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    水井钻孔钻具吸壁导致事故的处理研究（南亲江） 钻具管

    时间：2020-02-23 07:59:05来源：百花范文网本文已影响人
      摘要: 在松散地层覆盖区的水文井孔埋钻事故中，一般认为引起埋钻的原因是由于砂粒沉淀造成的，采用常规的处理方法很难奏效，造成井孔报废的概率很高。经多年的实践研究，找到了问题的结症所在:绝大多数埋钻是由于钻具吸壁引起的，往往钻具吸壁是导致事故的主要原因。针对这一“特殊的埋钻”事故，采用“剥离法”进行处理，没有一例失败。从而产生了较好的社会经济效益。
    关 键 词: 钻具吸壁;埋钻事故;水文钻孔;处理方法
    中图分类号: P634.2　  文献标识码: A
    1 概述
    所谓钻具吸壁，笔者在本文中是这样定义的:钻具吸壁是指钻具（主要是钻杆）沿着弯曲、变形的井孔，在自身重力、粘性土缩径等内外力作用下，使钻具与地下岩土层密切接触，钻具与岩土层之间的摩擦阻力非常大，导致钻具在孔内既不能转动，也不能提升和下降的一种孔内事故。在以往的事故处理中，这种现象多被认为是下部（主要指钻头体周围和上部）岩粉沉淀引起的埋钻，采取的处理方法有:提、顶、冲、转、打、串、震、反、炸等。在前面几种方法都不能奏效的情况下，只能采取后两种方法。用反丝钻具打捞处理，耗时费力，危险性大，而且反扣时，往往会多头开扣，造成钻具插错，使事故复杂化，甚至井孔报废;采用炸的办法，只能提上部分钻杆，后续处理工作复杂，井孔报废的概率很高，而且该方法还受到有关部门的管制。经多年实践，笔者采用“剥离法”处理这类事故，无一例外都获得成功，从而产生了较好的社会经济效益。
    2 钻具吸壁原因及受力情况分析
    （1）导致井下钻具吸壁的直接原因是钻机故障、水泵故障、停工待料、停水停电、恶劣天气、操作不当导致跑钻、孔内其它事故等，使钻具在孔内静态时间过长。最短的半个多小时就有可能导致吸壁。其间接原因有:钻机、钻塔安装的水平误差、钻头的对称误差、钻具的垂直度、施工震动、施工工艺不合理及地层干扰等因素造成的钻孔弯曲。根据《供水水文地质勘察规范》GB50027-2001要求，孔身在100m深度内其孔斜度不大于1.5°，以孔深400m为例，孔斜1.5°。在孔底产生的位移L=400×tan15°≈10.5m，即使发生0.5°的偏差，在孔底也要产生3.5m的位移，况且有时候孔斜度会远大于1.5°。因此，静态时，在重力作用下，钻具一般都是贴近井壁的。在重力或拉力作用下钻具有可能嵌入软地层，粘性土缩径也有可能包住钻具，与软地层呈半圆状或键槽状紧密接触，形成吸壁。这种事故表现在泥浆循环系统，有时泥浆循环正常，有时泥浆循环不正常。如果泥浆循环不通，说明该孔不仅仅有钻具吸壁问题，钻头被堵，孔底亦有埋钻的可能。按照正常的施工工艺和与之相适应的泥浆性能要求进行施工，岩粉沉淀不会很多。经理论计算和实践验证，这类埋钻会造成钻机转不动，但一般不足以使钻机拉不动钻具。
    （2）土工资料和静力触探资料显示，第三、四系松散层粘性土的侧摩阻力一般为10～60kPa，大于30kPa的概率最多。在水井钻探施工中，常用φ89mm的钻杆。如果钻具吸壁，其半柱面与地层接触，每米钻杆与岩土层的接触面积A=0.089×3.14×0.5×1=0.14m2 。以摩阻力为30kPa为例，每米产生的摩擦力F=30kPa×0.14m2 =4.2kN。只要有50m钻具吸壁，再加上钻具自重、钻头阻力、钻杆接头阻力，以及在钻孔弯曲部位、缩径部位，钻机拉力被分解为顺层拉力和对地层的压力，使有效拉力变小，摩阻力增大等因素，足以造成“埋钻”。在水井钻孔施工中，钻具吸壁常常达到一、二百米。但是，这一问题在以往的事故处理中，常常由于人们的认识不足而被忽略。
    3 处理方法研究
    根据上述分析的情况，既然钻具吸壁引起了埋钻，就必须采取相应的对策，把钻具从地层中剥离出来。经反复实验和实践研究，采用套冲和削冲这两种方法比较行之有效。下面就这两种方法的有关技术与工艺问题作一详细介绍。
    （1）所谓套冲，就是用大于钻杆锁接头外径的套管，沿着钻杆往下套，在遇到阻力时，一边用自由钳转动钻杆，一边用泥浆泵送水冲洗，把钻具从地层中剥离出来的一种处理方法。水井钻孔在松散层中的施工孔径一般是φ250mm（开孔）到φ550mm（扩孔）之间，钻杆锁接头的外径为118～121mm。因此，套管一般选用外径大于或等于159mm，壁厚为6mm的钢管。如果外径小于159mm，向下套起来很困难，但受到施工孔径的限制，套管外径又不能太大，套管与井壁之间必须留有足够的间隙，所以选用外径为168mm钢管较好。第1根管子带一个导向口，其作用为:①在下套管时，遇到钻杆锁接头会下不去，有了这样的导向口，只要用自由钳或管子钳转动几下钻具，就能顺畅地下去;②到了吸壁的地方，当钻头使用。一边送水冲洗，一边用自由钳子慢慢转动管子，刮削井壁，增大井壁半径，减少接触面积，剥离钻具。导向口高度为60mm左右，弧长为1/3周长，首端为直角，末端为半径等于60mm的1/4圆弧。在导向口上焊一瓦块以增加强度。套管与套管之间可以用丝扣进行连接，也可以用电焊焊接。需要送水时，要有专用的变径接头把主动钻杆与套管连接起来。
    （2）所谓削冲是在钻孔孔径足够大的情况下，另下一套钻具，钻具下端焊上一段1m左右长的套管，套管套在被埋钻杆上往下趋深，到了吸壁部位，一边送水冲洗，一边用套管切削，增大井壁半径，减少接触面积，把钻具从地层中剥离出来的一种处理方法。切削套管是由外径为273mm和168mm钢管相切套焊在一起，上部为平口，在两个管子的间隙处焊上φ89mm的钻杆，用月牙形钢板堵塞缺口，这样做的目的是保证循环液能及时洗涮切削部位。下部为斜面出水口，在离心一侧焊有斜挡条。送水冲洗时，冲洗液由上口流进，下口流出。也可以用简单的制作方法，把钻杆下部孔眼用电焊封闭，在其侧面与套管相对应的位置各开一同样大小的椭圆孔，钻杆和套管对好孔眼后，焊正、焊牢，不能在送水时向外侧漏水。切削法适用于钻孔孔径大于400mm、孔深小于300m的情况。该方法与套管法相比较套冲法具有工艺简单、处理速度快等特点。其缺点是在孔内转动幅度很小，削冲效率低，需用钻杆多。
    4 应用实例
    （1）江苏省江都市麾村自来水厂2号水井施工工程。该井在钻到252m的时候，因孔底阻力大，操作不当而使钻杆崩断，断头在112m位置。施工人员把断头以上的钻杆提上来后，下丝锥打捞，丝锥对上事故头以后怎么提也提不动，转也转不动，水泵送水正常。现场分析:泥浆的粘度、比重符合要求，含砂量低，从事故的发生到丝锥对上位，前后大约用了两个多小时。现场分析结果认为钻具吸壁了。
    处理方法:选用φ168mm钢管进行套冲，当钢管下到146m时阻力变大，这时要一边接通水泵送水（用主动钻杆直接对上井内钻杆），一边转动套管慢慢地下，当下到230m的时候钻具已经能拉动了。再稍微冲一冲后，先把套管提上来，然后再把钻具提上来，前后仅用了6个多小时，就恢复了生产。
    （2）江苏省如东县木并茶自来水厂5号井施工工程。该井在钻到462m的时候因水泵故障停止钻进，为了防止埋钻，操作人员将钻杆提上来2根后修水泵。孔内情况:钻头离孔底24m，钻孔结构为100m以上孔径为500mm，100～300m孔径为400mm，300～462m孔径为300mm。3h后水泵修好，水泵送水循环正常，但钻具提也提不动，转也转不动，操作人员强扭强转，结果在186m位置钻杆崩断了。
    处理方法:先用丝锥对上钻杆，不要吃扣，然后用已经准备好的φ219mm的井管进行套冲，井管下到超过事故头以后，将孔内钻具提上来，通过变径接头接钻杆向下套冲，冲到250m后把钻杆提上来，接井管到240多米后再接钻杆套冲，在井管套冲到420m时，用测绳探故障头已往下跑到202m，说明钻具已活动，至此，钻具吸壁问题已处理好。
    （3）江苏省泰兴北新水厂水井施工工程。孔深380m，全孔孔径已扩到500mm，钻具提上来就可以下管子了，然而在提钻时垫钗没有钗好，钻具滑入井中造成钻具吸壁。现场做了一个切削钻头，按照上述工艺和处理方法花了1d时间处理好事故。
    5 结语
    经过多年实践，我们采用套冲法和削冲法处理过20多例埋钻事故，全都获得了成功，避免了经济损失。因此，具有很大的推广价值。
    参考文献:
    ［1］ 魏建锋，王玉国.85-1号地热井埋钻事故的处理.探矿工程，1992，（3）:48～49.
    ［2］ 鄢文军，刘晓青.川孝565井深井小井眼埋钻事故处理实践.钻采工艺，2005，（7）:106～108.
    ［3］ 齐全乐.旋挖钻进孔内事故的处理与预防.探矿工程（岩土钻掘工程），2005，（10）:23～25.
    作者简介: 南亲江，男，南京工程高等职业学校，副教授，工程师。
    来源：《人民长江》2008.11         

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