深孔地質鉆探孔內事故專用處理工具之探討

李凱舟

（1.山東省地質礦產勘查開發局第六地質大隊，山東 招遠 265400；2.黃永堂技能大師工作室，山東 招遠 265400）

隨著我國“三深一土”戰略的規劃實施，地質找礦逐步向深部進軍，作為驗證礦體預測的最直接手段，鉆探工程也在不斷地刷新孔深紀錄。近年來，山東省大力實施“攻深找盲”戰略。在膠西北地區，深部金礦找礦取得重大突破，三山島、焦家和招平三大成礦斷裂帶控礦深度相繼突破-3000m。目前三山島斷裂帶最深孔深4006.17m、焦家斷裂帶最深孔深3266.06m、招平斷裂帶最深孔深3000.58m。

隨著鉆探深度的不斷延伸，鉆孔內部的地質條件也越來越復雜，在鉆探過程中經常會產生各種不同類型的孔內事故，尤其是卡鉆、卡套管以及燒鉆等問題。資料顯示，膠西北三個超3000m深孔在施工過程中均遇到了不同程度的孔內事故，事故處理時間短則40余天長則200余天，嚴重影響施工效率，施工成本和風險均大幅增加。因此，研究深孔鉆探孔內事故處理裝備將有助于提高地質鉆探工作水平和施工效率。

1 現有的事故處理技術裝備手段

（1）鉆機的強拉與起拔。和石油鉆機以及水井鉆機相比，在地質鉆探工作當中對孔內事故的處理能力相對較弱，主要原因在于鉆機油缸的起吊能力偏低、鉆塔的整體承載力較小等。比如深孔鉆探使用的A19.5m型鉆塔，其承載能力上限僅為400kN。在處于3000m以深的鉆探深度時,所使用的機械立軸鉆機在工作過程當中的起吊力量大小為300kN，而φ76鉆桿每米的重量約為10kg ，3000m鉆桿自重達到30T。通過以上數據分析可以看出，在深孔地質鉆探工作當中，針對鉆機的起吊能力要求相對較高，通過以上設備僅可以勉強保證3000m全孔鉆具的工作要求，以及滿足孔壁摩擦阻力所形成的起吊要求，在進行更深的鉆孔勘探工作時，當出現卡鉆、卡套管等孔內事故時，給進油缸不能充分滿足深孔鉆桿以及套管在特殊條件下的起吊工作要求。

（2）打撈及事故處理工具。在石油鉆探工作中，存在10余種比較有效的打撈工具以及事故處理工具，和石油鉆探工具相比，現階段在地質鉆探工作中所使用到的專用工具類型相對比較單調，大部分鉆探工具生產廠商并沒有特別重視鉆具打撈以及事故處理等相關工具的研制和生產，生產廠商在這方面的生產技術一直停留在比較低層次的發展階段，主要生產的打撈設備有公錐和母錐，和現階段深孔地質鉆探中的事故處理工作嚴重脫節。對于深孔地質鉆探作業，需要研制出更加高端的專用事故處理工具，事故處理工具的研究和革新，可以有效提高處理事故處理效率。這也是現階段我國各地勘單位所需要解決的重要問題之一[1]。

（3）鉆桿切割工具。地質鉆探過程中切割鉆桿、套管可以使用水力內割刀。其工作原理是將割刀送至擬割斷的管材深度后，將高壓液體泵入割刀體內，高壓液體推動活塞壓縮彈簧使活塞桿下行，活塞桿下端推動2個刀頭向外張開與鉆桿或套管內壁接觸，張開的刀片隨同切割鉆具旋轉,刀頭周向同時切割，割斷鉆桿或套管后，關掉泥漿泵，刀頭復位回收[2]。水力內割刀的使用可以有效降低起拔事故鉆桿、滯留套管的操作時間。

（4）孔口輔助工具。地質鉆機設備通常情況下都會匹配一些大噸位的拔管設備來作為輔助工具，其中大多數都選擇400kN或者是750kN兩種起吊能力的輔助工作設備。在工作過程當中可以對鉆孔內部的套管以及出現事故的鉆桿來進行打撈，但是由于該設備在工作過程當中體型比較笨重，同時安裝工作存在諸多困難，和各種繩索以及鉆桿之間的匹配程度不高，造成了整個鉆桿整體的抗拉強度受到了嚴重限制，進而造成了很多施工單位并沒有對其進行配套處理，或者是配套的拔管沒有發揮出應有的作用。

2 發展地質鉆探事故專用工具的思考與實踐

通過以上所述，針對鉆機和專業工具的使用狀況進行分析和研究，從中可以總結出如果單純依靠鉆機設備來進行工作，不能有效解決鉆孔工作當中所產生的意外事故，因此在發生鉆孔事故的情況下，相關工作人員經常會處于一種無計可施的工作狀態，對整個地質勘探工作效率和質量產生了嚴重的影響。因此，現階段需要針對地質鉆探工作當中的事故專用工具進行有效的研制和開發，同時不斷提高鉆孔工具的適用性，以鉆孔內部施工工具和鉆機設備之間進行有效的銜接，將鉆孔內部的工具和鉆孔外部工具之間進行銜接，以此來保證整個鉆孔工作的安全穩定開展，實現鉆孔工具的統一和自動化控制，實現多樣化的地質鉆探工作的開展。相關勘探工作單位在深孔地質鉆探工作當中，可以針對各種不同的事故問題進行有效的處理，保證鉆孔內部所產生的不良事故可以得到更加高效和快捷的處理，大大提高了整個地質鉆孔工作質量和效率[3]。

（1）研制新型孔內工具。現階段在石油打撈工具方面類型相對比較齊全，其中比較常用的分為高強度的公錐、母錐以及可退式打撈設備，因為在巖心鉆探工作當中由于井身結構和環狀間隙的影響，造成了鉆桿在規格和材質特性上無法滿足工作要求，同時在上述工具當中都無法直接進行選擇。針對地質勘探工作當中鉆桿和套管的工作特性，其中比較常用的可退式打撈矛以及倒扣式打撈矛，可以通過借鑒性和適配性的研制方法來進行功能改善。

可退式打撈矛在整個結構過程上相對比較簡單，同時工作強度較高從轉盤內部的直徑進行打撈，同時還可以對自由工作狀態下的鉆桿以及套管等進行抓死和打撈。如果在打撈工作當中存在不成功的問題，可以通過擊打中心軸和正轉自由退出，具體如圖1所示：

圖1 可退式打撈矛

倒扣打撈矛在工作過程當中主要是以打撈事故設備為主要的工作模式，然而在工作過程當中處理嚴重的卡鉆事故，單純通過抓撈來進行處理還遠遠不足，必須要具有良好的傳遞扭矩能力，同時在倒扣打撈矛工作過程當中，需要保證反轉倒扣的工作有效性，以此才可以充分發揮出倒扣打撈矛的全部工作性能[4]。

（2）增強孔口輔助工具的適用性。在比較常用的地質勘探設備基礎之上，針對市場當中存在的兩種新型起撈裝置,來進行了分析和研究，通過重載單油缸連續起拔的方式來作為一種新型的輕便起拔工作設備，作為巖心鉆機的輔助設備，通常情況下采用的是手搖泵來作為輸入動力，通過單油缸對一些重量較輕體積較小的設備來進行起吊和抓取，以此來彌補巖心鉆機在一些小型事故處理工作當中的工作能力。該工具在一些孔深較深的巖心鉆探工作當中得到了廣泛的應用。深孔巖心鉆機具有超高的液壓工作動力系統，內部壓力為63MPa，在大噸位的單體油缸起拔過程當中，整個起拔的力度可以超過2500kN，可以充分滿足深孔地質勘探工作的事故處理需求，對地質深孔勘探工作提供了良好的技術保障[5]。

3 結語

在地質鉆探工作當中需要以預防工作為主，面對比較復雜的地質結構所產生的鉆探事故在所難免，因此需要從技術手段以及所使用的設備條件上來進行升級和改造，以此來有效降低鉆孔事故率。