泥浆脉冲系统压杆打捞工具的使用及打捞工艺

李 鹏

（晋能控股集团寺河煤矿，山西 晋城 048206）

引言

山西省晋能控股集团下属寺河矿是我国瓦斯量最高的矿井之一,千米钻机已在该矿进行了大规模应用。在煤体较为破碎的煤层中施工千米钻孔时，孔内返煤量大且易出现塌孔的情况，因此需要研究配套泥浆脉冲系统和三棱刻槽钻杆进行施工的工艺，利用三棱刻槽钻杆和刻槽无磁系统更易返煤的特性来完成煤层较差条件下的千米钻孔的施工。泥浆脉冲系统配套三棱刻槽钻杆施工示意图如图1所示。

图1 泥浆脉冲系统配套三棱刻槽钻杆施工示意图

与其他测量系统相比，无磁刻槽系统相对较粗，当在发生孔内压杆的事故时，平常的打捞工艺无法完成打捞，通过分析泥浆脉冲系统压杆事故的原因，研究了泥浆脉冲系统发生压杆的情况下打捞过程所用的工艺及配套工具的使用。

1 孔内压杆原因分析

依据实践情况分析，总结压杆原因主要来源如下：

1）该区域靠近采空区，受压力影响煤层破碎，施工难度较大。

2）现场机长在遇到破碎煤时没有合理控制打钻速度，孔内煤渣没有返干净的情况下盲目施工，使孔内煤渣聚集。

2 打捞工艺

2.1 打捞工具

本实践研究的打捞工艺采用的工具列表如表1所示[1-2]。其中三棱刻槽钻杆实物图如图2所示，113变120钻头工具实物如图3所示，打捞加工专用工具实物如图4所示。

图4 打捞孔底马达、泥浆脉冲系统专用工具

表1 打捞工具

图2 三棱刻槽钻杆

图3 113变120钻头

2.2 打捞过程

打捞过程研究了两种方案，分别如下[3-4]：

方案一：用Φ89打捞钻杆配Φ104钻头打捞，边打边冲孔，反复退送杆冲孔，施工至45根，由于施工所用无线脉冲系统所使用无磁和探管直径为89 mm，打捞钻头和钻杆无法通过，打捞失败，退出打捞钻杆。如下页图5所示。

图5 方案一示意图

此方案打捞失败可以判断出压杆段为马达和系统部分发生压杆。

方案二：拆除孔口装置后，用Φ153钻头扩过PVC管，再用Φ89打捞钻杆配Φ133钻头，施工至45根，退出打捞钻杆，此步骤目的是为了扩大孔径，为下一步用Φ153钻头扩孔做准备，如图6所示。

图6 方案二示意图

更换为Φ127打捞钻杆配Φ153钻头，打捞至35根压力大，送不上泵，旋转压力13 MPa，打捞钻杆伴有射箭现象，打捞失败，退出打捞钻杆。

此方案打捞失败总结原因为孔内煤层破碎，打捞过程中煤渣无法排出，导致孔内压力大，打捞无法继续进行。

方案三：用Φ73三棱刻槽钻杆配Φ75钻头在所压钻杆上方和下方紧挨钻杆各施工1个平行钻孔，施工过程中旋转冲孔，孔内煤体破碎，伴随有大块碳返出，返煤量大，施工48根到位，此时小钻杆还转不动，退出钻杆，如图7所示。

图7 方案三示意图

用Φ89打捞钻杆带加工的89变113接手接3根113打捞钻杆带Φ120钻头打捞，总共施工48根后，小钻杆转动，打捞成功[5]。

此方案的实施是在方案二的基础上，通过用三棱刻槽钻杆施工把孔内破碎煤渣清理干净，再换用打捞钻杆进行施工得以施工到位，最终打捞成功。

2.3 打捞总结

方案一打捞时没有考虑到所用脉冲系统为89 mm，导致Φ89打捞钻杆施工到位但过不去系统，打捞没有成功。后续方案打捞工作应该对各方面因素考虑全面，认真制定可行的打捞方案并再进行打捞。重新制定打捞方案后由于煤体破碎，Φ127打捞钻杆与钻孔之间间隙小，煤渣返不出来，没有打捞到位，导致方案二失败。重新制定新方案三后，使用三棱钻杆在所压钻杆上下平行施工，使孔内破碎煤被冲出后再用Φ89打捞钻杆配3根Φ113打捞钻杆进行打捞，既保证了前面钻杆可以过去系统，又可以使钻杆与钻孔有足够的间隙保证打捞过程中煤渣可以顺利返出，最终打捞成功。

3 孔内压杆防范措施

1）煤体异常区域每天派跟班干部现场跟班，关注打钻情况，遇到孔内异常要及时处理，切勿盲目追求进尺错过最佳处理时机。

2）本班无机长情况下，派服务机长要派经验丰富的老机长或在此钻场有施工经验的机长并需要有班长以上干部在现场跟班，指导施工。

3）检修工平时要对钻机检修维护到位，保证钻机各部件正常，防止钻机带病作业。机长要熟悉钻机的简单维修与养护，在钻机出现问题是能及时处理，尽量缩短影响时间。

4 打捞注意事项

1）在打捞扩孔过程中旋转压力不允许超过3 500 psi（24 132.5 kPa），保证返水返渣正常，若出现返渣不利、压力不正常的现象及时退至安全位置冲孔正常后重新钻进，必须考虑更换打捞钻头。

2）每班进尺不超过30 m，每2 h必须向值班室汇报详细情况，现场备用打捞专业钻头、工具。

3）打捞过程中随时观察钻孔返水情况及钻机各压力表显示情况，并及时与值班室汇报。

4）检修工必须跟踪落实好钻机完好情况，防止超负荷运转钻机出现漏油等现象