深部勘查鉆探過程中跑鉆事故處理案例分析

王立新

（天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)247大隊(duì)，天津 300192）

1 項(xiàng)目概況

工程地點(diǎn)位于甘肅省玉門市以北約70km處，工作內(nèi)容為在新場候選場址布置施工深度為1000m鉆孔1個(gè)（鉆孔代號BS11）、累計(jì)進(jìn)尺不少于1000m，對孔位所在地層的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘查并形成報(bào)告，鉆進(jìn)設(shè)備采用XY-6B鉆機(jī)。

1.1 鉆探施工的質(zhì)量技術(shù)要求

（1）鉆進(jìn)方法：整孔采用金剛石鉆頭雙管鉆進(jìn)，繩索取心技術(shù)。

（2）鉆孔孔深1000m，垂直孔。開孔孔徑視淺部地層情況和采用的鉆探工藝方法確定，終孔孔徑一般應(yīng)不小于90mm，特殊情況下不小于75mm；孔口套管高出水泥臺約0.2m～0.3m。

（3）巖心采取：采用繩索取心，完整地段巖心采取率＞95%，構(gòu)造破碎地段＞75%。

（4）鉆進(jìn)介質(zhì)：清水鉆進(jìn)，嚴(yán)禁使用泥漿鉆進(jìn)；鉆進(jìn)介質(zhì)中須添加甲方指定的示蹤劑，并須監(jiān)測示蹤劑濃度。

（5）護(hù)壁：在必要的情況下，經(jīng)甲方書面同意后可使用聚丙烯酰胺護(hù)壁。

（6）孔斜：每100m頂角不超過1°。

（7）孔深校正：每100m孔深誤差0.1%，每100m必須校正孔深。

（8）巖心深度校正：在鉆進(jìn)過程中要盡可能保證巖心的可拼合性，如果巖心間發(fā)生磨損，導(dǎo)致無法拼合時(shí)，必須進(jìn)行巖心深度校正。

（9）孔壁：必須光滑、平整，以便使各種測井工作順利進(jìn)行，不允許有“探頭石”等。

1.2 工程施工的主要難點(diǎn)

（1）科研鉆孔為防止泥漿材料對地下水，巖石裂隙等資料的干擾，要求全孔使用清水鉆進(jìn)，孔內(nèi)可能不返水，需頂漏鉆進(jìn)，且頂漏鉆進(jìn)過程極易發(fā)生燒鉆、埋鉆事故。

（2）巖石可鉆性為10級，部分石英含量高、細(xì)粒、研磨性較好的花崗巖可鉆性達(dá)11級，鉆孔口徑大，破碎巖石困難。

（3）科研鉆孔巖心采取率要求高，必須達(dá)到95%以上。要求使用高質(zhì)量的采心工具、嚴(yán)格控制卡簧座與鉆頭的配合間隙，掌握好卡簧與巖心間的松緊程度，認(rèn)真觀察鉆進(jìn)參數(shù)的變化情況等。

（4）科研鉆孔對巖心質(zhì)量要求嚴(yán)格，巖心拼接、巖心基線、確保巖心不磨損、孔深校正、巖心深度校正、示蹤劑的添加、資料整理等方面要求嚴(yán)格。

（5）使用清水鉆進(jìn)，且鉆孔口徑大，鉆進(jìn)阻力大，施工進(jìn)度較慢。

2 鉆探施工

2.1 鉆具結(jié)構(gòu)

開孔鉆進(jìn)鉆具：機(jī)上鉆桿+Φ127mm單管鉆具+Φ130mm金剛石擴(kuò)孔器和鉆頭。

S95鉆進(jìn)鉆具：機(jī)上鉆桿＋S95繩取鉆桿＋S95繩取總成＋S98金剛石鉆頭。

擴(kuò)孔鉆進(jìn)鉆具：機(jī)上鉆桿+Φ127mm單管鉆具+Φ136mm金剛石擴(kuò)孔器和鉆頭及+Φ110mm單管鉆具+Φ116mm金剛石擴(kuò)孔器。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)為：具體鉆孔結(jié)構(gòu)見圖2-1所示。

（1）0.00m～2.300m孔段用Φ130mm鉆頭鉆進(jìn)。

（2）2.300m～605.000m孔段用Φ98mm鉆頭鉆進(jìn)，因漏水嚴(yán)重使用Φ136mm鉆頭擴(kuò)孔至123.000m并在施工期間下入127套管并且使用水泥固井，后因孔內(nèi)事故使用Φ116mm鉆頭擴(kuò)孔至605.520m。

（3）605.520m～612.316m孔段用Φ98mm鉆頭鉆進(jìn)。

（4）612.520m～1006.464m孔段因鉆孔阻力過大變徑使用Φ77mm鉆頭鉆進(jìn)至終孔（中間使用?98mm鉆具擴(kuò)孔至684.750m）。

圖2 -1 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.3 鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)置

由于巖體的巖石硬度高，鉆孔直徑較大，繩索取心鉆頭的底唇面積比普通鉆頭的底唇面積大，鉆壓稍小就不進(jìn)尺或進(jìn)尺極慢，只能采用大壓力鉆進(jìn)；因只允許用清水鉆進(jìn)，鉆具的摩擦阻力極大，嚴(yán)重影響了鉆機(jī)轉(zhuǎn)速。在鉆機(jī)鉆進(jìn)能力范圍內(nèi)，盡可能使用高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)以提高鉆進(jìn)速度。

施工中使用的規(guī)程參數(shù)為：壓力300Kg～1600Kg，轉(zhuǎn)速125rpm～726rpm。全孔使用清水作為沖洗液：水量75～150L/min。

3 鉆進(jìn)過程跑鉆事故的形成及處理

2016年8月18日開鉆，2017年10月8日終孔，42.875～44.185m開始漏水，95.910m～97.580m孔段開始整孔無返水，因無返水導(dǎo)致巖粉顆粒無法排出，并且鉆進(jìn)過程中有掉塊卡鉆情況出現(xiàn)，在施工至605.495米時(shí)，鉆桿內(nèi)絲扣突然斷裂，導(dǎo)致跑鉆事故的發(fā)生，鉆頭連帶部分鉆桿斷在孔底，通過計(jì)算孔內(nèi)殘存139.89米事故鉆具，通過各種辦法打撈都未能撈出事故鉆具。

3.1 事故處理方案的選擇和論證

（1）移孔重打。根據(jù)我單位在該地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)和事故深度，更換損傷的Φ98mm鉆具重新開孔，預(yù)計(jì)3個(gè)月內(nèi)可以完成重新成孔任務(wù)，但該方案未能得到甲方同意，該方案被否定。

（2）擴(kuò)孔處理事故鉆具。采用Φ110mm口徑進(jìn)行擴(kuò)孔處理，擴(kuò)至事故鉆具深度，再打撈事故鉆具，在實(shí)施時(shí)可能存在如下問題：因處理難度大，易出現(xiàn)不可預(yù)見的二次事故，導(dǎo)致事故鉆孔難度增加；事故鉆孔內(nèi)情況復(fù)雜，處理時(shí)間長，工程進(jìn)度很難掌控；處理事故時(shí)不同于正常鉆進(jìn)，鉆探設(shè)備隨時(shí)可能出現(xiàn)超額工況，導(dǎo)致設(shè)備損壞，加大了因機(jī)械原因?qū)е碌拇紊鹿食霈F(xiàn)的概率等。

3.2 事故處理步驟

經(jīng)過仔細(xì)研究，充分考慮各種干擾因素和可能出現(xiàn)的不利情況，備齊相應(yīng)處理設(shè)備和工具采用擴(kuò)孔方案進(jìn)行處理，具體步驟如下：

（1）檢查鉆機(jī)、鉆塔等設(shè)備的安全設(shè)施，保證設(shè)備安全運(yùn)行；更換損傷的Φ98mm繩索鉆具，保證孔內(nèi)鉆具安全；準(zhǔn)備610米Φ50mm反絲鉆桿及配套的鉆頭、絲錐、水力切刀、取粉管等設(shè)備工具。

（2）采用Φ110mm普通鉆頭擴(kuò)孔至事故頭，擴(kuò)孔時(shí)應(yīng)注意以下內(nèi)容：擴(kuò)孔鉆桿采用Φ50mm正絲鉆桿；擴(kuò)孔鉆具異徑接頭處必須帶Φ108mm取粉管；擴(kuò)孔時(shí)需帶Φ98mm導(dǎo)向；擴(kuò)孔時(shí)必須低轉(zhuǎn)速，鉆桿外壁必須有不斷流的清水潤滑；遇到掉塊卡鉆時(shí)必須提鉆檢查鉆具；擴(kuò)至事故頭后進(jìn)行孔深校正，確保位置準(zhǔn)確。

（3）采用Φ110mm無內(nèi)徑鉆頭擴(kuò)孔套取Φ95mm鉆桿，過程中注意以下內(nèi)容：Φ108mm巖芯管長度不得超過10米，異徑接頭處必須帶Φ108mm取粉管，擴(kuò)孔套取過程因沒有帶導(dǎo)向，鉆進(jìn)時(shí)要輕壓慢轉(zhuǎn)，確保事故頭套入巖芯管中；如果事故頭特別復(fù)雜，不能套進(jìn)巖芯管內(nèi)，立即將鉆具換成Φ110mm普通鉆頭帶Φ75mm導(dǎo)向鉆頭擴(kuò)孔鉆具對事故頭進(jìn)行打磨扶正，待事故頭正常后，再采用Φ110mm無內(nèi)徑鉆頭擴(kuò)孔套取Φ95mm鉆桿，套取過程如扭矩突然變大，不要強(qiáng)制鉆進(jìn)，查明原因確定安全后再采取處理措施。

（4）采用反絲錐打撈。打撈時(shí)反絲鉆桿異徑接頭處必須帶Φ108mm取粉管，反絲錐最好采用母錐，“提”和“反”事故鉆具時(shí)鉆桿進(jìn)扣不能超過三圈，若不能反開事故鉆具應(yīng)強(qiáng)拔，使打撈工具脫離事故頭，然后用Φ75mm水力環(huán)刀進(jìn)入事故鉆具，從內(nèi)部切斷已經(jīng)擴(kuò)出的事故鉆具，再用反絲母錐打撈。

（5）交替反復(fù)使用（3）和（4）兩步驟，直至成功打撈出事故鉆具。處理結(jié)束后，在610米以上孔段下入Φ108mm套管保護(hù)孔壁，再采用Φ98mm繩索鉆具鉆至1000米終孔。事故成功得到處理，最大限度減少了經(jīng)濟(jì)損失和搶回了工期。

4 總結(jié)

在跑鉆、埋鉆、卡鉆等鉆孔事故的處理過程中，往往由于孔內(nèi)鉆具數(shù)量多，事故位置深，孔內(nèi)情況不可見，處理難度大等影響，每次成功打撈事故鉆具的數(shù)量難以確定，而且處理過程中不確定情況隨時(shí)發(fā)生，處理時(shí)間往往都很長，難以控制，容易造成人員疲憊和煩躁情緒，引發(fā)人員和機(jī)械安全事故。所以在處理類似事故前一定要預(yù)先制定詳細(xì)、可行的事故處理方案，充分考慮處理過程中可能出現(xiàn)的特殊情況，針對性的研判并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案；對于人員，一定要選派具有豐富事故處理經(jīng)驗(yàn)的鉆探技術(shù)人員擔(dān)任機(jī)長，配備優(yōu)秀鉆探工人組建處理小組，方案實(shí)施前做好技術(shù)交底；配齊足夠的事故處理設(shè)備、工具及其他輔助材料，為事故處理提供良好的后勤保障。