煤礦井下定向鉆孔常見孔內事故預防與處理

靳衛

摘要：根據煤礦鉆井事故管理的理論知識和實踐經驗，介紹了煤礦定向鉆井中常見的鉆井事故類型。根據事故的特點和規律，將常見的鉆孔分為卡鉆、鉆具斷落等兩大類七個亞類。通過分析事故原因、事故特點和各類事故的設計特點，本著“安全、快速、科學、經濟”的原則，提出了相應的預防和處理措施，目的是為煤礦井下定向鉆進的更好運行創造一定的基礎。

關鍵詞：煤礦;公錐打撈;母錐打撈;套銑打撈

近年來，隨著定向鉆進技術在煤礦井下瓦斯抽放、探放水及頂底板注漿等方面的不斷推廣應用，鉆進深度遇到了越來越深、越來越復雜的地層，鉆井過程中發生各種事故的概率越來越大。此外，處理事故需要大量的人力和物力。有些鉆孔在經過多次處理后可能無法成功，導致嚴重的經濟損失。因此，我們必須高度重視，積極預防，科學對待。

1、井內事故頻發的類型

目前，煤礦井下定向鉆孔施工中常見的鉆孔事故類型主要分為粘結裂縫和鉆具裂縫。

2、鉆井事故頻發的預防和處理

礦坑里的事故往往是突然發生的，而且是隱藏的。在預防和處理過程中，要按照“安全、快速、科學、經濟”的原則，明確各類事故的原因和發生情況，提出相應的預防和處理措施。

2.1事故的預防和處理

在鉆進、起下鉆、加接單根、調整工 具面或循環沖孔過程中都有可能發生。目前，常見的卡鉆類 型有孔壁坍塌卡鉆、縮徑卡鉆和沉渣卡鉆。

2.1.1事故原因

井壁坍塌的原因很多，如地層條件差，未膠結或膠結性差，存在構造破碎帶、節理發達和易水化膨脹等都容易引起孔壁坍塌;就工藝而言，清洗介質的選擇、沖洗液的設置、BHA、軌跡和鉆井參數的選擇將影響鉆機的穩定性。

2.1.2.事故預防措施

事故預防措施有四種：1、定向鉆孔施工應充分利用現場地質資料，充分了解局部分層特征;查看施工現場附近是否有孔洞。了解施工情況，為以后的施工和實施做好準備。2、合理鉆孔。鉆孔布置應滿足鉆孔要求，避免出現斷層、節理發育、裂縫柱、板巖、高低壓等異常區域。3、針對不同的地層和 孔段選擇合適的沖洗液類型和泥漿泵排量，減少沖洗液對孔 壁的侵蝕和沖刷以及螺桿馬達過大的振動;合理的鉆具組合 和軌跡控制以及鉆進參數能減少鉆具對孔壁的擾動，這對于 預防孔壁坍塌是必要的。4、評估鉆孔中的異常情況。鉆孔時，應注意鉆井系統相應壓力的變化。當泥漿泵壓力異常升高，應立即停止鉆井，收回鉆具，分析原因，及時采取處理措施。

2.1.3事故處理

事故管理措施包括以下四點：1、強力起拔與回轉工藝。在卡鉆事件的早期階段，應先采用強力起拔與回轉工藝處理，采用快速正轉加快速起拔然后同時快速釋放的方法，使鉆具 在鉆機的拉力和扭矩作用下迅速產生彈性形變，而后又在彈 力作用下迅速收縮，從而實現對卡點的震擊，使鉆具松動而 解卡。采用強力起拔與回轉工藝時要特別注意事先要了 解清楚鉆具的最大抗彎、抗拉強度，在鉆具合理的受力范圍 內進行強力起拔與回轉，防止鉆具機械破壞而斷裂。2、銑削和打撈。在在強力起拔與回轉處理無效的情況下，可選擇涂層銑削和沖擊鉆井工具打撈程序。在處理過程中，可使用專用涂層銑削和鉆孔工具。3、倒扣+反絲鉆桿打撈。可以反轉使鉆具倒扣，提 出倒扣處至孔口段的鉆具，再根據孔內鉆具情況選用相應的 反絲公錐或者反絲母錐，并配合反絲鉆桿對孔內剩余鉆具進 行打撈。由于倒扣位置無法確定且打撈時無法控制撈取鉆桿 數量，反絲打撈的工序可能會很漫長，所以，在采用此工藝 前應充分考慮其時間和經濟可行性。4、如果采用不同的方法不符合事故鉆具的要求，可以假設事故鉆具的位置將被校準，并且隨后可以通過煤層或軌道施工進行提取。

2.1.4縮徑卡鉆

直徑減小是指鉆孔段的鉆孔直徑小于所用鉆頭直徑的現象，即鉆孔直徑減小。收縮通常發生在頁巖地層中，這些地層在水和低強度軟頁巖地層中傾向于水合物。由于其發展緩慢且跡象明顯，因此預防起來比坍塌卡鉆容易。

3、事故成因

事故有兩個原因：1、泥頁巖遇水膨脹。尤其是以鈉蒙脫石為主的板巖，在出現水后易發生水化，導致鉆孔收縮。2、軟泥巖的塑性變形。由于非鍍鋅粘土的低結構強度或鉆孔后的軟垢，初始現場荷載被重新分配。如果剪切張力大于水泥強度，則鉆孔會發生塑性變形和收縮。

4、事故預防措施

事故預防措施有五種：1、根據現有地質資料、相鄰施工現場鉆孔資料和定向鉆進方法，確定磨煤機縮徑層位，采用開分支孔的方法，避免泥巖層直徑減小;2、選擇適當的比率和鉆取參數。綜合考慮泥巖的可鉆性和水化分散性，鉆頭選型一般考慮大出口、大噴嘴的碳化鎢鉆頭，鉆進參數為低鉆壓、高轉速、適當增加泵容量，這會增加減少直徑粘附的風險。3、適當的鉆具組合。在泥巖地層中，由于其水化特性以及旋轉過程中鉆具與井壁之間的強粘性力，在該類地層中鉆井時鉆具組合應盡量簡化，為了減少鉆具連接過程中的過多步驟，減少粉塵產生量并降低直徑減小的風險。4、加強循環沖孔和掃孔。通過循環沖孔和掃孔可破壞因水化膨脹或塑性變形導致的直徑減小，防止鉆具長時間停留在孔內，并對孔壁產生過大的作用力。5、明確孔內異常情況下的處理措施。在略微收縮的地層中鉆井時，反水因其自身特性變得渾濁、堅硬，并帶有軟泥塊;鉆井速度加快，泵壓升高，泵經常堵塞;鉆井系統的旋轉和釋放阻力明顯增加。如果發生這種情況，必須及時移動鉆具，增加泵容量，鉆孔并將鉆具從危險鉆井中移除。

5、事故處理措施

強力活動鉆具。在遇卡初期，可嘗試采用“強力起拔+回轉”工藝活動鉆具來解卡，在 活動鉆具時根據遇卡的情況采取不同的活動方式，其中，在 起鉆過程中遇卡，應大力下壓;在下鉆過程中遇卡，應大力 上提;在鉆進過程中遇卡，應多提并配合強扭。遇卡初期的 處理是至關重要的，在鉆具強度允許前提下，要敢于操作，以迅速解決問題，如果活動多次未能見效，就應采取其他措 施而不應強干和蠻干。

6、結論

鉆井事故處理遵循“預防為主，防治結合”的原則，處理方案的制定遵循“安全、快速、科學、經濟”的原則。為了防止卡鉆事故的發生，避免異常復雜的地層，及時發現和處理鉆孔中的異常非常重要。處理事故時，應根據具體事故選用堅固的活動鉆具;鉆具的管理和使用前的檢查是預防鉆井事故的重要措施。

參考文獻：

[1]趙家明，胡家森.定向井泥頁巖地層復雜事故處理[J]. 石油鉆采工藝，2016（01）.