改進雙動雙管鉆具水路結構預防杵鉆事故

王興龍，朱躍輝，楊家亮

（1.云南省有色地質局308隊，云南個舊661400；2.河南省核工業地質局，河南信陽464000）

改進雙動雙管鉆具水路結構預防杵鉆事故

王興龍*1，朱躍輝1，楊家亮2

（1.云南省有色地質局308隊，云南個舊661400；2.河南省核工業地質局，河南信陽464000）

闡述了云南大部分地區使用的普通合金雙動雙管鉆進出現杵鉆的現象，分析了原因和形成條件，并通過對所使用的普通合金雙動雙管鉆具接頭水路結構進行改進，有效防止杵鉆事故的發生。

杵鉆事故；原因分析；鉆具水路結構改進

1 慨述

在云南大部分地區鉆探生產施工過程中，由于特定的因素經常發生鉆探杵鉆事故，此類事故常常發生在使用普通合金雙動雙管鉆進的鉆孔中，當使用其他鉆具時，是不會發生這一類杵鉆事故的。比如合金單動單管、合金或金剛石單動雙管以及繩索取芯等鉆具。杵鉆事故是云南大部分地區使用普通雙動雙管鉆進過程中的產物。目前全國的鉆探技術教材中還不容易找到有關杵鉆事故的資料。

2 杵鉆事故

2.1 杵鉆事故基本現象

單個回次鉆進之前，下降鉆具至接近孔底或距孔底一定的距離時，采用鉆具對孔底巖粉的多少進行試探（工藝要求孔底巖粉一般不超過0.3～0.5m），之后將鉆具提離巖粉沉淀位置以上停留，送沖洗液到孔底后準備鉆進時，提拉鉆具不動，從表面上看沖洗液循環正常，這就是杵鉆。有的人將杵鉆誤認為是埋鉆，其實埋鉆的現象是由于鉆孔內巖粉過多，下鉆時將鉆具下到了超過孔內巖粉的實際位置鉆具擠進巖粉內，此時鉆具的水路系統（包括鉆具位置的外部水流循環系統）被巖粉堵塞送沖洗液不通，并且鉆具的粗徑部位同時已被孔內巖粉包裹住鉆具提拉不動，這才是埋鉆。杵鉆和埋鉆的不同之處是：一種是孔內巖粉不多，送沖洗液正常，鉆具故障。另一鐘是孔內巖粉很多，送水沖洗液不通，鉆具不動。

2.2 杵鉆事故原因分析

以前也經常發生杵鉆事故，只知道鉆具內管會返水，但不清楚鉆具為什么不會動。經過一段時間觀察和思考，分析當時所發生孔內事故的每一個具體細節，如孔深、鉆進的巖層和孔壁完整程度、孔徑和孔內巖粉數量及通水情況等。最后得到了較滿意的結論。杵鉆實際上是一種特殊的巖粉擠夾事故，其主要原因就是使用的雙動雙管接頭結構不合理，這是造成杵鉆事故的根本原因。即接頭排水孔數量多、直徑大，形成了當送沖洗液到達孔底時，沖洗液不從外管和孔壁之間循環，而是從內管排水孔把沖洗液排到鉆具外，造成一部份沖洗液由于內管通水而產生吸附作用，把從排水孔出來的沖洗液向下經外管鉆頭吸附于內管里起反循環的作用；另一部分沖洗液排到粗徑鉆具上部向上返回地表（如圖1）。在沖洗液循環過程中的同時亦攜帶巖粉循環，當巖粉流到孔壁間隙小的部位，如鉆頭處巖粉就易受阻而停留，受內管排水孔的吸附逐步堆積在外管與孔壁之間，由于巖粉受吸附堆積使內循環的沖洗液受阻，當內循環的沖洗液不通了，鉆具也就不動了，杵鉆實際是巖粉受沖洗液吸附而夾鉆。

此時內、外管之間通向孔底的沖洗液正常，但外管與孔壁之間不通沖洗液，而沖洗液是由內管排水孔通向粗徑鉆具的外部。亦有少部分鉆孔通一段時間后堵水，將沖洗液停一段時間，再送沖洗液又會通，通或不通的反復是因為孔內有顆粒較大的巖屑，被沖洗液攜帶到內管往外的排水孔處被堵住，沖洗液就不通了。當停止送沖洗液后，這些巖屑不受排水壓力時，就會自動落于孔底，所以此時再送沖洗液又會通。這種事故從20世紀60年代開始至今，是在內管排水管數量多（3個）直經大（12mm）的條件下孔壁、巖粉和沖洗液量三者的偶合形成局部反循環而發生杵鉆事故。

2.3 發生杵鉆事故的基本條件

2.3.1 在下列情況不易發生杵鉆事故

所鉆進的巖層結構松散、破碎和風化等層位。因為這些孔壁往往超徑，雖然坍塌物很多，但孔壁間隙較大，即使是內循環也夾不住鉆具。

在正常鉆進過程中，內鉆頭處有巖芯進入，不管修機還是待電（用自然水）送水時間再長也不會杵鉆，因為內管被巖芯堵住而減小了吸附作用，所以也就不會發生杵鉆。

降下鉆具不到孔底（即在孔底巖粉沉積面之上）停留，此時不送沖洗液也不會發生杵鉆。

2.3.2 在下列條件下容易發生杵鉆事故

巖層相對完整，孔壁間隙正常，孔底巖粉較粗且數量偏多，采用老式普通雙動雙管合金鉆具鉆進，沖洗液循環正常。

3 防止杵鉆事故的措施

防止杵鉆事故的措施是改進鉆具接頭的排水孔，將原來的3個大直徑排水孔，改為1個小排水孔，直徑只要8mm即可，內、外管之間的3個送水孔不做改動，如圖2所示。

內管排水孔的作用是：為不受沖洗液體影響巖芯進入，隨著進尺巖芯進入內管，把沖洗液從排水孔擠出內管排向孔壁。內管沖洗液的體積也只是內管所能容積的沖洗液，鉆進后沖洗液一般是不會進入內管，所以雙動雙管接頭原3個大直徑排水孔的結構是不合理的。改進結構后的雙管接頭（如圖2），在實踐中從根本上防止了此類事故的發生。

圖2 雙動雙管鉆具接頭結構示意圖

4 結論

經過上述的雙動雙管鉆具水路的改進，本鉆探隊在云南地區近3年的施工中均未發生過杵鉆事故，證明其是有效的，對其他隊伍的普通雙動雙管合金鉆具鉆探施工也有一定的指導意義。

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1004-5716(2015)01-0025-02

2014-06-13

王興龍（1958-），男（漢族），云南宣威人，工程師，現從事鉆探生產技術管理工作。