生的岩粉量就愈大；④钢粒钻进时，钢粒磨损、碎裂，形成钻粉。2、粉、砂聚集：①水量偏小或钻杆中途泄漏使到达孔底的水量偏小；②孔径不规则，上返速度变化；③水泵工作不良或中途停泵；④泥浆悬浮、携带岩屑能力差；⑤钢粒钻进不带取粉管、取粉管短或提钻时未予冲净。（三）烧钻：烧钻指由于冲洗不良，孔底温度升高，超过钻头及岩石承受能力而造成的钻头损坏，或钻头与孔壁、岩芯烧结为一体的孔内事故。烧钻的条件也有两方面，即产生大量热量而有不能及时散发。1、大钻压、高转速、强研磨性地层，孔内岩粉密度大等能增大摩擦，产生较高热量。2、泥浆粘度、切力大，大压力、高钻钻速使孔壁间隙狭小等不仅增加摩擦，也增大冲洗液流通阻力，影响热量散发。3、孔底冲洗冷却不良：①水泵工作不正常：活塞与缸套，水阀、密封圈或填料磨损过度；吸水管破损、莲蓬头露出水面，吸水端漏气；水阀封闭不严、吸水高度过大；离合器或传动皮带滑等；②管道堵塞：莲蓬头及吸水管路堵塞能增77大吸水阻力，使水泵不来水或来水小；送水管路如地面管线，钻杆、双管间隙喷反钻具的喷咀堵塞，钻头出刃、水口磨损过度岩心堵塞，孔壁塌陷，糊钻，孔内岩粉多等都将引起通水阻力增大，使送水困难，水流中断或流量减小；③管道泄漏：钻杆破损，丝扣处密封不好，使冲洗液到达不了孔底，各种原因造成的通水阻力增大，如孔底过水断面小，岩粉多岩心堵塞等，都将加剧管道泄漏。用丝锥打捞佔具，对上后继续钻进常造成烧钻，也是因为丝锥处泄漏的结果。4、其它情况：①干拧采心压力大、时间过长；②无泵钻进压力大，提动少；③喷反钻进时孔底间隙小、岩粉多，抽吸力不足以产生反循环。（四）钻具折断与脱落1、钻具断脱事故按机场习惯分以下几种形式：①跑钻：起下钻过程中发生的钻具脱落，位置不定，事故头常为母接头。②断钻杆：钻杆或接头的薄弱部位断裂，位置不定。③钻杆脱扣：钻杆回扣或滑丝，事故头有螺纹，位置不定。④掉岩心管：岩心管上端脱扣或折断（常在丝扣根部）。⑤掉钻头：钻头脱扣或岩心管下端丝扣折断。2、钻具断脱的原因：①跑钻：操作不慎或操作不熟练、升降设备及工具状况不好；②其它断脱事故：A、回转阻力大。孔壁塌陷、崩落，孔底不洁（岩粉、磨料、脱落岩心及其它物件），钻孔弯曲过大，钻压大、转速高，钢粒钻进投砂过多或孔底无砂，孔径收缩过多等均能引起阻力增大。卡、埋、烧钻引起的钻具断、脱就是阻力增大的结果。因此，卡、埋、烧钻的原因都是钻杆断脱的原因。B、压及冲击。钻压过大或压力不均匀、处理事故时的强力提拔（拉或顶）、跑钻或甩脱、下钻遇阻（撞击孔壁、掉块、探头石、脱落岩心等）。③钻具回转不稳定：钻具级配不合理，钻孔结构复杂，钻孔超径，钻杆及岩心管弯曲，缺少必要的定心扶正装置等。④钻具本身缺陷：材质不好或热处理不当、磨损过度而未及时检查更换、丝扣加工不符要求：蹾粗时已产生裂纹，镗孔过深，锥度不对，扣形不均，过松、过紧，连接不同心等、使用外径及高度磨损大的钢粒钻头。值得指出的是，强力拧接的钻头易掉。因为强力拧接时产生高温，在温度和张力作用下岩心管丝扣部分发生塑性变形而鼓凸，一方面减弱了与钻头的结合力，二方面鼓凸处易磨损，钢粒钻头表现更突出。⑤操作不当：倒杆或提动钻具时，油压控制不好，下放过快，钻头接触孔78底的瞬间压力很大；扫孔过快；下钻时钻杆未拧紧，扫孔位置过高时，钻杆易甩脱；孔内阻力大或蹩车时强行钻进；蹩车或钻具已断脱时，顶起钻具猛关车，由于惯性而造成钻杆甩脱；钢绳绞劲而不加处理；盲目采用大压力、高转速，投砂多或水量不合适。（五）、套管故障。套管故障的形式和原因如下：1、套管下沉：套管未下在完整坚实的基岩上、套管柱重量大、套管柱未下到预定位置、管靴下基岩受钻杆回转敲击及冲洗液冲刷而塌陷。2、套管折断与脱扣：①钻孔超径，套管柱在钻杆敲击下摇摆，丝扣部位受反复应力而损伤；②下管过程中的碰撞、摩擦使套管柱摇摆，未下到底即可能脱扣或折断；③在套管内扫脱落岩心；④套管弯曲或偏斜；⑤孔口未固定好或管口与立轴不同心。在主动钻杆敲击下易使上部套管折断；⑥强力提拔或上顶；⑦使用磨损严重的旧套管和套管接箍；⑧套管未下到硬盘上或者管靴下的岩石受钻杆敲击及冲洗液冲刷而塌陷、崩落。如下端悬空（上部被缩径岩层或充填物夹持），有可能产生脱扣和折断；如上部未被夹持，套管将下沉，这种情况下只可能产生折断、滑丝而不可能回扣。跟管钻进易产生脱扣就以为底部悬空。3、套管柱偏斜：①钻孔超径；②钻孔弯曲；③使用不直的旧套管；④套管与接箍连接处不正或丝扣过松，在套管柱压力下产生偏斜；⑤跑钻、钻具折断或甩脱，管内蹾扫脱落岩心等，对套管柱挤打而产生偏斜。4、套管底部阻留钻具：①套管柱下端悬空；②套管柱下端偏斜；③套管与下部孔段不同心；④管靴下孔径单边扩大。套管底部阻留钻具常常是套管断脱的前奏。5、套管卡夹：套管卡夹表现为起拔套管困难，对钻进没有影响但影响施工计划与进度。套管卡夹还常常导致起拔过程中发生断、脱或报废部分套管。套管卡夹主要原因如下：①管外孔壁塌陷与崩落；②孔口未密封好；③管外孔壁缩径；④套管破损、断、脱，岩粉进入管周；⑤施工期长，在地下水作用下锈结；⑥钻孔弯曲。（六）落入仪器、工具、物件1、胎体及磨料崩落：①操作不当。目加大压力及转速；②孔内不洁，残留的岩心碎块、碎合金、胎块、钢粒等都能引起硬合金、金刚石及胎体崩刃或崩落；③下钻过快，钻头撞击孔壁、探头石、崩落物、换径台阶、套管鞋、脱落岩心等；④扫墩探头石、掉块、脱落岩心与残留岩心等；⑤扫劈事故钻具；⑥跑钻；⑦金79刚石钻具定心、防震不良；⑧孔倒杆未吊紧钻具减压，使钻头受损；⑨钻头有缺陷。2、落入小工具与物件：大多由操作不慎引起，如停止钻进时期未盖好孔口，检修时扳手未用绳拴牢，提引器上端螺母滑扣，绳卡滑动未及时检查处理等。落入的工具物件不拘，如螺钉螺母，小管钳及扳手，卡瓦、测钟、绳卡以至提引器等。3、测井仪器落入孔内：主要原因是孔壁不稳等造成卡夹而事先未考虑保护措施。仪器落入孔内常带有电缆或钢丝绳。三、孔内事故的预防措施6（一）预防孔内事故的基本原则1、贯彻“预防为主”的方针，开孔前，根据地层情况和技术设计书详细了解地层情况和施工要求，分析施工中可能遇到的问题，制定合理的钻孔结构、钻进方法和护壁堵漏等各项技术措施。施工前要作好预防事故的思想和物质准备，并结合以往施工经验制定预防事故的具体措施。2、加强机台管理、思想教育和生产技术管理，建立健全岗位责任制、交接班制、安全检查制，设备维护保养制等。特别注意加强班组间的配合、加强生产工人的责任心和严谨的工作作风的教育。3、严格遵守操作规程，制止违章作业，不断提高工人的素质和操作技术水平。4、认真检查设备和钻具的工作性能及磨损情况，发现隐患和磨损过大应及时更换或修理。加强设备管理，保证设备正常运转。5、保持孔壁稳定、孔径规则、方向准确，是制定具体技术措施的基本出发点。抓好护壁堵漏，特别是钻孔冲洗液的管理，是预防孔内事故的重要技术环节，冲洗液性能合适、调整及时，也有利于事故发生后的处理与减轻事故的危害。6、密切注意可能发生事故的各种征兆，发现异常要及时研究解决，不能马虎凑合。一旦发生事故，要采取四不放过的原则（事故原因分析不清不放过、事故责任者和群众没有受教育不放过、没有防范措施不放过、事故责任者没有受到处分不放过），并发动群众总结经验教训，杜绝类似事故的发生。7、在不影响孔内安全的前提下，提高钻进效率、加快施工进度，有助于预防事故。8、推广金刚石钻进等先进技术，有利于降低事故率。80（二）、预防各类孔内事故的具体措施1、卡钻事故的预防①卡钻的形式和原因较多，发生频率高，部位不确定，必须尽可能了解地层条件及孔内情况才能保证措施的针对性。②易塌陷、崩落、滑移和出现探头石的地层：A、要求冲洗液比重大，粘度、切力较高，失水小而泥皮质量好；B、提钻时要回灌冲洗液以平衡岩石压力；C、保证孔底冲洗的前提下尽量采用小泵量，以减轻冲洗液对孔壁的冲刷；D、钻具合理级配，不使用弯曲严重的钻杆；有条件时采用钻杆胶箍，可减轻钻杆柱对孔壁的破坏；E、控制起下钻速度，减弱抽吸及压力激动对孔壁稳定性的影响；F、孔内掉块情况下宜采用铣刀式异径接头或带取粉管；G、其它护孔措施的合理运用，如上部覆盖层适时下套管封闭等。③易水化膨胀、产生缩径的地层：A、采用失水量小或抑制性好的泥浆；B、宜用肋骨钻头钻进，允许不取心时可以可用矛式钻头、刮刀钻头等，以保持冲洗液畅通和减轻挤卡阻力；C、穿过此层后应注意修孔，专程划眼或加接扩孔装置。缩径严重时可将扩孔装置（如肋骨钻杆）保持在缩径孔段；D、异径接头或取粉管上带反丝连接的反向钻头，提钻至缩径处可向上扩扫。这种方法也适用于地层滑移、掉块及出现探头石的情况。④钻进方法互换时，卡钻的预防：A、钢粒改合金钻进应捞净孔内钢粒；B、硬合金改钢粒钻进，开始时应用旧钻头、小钢粒、小水口、小水量、短回次，逐步过度到正常钢粒钻进工艺；C、钢粒、硬合金钻进改金刚石钻进，必须捞净孔内钢粒及碎合金。⑤钢粒卡钻的预防：A、控制孔内钢粒数量。钢粒过多易卡钻，特别是一次投砂法在扫孔及停泵（采岩心、钻具断脱、水泵故障