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岩心钻探孔内事故的预防与处理(之二)

发布时间:2013年12月31日
来源:探矿工程在线

 

岩心钻探孔内事故的预防与处理(之二)

 

王年友

(中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊 065000)

 

3  岩心钻探孔内事故的处理

3.1  孔内事故的处理方法与处理原则

3.1.1  孔内事故的处理方法

处理孔内事故的方法主要有捞、挤、泡、倒、套、炸、扫、割、磨、透、扩、堵、压、绕。

捞:用各种打捞工具打捞下滑的套管、折断的钻杆钻具、落入孔内的仪器、钻头、工具等。

挤:用特殊的处理工具将落入孔壁的物体挤入孔壁或将因地层压力而变形的套管恢复到原来的尺寸。

泡:利用解卡剂泡开被卡钻柱。

倒:利用可退式倒扣工具倒开卡点以上的自由钻具。

套:套铣钻柱与井壁之间的沉砂、塌垮岩石、水泥环等。

炸:爆炸松口,起处套铣过的钻柱或卡点以上的自由钻具。

割:利用机械或水力内、外割刀切割卡点以上的钻具。

磨:磨削落入井底的牙轮、钻头胎体、工具、卡瓦等金属物体。

堵:对坍塌或漏失严重的孔段进行堵漏。

压:发生井喷后压井。

绕:注水泥人工造井底,封住事故裸眼孔段,锻铣侧钻或斜向器开窗侧钻,绕过事故孔段,德国的KTB、前苏联的可拉3井,我国的东海1井等都多次应用过侧钻技术,绕过事故孔段节约了大量的处理事故的时间与经费。

由于处理孔内事故时劳动强度大,设备负荷大,孔内情况多变以及人员精神紧张等原因,稍有不慎即可能在处理孔内事故中引发人身事故,由国家安全生产监督管理局2005年公布的《地质勘探安全规程》中第五章的第四节对孔内事故处理作了明确规定。

3.1.2  孔内事故的处理原则

1)孔内事故处理前,应全面检查钻塔(钻架)构件、天车、游动滑车、钢丝绳、绳卡、提引器、吊钩、地脚螺丝、仪器、仪表等;

2)处理孔内事故时,应由机班长或熟练技工操作,并设专人指挥;

3)禁止同时使用升降机、千斤顶或吊捶起拔孔内事故钻具;

4)禁止超设备限定负荷强行起拔孔内事故钻具;

5)人工反钻具,扳杆回转范围内严禁站人,禁止使用链钳、管钳反事故钻具。

3.2  钻具折断事故的处理

3.2.1  钻杆折断事故的处理

绳索取心钻进事故大部为钻杆折断事故,不管什么原因的停钻或发生什么事故,首先打捞出内管总成,防止发生新的事故或使事故复杂化。但钻杆折断后千万不能打捞内管总成,防止打捞器下入事故钻杆外边。简单的钻杆折断可用公锥或用倒扣捞矛进行打捞,如果在大肚子孔段,事故头不容易找到,可用偏水眼公锥进行打捞,使公锥偏向一边。如图6。

6  偏水眼公锥

如果大肚子特大还无法找到事故头可用偏心接头连接普通公锥进行打捞,偏心接头在大肚子孔段可较大角度弯曲。如图7。

7  偏心接头

3.2.2  弹卡挡头折断事故的处理

在里边公锥无法打捞,如果地层完整,可用打捞器捞出内管总成,如果捞矛头处可能有掉块,这是绳索取心钻进最难处理的事故,也要想方设法捞出内管总成。如图8。

8  事故断头示意图

在这种情况下可加工一变丝接头与打捞器的打捞架连接,用钻杆下入孔内抓住捞矛头,一般情况下可将内管总成打捞上来。或用三球打捞桶与钻杆相连进行打捞。如图9、图10。

9  钩式打捞器

10  三球打捞桶

3.3  卡钻事故的处理

卡钻事故主要发生在比较破碎的地层或某些局部破裂地段钻进、提钻、下钻三个不同的过程中,钻具提动时有阻力,短时间内消失或阻力忽大忽小;回转时有蹩钻、跳钻、扭矩增大的感觉;泥浆循环压力大,蹩泵、甚至不能循环,直至钻具失去活动自由,造成粘吸卡钻、坍塌卡钻、键槽卡钻、落物卡钻以及跑钻使钻具变形等引起的卡钻等。不管发生什么样的卡钻事故,只要泥浆能正常循环,无论用什么办法处理,都要主动得多,方便得多,所以发生卡钻后,首先可考虑的是保证钻井液的循环,在钻井液循环的情况下,要上下活动钻具。

3.3.1  粘吸卡钻的处理

泥浆在循环过程中,由于泥浆的失水作用,泥浆中的固相颗粒将不断的吸附在孔壁岩层表面。另外泥浆在循环过程中,靠近孔壁的流速基本为零,泥浆中

的固相颗粒便沉积在井壁上,形成一层疏松而厚成分复杂的滤饼。在这种情况

下如果停钻时间过长或钻进斜孔、定向孔,钻杆就会黏附在孔壁滤饼上,造成

粘吸卡钻。所以说,只要有滤饼存在,就有粘吸卡钻的可能。另外,在正常情况下,尽管孔壁有泥皮,但只要钻柱与孔壁接触面积小,停止回转时间短,钻柱与孔壁间所受压力相等,对泥饼没有压力,钻柱就不会粘吸在泥饼上发生卡钻事故,

实际上钻孔不可能是笔直的或规则的,总有一部止钻柱活动,钻柱靠近孔壁的一边不受钻井液的压力,而另一面受着钻井液很大的压力,造成粘吸卡钻,所以也叫压差卡钻。

1.粘吸卡钻虽然是比较简单的种卡钻,但随着时间的延长而益趋严重。

粘吸卡钻发生的初期阶段,用稀泥浆大泵量循环后可在设备、钻具安全承载范围内强力起拔争取解卡;

2.可反复用提、压、转、上下活动并回转钻具解卡;

3.使用可以调整密度的油基解卡剂,在泥浆泵的高压下,泵入到卡点位

置,由于油的表面张力小,附着力强,能顺利进入卡物的微小空间,使卡物周围包上一层油膜,从而发生“泡松、分解和润滑”作用,使卡物松弛,每隔半小时至一小时起拔一次,直到提上来为止。

3.3.2  键槽卡钻的处理

键槽卡钻一般发生在钻进斜孔、定向孔或弯曲孔中。一个施工期很长的钻孔,长期受到上部受拉力钻杆旋转时不断向弯曲的孔壁突出面的拍击,加上提下钻时的摩擦,在钻孔的上孔壁就形成一道纵向的槽子,提钻时钻杆接头或粗径钻具就会卡在槽子下部,形成键槽卡钻。

键槽卡钻只会发生在起钻过程,因为在下钻时,钻头、粗径钻具及钻杆接头进不了键槽,只有在起钻时,钻柱在自重分力的作用下,靠向键槽一边,在键槽中运行,当直径较大的钻头、接头进入键槽时,便发生遇阻遇卡情况。

1.键槽遇阻遇卡时,利用钻具的重量下压,同时开动泥浆泵,产生的脉动使钻具抖动,有助于解卡;

2.起钻遇阻,无论何种原因引起,都不能强提,应反复上下活动,转动方向,以求解卡。如长期活动无效,可采取边提升边回转的办法,用扩孔器或钻头倒扩孔,这样上下反复多次,直至无阻卡为止。

3.套铣解卡,用原钻具倒扣,然后套铣解卡。如果能一次套铣到卡点,要用带防掉矛的套式键槽铣筒,防止铣开后钻具再掉入井底;

4.如果是在石灰岩、白云岩地层形成的键槽卡钻,可以用抑制性盐酸来解除。

3.3.3  坍塌、烧、埋、卡钻事故的处理

坍塌卡钻是卡钻事故中性质最为恶劣的一种事故。因为处理这种事故

的工序最复杂,耗费时间最多,风险性最大,甚至钻孔工作量报废的可能,所以在钻井过程中应尽力避免这种事故的发生。坍塌卡钻一般发生在钻进不稳定岩层

发生卡钻后可以在钻具的允许拉力范围内上下活动并强力提升,不太严重的卡钻通过强力提升即可解除;

小排量循环,在安全范围内大幅度反复上提或者下放钻具,形成小排量通道,直到能正常循环。在循环稳定后,慢慢提高钻井液的粘度和切力,以提高它的携带能力,争取把坍塌的岩块带到地面,力求解卡。  

1.用机械式或水力式内割刀处理

如果是烧钻或卡钻事故,也可以用下一口径的钻杆连接机械式内割刀或

水力式内割刀在钻杆卡钻处或孔底处进行切割,然后处理孔底剩余部分。如图11。

11  机械式与水力式内割刀

2.用可退式倒扣捞矛处理

    可退式倒扣捞矛可在钻杆内孔内任意部位打捞。如果需要退出工具,可以下

击矛杆,使矛杆与卡瓦内锥面脱开,然后右旋钻杆1/4圈,使卡瓦下端大倒角进

入矛杆锥面上三个键起端倾斜面夹角内,上提钻具,卡瓦和矛杆锥面不再贴合,

即可退出工具。如图12。

12  可退式倒扣捞矛

3.用可退式打捞矛处理

可代替正丝公锥,安全可靠,可与小一级的钻杆配合,进入事故钻具内的任何部位,提拉不动时能推出打捞矛。如图13。

13  可退式打捞矛

4.用牙嵌式震击器处理

    牙嵌式倒扣震击器上与反丝钻杆相连,下连接反丝公锥,震击器通过两级齿

盘差动高度产生冲击震击功能,将孔内的卡、埋、夹事故的挤夹物震松震碎,使

钻具解卡,由于是反螺纹连接,如果震击不开,可使事故钻具分段震击并倒扣。

如图14。

14  牙嵌式震击器

3.4  孔内落物事故的处理

3.4.1  强磁打捞器处理

主要用于打捞掉入孔内的工具、处理事故后残留的钻头胎体、钻具残留物等金属,也可打捞钻具内的一些零件,为下一步用公锥打捞创造条件。如图15。

15  强磁打捞器

3.4.2  用一把抓捞取

一把抓打捞篮是最传统最简单的打捞工具,牙高一般为管径的3/4,牙数为8-10个,并进行退火处理,以防扭断,到孔底前要慢转下放,把落物从井壁处拨向井眼中心, 使一把抓容易套着落物。在抓齿接触井底以后,慢慢加压,加一点压力, 转动一二圈,再加一点压力,再转动一二圈,使一把抓齿向内收拢,包住落物。转动总圈数以6~8圈为限。打捞过程不能循环钻井液,以免把落物冲向井壁。然后上提钻柱。如图16。

16  一把抓打捞筒

3.5  绕过事故孔段处理各种事故

    连续造斜器除了用于钻孔纠斜、施工定向孔外,还可以用于绕过无法处理的孔内事故钻具,用水泥灌注事故孔段,在事故钻具附近重新钻出新的钻孔,节省了大量处理事故的时间。连续造斜器是利用专门机构产生偏斜力实现定向造斜的工具,利用楔形滑块施加给钻头侧向切削力,迫使钻头连续侧向切削孔壁,使钻头前进方向偏离原孔轴线,从而绕过事故钻具。同时滑块对孔壁有一较大的侧压力,与孔壁卡固在一起,在造斜过程中只向下滑动而不能转动。如图17、18。

17  连续造斜器

18  绕障示意图

水泥孔底要有足够抗压强度,尽量减少水泥结石与孔壁岩石硬度差,水泥灌注高度应在事故头20m以上。在斜孔中侧钻应对造斜器定向,定向方向与老孔错开,以防新老孔交叉。造斜钻头侧刃要锋利,机上余尺要尽量加高

 

专家简介:王年友(1953-),陕西大荔人,1953年9月生,1977年9月参加工作,民建会员,河北地质学院探矿工程专业毕业,教授级高级工程师。现在勘探所地质钻探室从事科研和开发工作。

[责任编辑:dww]

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