岩芯钻探复杂孔内事故处理技术

张劲松，王 亮

（中南勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430081）

1 工程概况

程潮铁矿由于矿区未进行过系统的水文地质勘察，通过随矿体勘探一起进行的水文地质勘察工作，只基本查明矿体及周围一定区域的水文地质条件，对掌握矿体开采疏排地下水影响区域内的水文地质条件留有疑点；且经过几十年的采矿工程活动，矿区原始水文地质条件已发生很大的改变，近来井下涌水量增大明显，来源不清、-500m水平掘进时突水，给矿山的生产安全带来了潜在危险。为了更好地掌握矿区现有水文地质条件，需要采取切实可行的措施和手段，进行水文地质补充勘探，探明现有矿区的水文地质条件，对矿区水文地质条件及防排洪能力重新予以全面、客观地论证和评价，为矿山的后续采矿活动提供科学依据。

其中水文地质钻探是其工作的重要一环，水文地质钻探工作量如下表。

表1 水文钻探工作量表

事故孔为bk7号钻孔，事故钻孔结构：开孔Φ150，下Φ146套管20m；变径Φ130钻进至50m，下Φ127套管；后换Φ110钻进至120m，下Φ108套管；此后Φ91钻进至孔深502.58m。

2 事故发生简要描述

事故前，钻孔已达到设计要求（孔深502.58m，终孔直径91mm），但不满足水文勘察钻孔打穿大理岩层的设计目的，故需继续钻进，因YDX-3A钻机老化提升能力不够，故改采用Φ73钻杆用Φ75mm钻头继续钻进。

为防止200m处溶蚀岩层不稳定，决定以Φ89钻杆为套管下到孔底，换新扩孔器（Φ76.5mm）后，下Φ73钻杆至394.58m（即距孔底108m）无法下放，预测该处接手内径偏小阻碍钻具穿过，机台人员意图扫孔穿过接手，约有10cm进尺后，结果没能穿过反而导致钻具卡死，准备提钻，机台人员采取先将上部Φ89钻杆反脱提出，再提Φ73钻杆及钻具的方案，将Φ89钻杆提到剩余192m后，改提Φ73钻杆及钻具，但Φ73钻杆及钻具仍不能完全通过Φ89钻杆。

第一次跑钻：提至Φ73钻杆及钻具剩119.14m时，此时Φ73钻杆高出Φ89钻杆35m，由于Φ73夹持器卡瓦合金磨损严重且Φ73钻杆表面锈蚀现象较严重，Φ73钻杆及钻具连同89钻杆跑钻。

第二次跑钻：跑钻后，试图用Φ73钻杆对接下部Φ73钻杆及钻具，下至162.58m时，再次跑钻，使上部Φ73钻杆砸向下部的Φ73钻杆。

至此，两次跑钻导致复杂孔内事故。

3 事故处理过程及工艺

事故处理过程流程图如下。

3.1 第一阶段 （基本处理阶段）

为处理跑钻事故，先下母锥进行打捞，结果比计算的理论钻杆多下18m钻杆（即Φ73钻杆向下移动18m仅高出Φ89钻杆17m）可以套住Φ73钻杆，但不能拔动。使用吊车起拔，当起重力达到20t左右时才缓缓拔动，提出钻杆18m后，钻杆突然可以顺利提出，起重力仅为2t多，后改用钻机将第二次跑钻的钻杆全部取出，取出钻杆发现最后一根Φ73钻杆损坏严重，如图约有2m的划口，其中丝扣及以上30cm呈斜口状严重破坏。

3.2 第二阶段 （探测阶段）

下Φ89钻杆探测，试图穿过Φ73钻杆与下部Φ89钻杆对接，当下放至275m左右时遇到阻碍，预测下部Φ73钻杆破坏严重，破口直径扩大导致Φ89钻杆无法穿过，事故位置约为275m。因吊车起钻Φ73钻杆又向上移动约18m，至内径偏小的接手处无法通过，结果将第2次跑钻碰撞部位拉脱。

后用Φ73钻杆加Φ89母锥打捞Φ73钻杆，丝锥旋转套取，提钻结果：有上部Φ73钻杆的部分公扣碎片，两个Φ73钻杆的半边接手，另外还有部分岩心内管碎片，如图所示。原因分析：对于出现岩心内管碎片，预测由于钻具快速下落，水和空气造成孔内很大的激动压力使得内管向上部移动窜至Φ73钻杆上部，再下落至Φ73钻杆最上端，可能斜靠在Φ73钻杆与孔壁间，在Φ73钻杆上端；也有可能靠弹卡挂在Φ73钻杆上部里面，内管总成部分露出。第2次跑钻后，上部钻杆将内管砸坏，同时内管总成上弹卡将下部钻杆划破，导致钻杆及内管严重损坏，所以才会打捞到内管碎片。

第2次下Φ73钻杆加Φ89母锥进行打捞，套取时几乎无进尺，母锥内无任何碎片。

为摸清事故位置平面情况，采用木头照相方法探测下部情况，如图所示，中间部位基本上都含有破损的钻具，外周还有部分的碎片存在，可能在这个平面下部位置外周也存在碎片，导致母锥无法套取。

3.3 第三阶段 （扫除破损钻具阶段）

用Φ91mm薄壁合金钻头（内径77mm），下Φ89钻杆继续扫孔，进尺约0.45m，钻头完全损坏，如图所示。

再次下Φ89钻杆换新的薄壁合金钻头（内径77mm），至277.15m，下Φ89钻杆加母锥，母锥下到阻碍位置为276.85m，旋转进尺约0.5m，至277.35m，提钻后发现母锥内有破损的钻杆及内管，如图所示。

后采用Φ91mm平推钻头，试图磨掉破损部分，研磨进尺约0.5m。第2次跑钻导致上部Φ73钻杆有约2m的破口，预测下部Φ73钻杆破损程度同样严重，到此，共清除破损部分长度约为1.85m，改下下公锥打捞，下公锥外套薄壁合金钻头无法进入，预测Φ73钻杆内部含有内管及碎片将钻杆内部堵死，公锥无法进入。

继续下Φ89钻杆带薄壁合金钻头扫孔，进尺约0.4m，中途出现憋车现象，提钻后发现连接钻头处的母扣断裂，合金钻头掉入孔内，预测钻头上部扫掉部分仅有0.3m，下Φ89钻杆带母锥，由于扫孔露出的Φ73钻杆仅0.3m，丝锥无法套上。继续下薄壁合金钻头扫孔，扫掉一小段后，可以下放1m多，至此，事故破损钻具基本清除掉。

3.4 第四阶段 （拔钻具阶段）

下母锥进行打捞，可以将下部钻具套上，无法拔动，加两个50t的千斤顶来拔动钻具，起拔失败，后改采用反丝工艺，使用Φ50反丝钻杆加母锥进行反丝，反丝成功，反出破损的含有内管及总成的Φ73钻杆，基本完整，内管在钻杆里面，被总成破坏。

4 结语

此次钻探事故为典型的由多次常见小事故导致形成的孔内复杂事故，事故原因主要有：

（1）在以Φ89钻杆为套管下Φ75钻具无法下放时，不应强行扫孔，存在侥幸心理导致钻具卡死，同时在重新配钻具后应考虑相应尺寸问题。

（2）在知道Φ73钻杆表面锈蚀严重和夹持器卡瓦的合金磨损完时，没有采取相应保护措施使夹持器正常工作，导致跑钻事故，两次跑钻事故使得孔内情况复杂，为后来处理事故增加了不少难度。

本次事故处理思路较明确，采取多种打捞工艺。首先摸清孔内事故位置及平面情况，采用了木头照相工艺；然后采取多种方法清除由于跑钻导致钻杆的破损部分，特别是采用薄壁合金钻头扫孔结合母锥将破损钻具打捞起来，效果明显，为后来的打捞下部钻具工作做好铺垫；最后准备两种方案拔钻杆，在千斤顶无法拔动钻具后，采用反丝工艺方案，最终处理了该事故。

此次事故为复杂孔内事故，给人印象深刻，值得反思，一是谨防钻探工作者工作中出类似钻探事故，二是为类似孔内事故处理提供参考。