改進(jìn)雙動雙管鉆具水路結(jié)構(gòu)預(yù)防杵鉆事故

王興龍，朱躍輝，楊家亮

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

改進(jìn)雙動雙管鉆具水路結(jié)構(gòu)預(yù)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(zhì)局308隊，云南個舊661400；2.河南省核工業(yè)地質(zhì)局，河南信陽464000）

闡述了云南大部分地區(qū)使用的普通合金雙動雙管鉆進(jìn)出現(xiàn)杵鉆的現(xiàn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，有效防止杵鉆事故的發(fā)生。

杵鉆事故；原因分析；鉆具水路結(jié)構(gòu)改進(jìn)

1 慨述

在云南大部分地區(qū)鉆探生產(chǎn)施工過程中，由于特定的因素經(jīng)常發(fā)生鉆探杵鉆事故，此類事故常常發(fā)生在使用普通合金雙動雙管鉆進(jìn)的鉆孔中，當(dāng)使用其他鉆具時，是不會發(fā)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(qū)使用普通雙動雙管鉆進(jìn)過程中的產(chǎn)物。目前全國的鉆探技術(shù)教材中還不容易找到有關(guān)杵鉆事故的資料。

2 杵鉆事故

2.1 杵鉆事故基本現(xiàn)象

單個回次鉆進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)備鉆進(jìn)時，提拉鉆具不動，從表面上看沖洗液循環(huán)正常，這就是杵鉆。有的人將杵鉆誤認(rèn)為是埋鉆，其實埋鉆的現(xiàn)象是由于鉆孔內(nèi)巖粉過多，下鉆時將鉆具下到了超過孔內(nèi)巖粉的實際位置鉆具擠進(jìn)巖粉內(nèi)，此時鉆具的水路系統(tǒng)（包括鉆具位置的外部水流循環(huán)系統(tǒng)）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(nèi)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(nèi)巖粉不多，送沖洗液正常，鉆具故障。另一鐘是孔內(nèi)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(jīng)常發(fā)生杵鉆事故，只知道鉆具內(nèi)管會返水，但不清楚鉆具為什么不會動。經(jīng)過一段時間觀察和思考，分析當(dāng)時所發(fā)生孔內(nèi)事故的每一個具體細(xì)節(jié)，如孔深、鉆進(jìn)的巖層和孔壁完整程度、孔徑和孔內(nèi)巖粉數(shù)量及通水情況等。最后得到了較滿意的結(jié)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(jié)構(gòu)不合理，這是造成杵鉆事故的根本原因。即接頭排水孔數(shù)量多、直徑大，形成了當(dāng)送沖洗液到達(dá)孔底時，沖洗液不從外管和孔壁之間循環(huán)，而是從內(nèi)管排水孔把沖洗液排到鉆具外，造成一部份沖洗液由于內(nèi)管通水而產(chǎn)生吸附作用，把從排水孔出來的沖洗液向下經(jīng)外管鉆頭吸附于內(nèi)管里起反循環(huán)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(huán)過程中的同時亦攜帶巖粉循環(huán)，當(dāng)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(nèi)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(nèi)循環(huán)的沖洗液受阻，當(dāng)內(nèi)循環(huán)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(nèi)、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(nèi)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(fù)是因為孔內(nèi)有顆粒較大的巖屑，被沖洗液攜帶到內(nèi)管往外的排水孔處被堵住，沖洗液就不通了。當(dāng)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(jì)60年代開始至今，是在內(nèi)管排水管數(shù)量多（3個）直經(jīng)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(huán)而發(fā)生杵鉆事故。

2.3 發(fā)生杵鉆事故的基本條件

2.3.1 在下列情況不易發(fā)生杵鉆事故

所鉆進(jìn)的巖層結(jié)構(gòu)松散、破碎和風(fēng)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(nèi)循環(huán)也夾不住鉆具。

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

2.3.2 在下列條件下容易發(fā)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(shù)量偏多，采用老式普通雙動雙管合金鉆具鉆進(jìn)，沖洗液循環(huán)正常。

3 防止杵鉆事故的措施

防止杵鉆事故的措施是改進(jìn)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(nèi)、外管之間的3個送水孔不做改動，如圖2所示。

內(nèi)管排水孔的作用是：為不受沖洗液體影響巖芯進(jìn)入，隨著進(jìn)尺巖芯進(jìn)入內(nèi)管，把沖洗液從排水孔擠出內(nèi)管排向孔壁。內(nèi)管沖洗液的體積也只是內(nèi)管所能容積的沖洗液，鉆進(jìn)后沖洗液一般是不會進(jìn)入內(nèi)管，所以雙動雙管接頭原3個大直徑排水孔的結(jié)構(gòu)是不合理的。改進(jìn)結(jié)構(gòu)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(fā)生。

圖2 雙動雙管鉆具接頭結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

經(jīng)過上述的雙動雙管鉆具水路的改進(jìn)，本鉆探隊在云南地區(qū)近3年的施工中均未發(fā)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(dǎo)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(xiàn)從事鉆探生產(chǎn)技術(shù)管理工作。