巖芯鉆探復(fù)雜孔內(nèi)事故處理技術(shù)

張勁松，王 亮

（中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430081）

1 工程概況

程潮鐵礦由于礦區(qū)未進行過系統(tǒng)的水文地質(zhì)勘察，通過隨礦體勘探一起進行的水文地質(zhì)勘察工作，只基本查明礦體及周圍一定區(qū)域的水文地質(zhì)條件，對掌握礦體開采疏排地下水影響區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件留有疑點；且經(jīng)過幾十年的采礦工程活動，礦區(qū)原始水文地質(zhì)條件已發(fā)生很大的改變，近來井下涌水量增大明顯，來源不清、-500m水平掘進時突水，給礦山的生產(chǎn)安全帶來了潛在危險。為了更好地掌握礦區(qū)現(xiàn)有水文地質(zhì)條件，需要采取切實可行的措施和手段，進行水文地質(zhì)補充勘探，探明現(xiàn)有礦區(qū)的水文地質(zhì)條件，對礦區(qū)水文地質(zhì)條件及防排洪能力重新予以全面、客觀地論證和評價，為礦山的后續(xù)采礦活動提供科學(xué)依據(jù)。

其中水文地質(zhì)鉆探是其工作的重要一環(huán)，水文地質(zhì)鉆探工作量如下表。

表1 水文鉆探工作量表

事故孔為bk7號鉆孔，事故鉆孔結(jié)構(gòu)：開孔Φ150，下Φ146套管20m；變徑Φ130鉆進至50m，下Φ127套管；后換Φ110鉆進至120m，下Φ108套管；此后Φ91鉆進至孔深502.58m。

2 事故發(fā)生簡要描述

事故前，鉆孔已達到設(shè)計要求（孔深502.58m，終孔直徑91mm），但不滿足水文勘察鉆孔打穿大理巖層的設(shè)計目的，故需繼續(xù)鉆進，因YDX-3A鉆機老化提升能力不夠，故改采用Φ73鉆桿用Φ75mm鉆頭繼續(xù)鉆進。

為防止200m處溶蝕巖層不穩(wěn)定，決定以Φ89鉆桿為套管下到孔底，換新擴孔器（Φ76.5mm）后，下Φ73鉆桿至394.58m（即距孔底108m）無法下放，預(yù)測該處接手內(nèi)徑偏小阻礙鉆具穿過，機臺人員意圖掃孔穿過接手，約有10cm進尺后，結(jié)果沒能穿過反而導(dǎo)致鉆具卡死，準(zhǔn)備提鉆，機臺人員采取先將上部Φ89鉆桿反脫提出，再提Φ73鉆桿及鉆具的方案，將Φ89鉆桿提到剩余192m后，改提Φ73鉆桿及鉆具，但Φ73鉆桿及鉆具仍不能完全通過Φ89鉆桿。

第一次跑鉆：提至Φ73鉆桿及鉆具剩119.14m時，此時Φ73鉆桿高出Φ89鉆桿35m，由于Φ73夾持器卡瓦合金磨損嚴(yán)重且Φ73鉆桿表面銹蝕現(xiàn)象較嚴(yán)重，Φ73鉆桿及鉆具連同89鉆桿跑鉆。

第二次跑鉆：跑鉆后，試圖用Φ73鉆桿對接下部Φ73鉆桿及鉆具，下至162.58m時，再次跑鉆，使上部Φ73鉆桿砸向下部的Φ73鉆桿。

至此，兩次跑鉆導(dǎo)致復(fù)雜孔內(nèi)事故。

3 事故處理過程及工藝

事故處理過程流程圖如下。

3.1 第一階段 （基本處理階段）

為處理跑鉆事故，先下母錐進行打撈，結(jié)果比計算的理論鉆桿多下18m鉆桿（即Φ73鉆桿向下移動18m僅高出Φ89鉆桿17m）可以套住Φ73鉆桿，但不能拔動。使用吊車起拔，當(dāng)起重力達到20t左右時才緩緩拔動，提出鉆桿18m后，鉆桿突然可以順利提出，起重力僅為2t多，后改用鉆機將第二次跑鉆的鉆桿全部取出，取出鉆桿發(fā)現(xiàn)最后一根Φ73鉆桿損壞嚴(yán)重，如圖約有2m的劃口，其中絲扣及以上30cm呈斜口狀嚴(yán)重破壞。

3.2 第二階段 （探測階段）

下Φ89鉆桿探測，試圖穿過Φ73鉆桿與下部Φ89鉆桿對接，當(dāng)下放至275m左右時遇到阻礙，預(yù)測下部Φ73鉆桿破壞嚴(yán)重，破口直徑擴大導(dǎo)致Φ89鉆桿無法穿過，事故位置約為275m。因吊車起鉆Φ73鉆桿又向上移動約18m，至內(nèi)徑偏小的接手處無法通過，結(jié)果將第2次跑鉆碰撞部位拉脫。

后用Φ73鉆桿加Φ89母錐打撈Φ73鉆桿，絲錐旋轉(zhuǎn)套取，提鉆結(jié)果：有上部Φ73鉆桿的部分公扣碎片，兩個Φ73鉆桿的半邊接手，另外還有部分巖心內(nèi)管碎片，如圖所示。原因分析：對于出現(xiàn)巖心內(nèi)管碎片，預(yù)測由于鉆具快速下落，水和空氣造成孔內(nèi)很大的激動壓力使得內(nèi)管向上部移動竄至Φ73鉆桿上部，再下落至Φ73鉆桿最上端，可能斜靠在Φ73鉆桿與孔壁間，在Φ73鉆桿上端；也有可能靠彈卡掛在Φ73鉆桿上部里面，內(nèi)管總成部分露出。第2次跑鉆后，上部鉆桿將內(nèi)管砸壞，同時內(nèi)管總成上彈卡將下部鉆桿劃破，導(dǎo)致鉆桿及內(nèi)管嚴(yán)重?fù)p壞，所以才會打撈到內(nèi)管碎片。

第2次下Φ73鉆桿加Φ89母錐進行打撈，套取時幾乎無進尺，母錐內(nèi)無任何碎片。

為摸清事故位置平面情況，采用木頭照相方法探測下部情況，如圖所示，中間部位基本上都含有破損的鉆具，外周還有部分的碎片存在，可能在這個平面下部位置外周也存在碎片，導(dǎo)致母錐無法套取。

3.3 第三階段 （掃除破損鉆具階段）

用Φ91mm薄壁合金鉆頭（內(nèi)徑77mm），下Φ89鉆桿繼續(xù)掃孔，進尺約0.45m，鉆頭完全損壞，如圖所示。

再次下Φ89鉆桿換新的薄壁合金鉆頭（內(nèi)徑77mm），至277.15m，下Φ89鉆桿加母錐，母錐下到阻礙位置為276.85m，旋轉(zhuǎn)進尺約0.5m，至277.35m，提鉆后發(fā)現(xiàn)母錐內(nèi)有破損的鉆桿及內(nèi)管，如圖所示。

后采用Φ91mm平推鉆頭，試圖磨掉破損部分，研磨進尺約0.5m。第2次跑鉆導(dǎo)致上部Φ73鉆桿有約2m的破口，預(yù)測下部Φ73鉆桿破損程度同樣嚴(yán)重，到此，共清除破損部分長度約為1.85m，改下下公錐打撈，下公錐外套薄壁合金鉆頭無法進入，預(yù)測Φ73鉆桿內(nèi)部含有內(nèi)管及碎片將鉆桿內(nèi)部堵死，公錐無法進入。

繼續(xù)下Φ89鉆桿帶薄壁合金鉆頭掃孔，進尺約0.4m，中途出現(xiàn)憋車現(xiàn)象，提鉆后發(fā)現(xiàn)連接鉆頭處的母扣斷裂，合金鉆頭掉入孔內(nèi)，預(yù)測鉆頭上部掃掉部分僅有0.3m，下Φ89鉆桿帶母錐，由于掃孔露出的Φ73鉆桿僅0.3m，絲錐無法套上。繼續(xù)下薄壁合金鉆頭掃孔，掃掉一小段后，可以下放1m多，至此，事故破損鉆具基本清除掉。

3.4 第四階段 （拔鉆具階段）

下母錐進行打撈，可以將下部鉆具套上，無法拔動，加兩個50t的千斤頂來拔動鉆具，起拔失敗，后改采用反絲工藝，使用Φ50反絲鉆桿加母錐進行反絲，反絲成功，反出破損的含有內(nèi)管及總成的Φ73鉆桿，基本完整，內(nèi)管在鉆桿里面，被總成破壞。

4 結(jié)語

此次鉆探事故為典型的由多次常見小事故導(dǎo)致形成的孔內(nèi)復(fù)雜事故，事故原因主要有：

（1）在以Φ89鉆桿為套管下Φ75鉆具無法下放時，不應(yīng)強行掃孔，存在僥幸心理導(dǎo)致鉆具卡死，同時在重新配鉆具后應(yīng)考慮相應(yīng)尺寸問題。

（2）在知道Φ73鉆桿表面銹蝕嚴(yán)重和夾持器卡瓦的合金磨損完時，沒有采取相應(yīng)保護措施使夾持器正常工作，導(dǎo)致跑鉆事故，兩次跑鉆事故使得孔內(nèi)情況復(fù)雜，為后來處理事故增加了不少難度。

本次事故處理思路較明確，采取多種打撈工藝。首先摸清孔內(nèi)事故位置及平面情況，采用了木頭照相工藝；然后采取多種方法清除由于跑鉆導(dǎo)致鉆桿的破損部分，特別是采用薄壁合金鉆頭掃孔結(jié)合母錐將破損鉆具打撈起來，效果明顯，為后來的打撈下部鉆具工作做好鋪墊；最后準(zhǔn)備兩種方案拔鉆桿，在千斤頂無法拔動鉆具后，采用反絲工藝方案，最終處理了該事故。

此次事故為復(fù)雜孔內(nèi)事故，給人印象深刻，值得反思，一是謹(jǐn)防鉆探工作者工作中出類似鉆探事故，二是為類似孔內(nèi)事故處理提供參考。