浅谈大宝山钻探钻具折断、脱落、跑钻事故的预防与处理.doc

浅谈大宝山钻探钻具折断、脱落、跑钻事故的预防与处理摘要：在大宝山生勘钻探中，由于种种原因，常常发生各种孔内故障而终断正常钻进，通常把这些故障统称为孔内故障。而各种孔内事故中，钻具折断、脱落、跑钻事故是最容易发生的一种。这种事故，如果孔壁稳定，孔内清洁，这种事故很容易处理。但是，如果孔内情况复杂，处理方法不当，也很容易出现“事故套事故”的现象。本文浅谈钻具折断、脱落、跑钻事故发生的原因，事故的征兆，事故的预防及事故的处理方法等几个方面，以作参考。关键词：大宝山、孔内事故、钻具折断、脱落、跑钻事故一、钻具折断、脱落、跑钻事故发生的原因1.钻杆折断的原因 钻杆柱在孔内工作时，工作条件比较恶劣，在孔内实质上形成一个长而细的弹性和柔软性非常好的“弹性线条”。同时，钻杆柱在孔内工作时，承受拉、压、扭转，冲击转动等荷载，处于比较复杂的应力状态。因此，一旦某一断面上的合成应力超过了它的强度极限，就会发生钻杆折断。钻杆折断的主要原因有：（1）钻杆在钻进和提升时，所受压力、扭力、拉力过大；如钻孔弯曲，孔底不清洁，加压过猛等，均能引起钻杆折断。（2）钻进中发生掉块卡钻、钢粒夹钻、烧钻、埋钻等事故时，钻具回转阻力增大，可能造成钻具折断。（3）处理事故时，往往因强力起拔，造成钻具折断。（4）钻杆在孔内工作条件不正常 如钻杆本身不直，回转阻力很大；钻孔严重弯曲，钻杆回转蹩劲；钻杆直径与孔径相差悬殊，特别是严重超径孔段（大宝山地区的空区钻进），都会造成钻杆折断。（5）钻杆维护保养不好，造成弯曲、丝扣损坏或其它暗伤，以及使用中严重磨损或有裂纹等缺陷，在使用时检查不严，没有及时更换，一旦钻进中遇到较大回转阻力，就很容易在薄弱处扭断。（6）钻杆加工质量不合要求 如锁接头与钻杆丝扣锥度不一致；钻杆和岩心管同心度偏差过大造成过于弯曲；车丝扣退刀槽过深；接头中心镗孔过大；钻杆墩粗不合格和热处理不当等，都会降低钻杆强度，使用时容易发生折断，脱扣等事故。2.钻具折断的原因（1）钻孔不直 由于地层和操作方面的问题，使钻孔产生急骤的弯曲。粗径钻具在通过弯曲处时发生折断。因钻杆柱回转扭力作用，使粗径钻具曲折处的丝扣断裂。（2）岩心管管壁磨薄 岩心管外径磨薄的丝扣部份强度减弱，钻进中遇到较大的回转阻力，就会在薄弱处扭断。（3）钻具丝扣加工有缺陷，丝扣不合 分批加工或来自不同加工单位的各种钻具丝扣，往往加工质量不一。连接后可能有过松或过紧的现象，实际上不是全部丝扣吃力，产生应力集中，而引起折断。或者连接后不同心，使钻具弯曲或不直，使用时受力过大变容易折断。3.钻具脱落的原因 钻具脱落包括丝扣脱节、甩钻、跑钻造成的脱落。其原因有：（1）钻具丝扣配合不当，连接后过松或过紧；丝扣部份保护不良；丝扣未对正即强行扭接，造成丝扣变形、早期磨损、发生凹痕等现象，使钻杆与接头丝扣配合松弛，出现滑扣使钻具脱扣。（2）遇有突然蹩车，上部钻杆倒转，造成钻头脱扣。（3）孔内蹩车厉害，钻杆强行回转时，扭力超过了钻杆强度即发生折断。一旦折断，钻杆中储存着很大的惯性力，断头上部的钻杆转得比立轴快，产生转速差，卸脱钻杆。有时可能在几处卸开，造成甩钻“扦插”事故。（4）卷扬钢丝绳的拧转方向不适合（向右扭转），在下钻时承受负荷之后向左反转，将孔内部份钻杆回扣，造成脱落事故。（5）钻具未到底，悬空转动，甩脱钻具。（6）操作不慎，下钻过猛，墩脱提引器；或垫叉夹持不牢；升降系统失灵；丝扣连接不紧，均造成跑钻。二、钻具折断、脱落、跑钻事故的征兆1.钻具折断前的瞬间，阻力突然增大，待折断后阻力又突然减小。亦可以通过发动机声音、电流表指针、皮带跳动等明显变化判断。如钻具折断前，机器运转音沉重；电流表指针突然升高；带跳动激烈；或呈凹陷运转，机上钻杆转数降低，钻具折断后，钻具回转阻力突然减小，转数又提高。2.钻具重量减轻，通过给进压力指示器、指重表可以反映出来。钻具折断后，如果断点在孔内钻具的中和点之上，压力表指针会迅速下降；如果断点在钻具中和点之下，则压力表指针可能升高。这种情况在折断后上部钻具发生垂直方向活动时就会反映出来。称重钻具时，压力表读数都会小于钻具全部自重。提动钻具时，比较轻松，回转也轻快，特别是断点越靠近上部越明显。3.泵压降低，水泵压力表指针突然下降。而且，返回冲洗液逐渐变清。因钻具断脱后，冲洗液从断口流出而返回地表，液流阻力减小，因而压力表指针骤然下降。由降低的多少可以粗略估计钻具折断部位，降低的越多，折断的部位越接近孔口。4.钻速变化异常 钻具断脱后，若断头没有错开，则动力机运转轻松，不进尺并有磨铁声音，如果断头横向错动，上部钻杆会从下部断头侧部突然下降，造成进尺加快的假象。但当接头互相接触挤卡时，会产生间隙蹩车现象。如果钻杆在接近岩心管处折断，钻杆下降后，能插入取粉管内，继而发生蹩泵或跳动现象。减压钻进时，钻具上部折断会造成立轴向上升的情况。如果钻具因丝扣断裂或因丝扣胀大而滑丝松脱后，继续加压钻进，材质比较软的地方，可能被磨削成叉口、劈开。在立轴旋转时，仍感觉有进尺5.钻杆脱扣，岩心管、钻头脱落时，有磨铁的声音。钻具断脱前后，有时几种现象同时表现出来。上述几点，只是主要征兆。因此，在生产过程中，钻机操作人员必须集中精力，才能正确判断孔内情况。三、钻具折断、脱落、跑钻事故的预防（一）加强管材维护管理1.各种管材、接头和接箍，均须按新旧程度分批、分组使用，较差的应用于孔壁稳定的浅孔或钻孔上部。磨损程度不同的钻杆，如果混用，将使钻杆早先折断。过度磨损的钻具管材，应及时调换。2.钻杆使用时，应往丝扣上涂好润滑油。润滑油均匀涂抹在丝扣上。这样就能起到润滑、封闭、防锈、防蚀的作用，提高丝扣的使用寿命。3.保管堆放时，管壁及丝扣部分必须涂机油。4.平时要防止摔弯敲扁，过弯的钻具要及时淘汰。机场人员应利用起下钻、校正孔深和搬迂等时间检查各种管材，不能凑合使用。（二）严格遵守操作规程1.正确控制钻头压力，不得盲目加大钻压。当钻具总重量超过的孔底钻头所需压力时，要及时减压钻进。2.要均匀加压，不应忽大忽小。在大宝山复杂地层中钻进时，如破碎、裂隙发育地层，应当降低压力和转数。3.扫孔、扫脱落岩心或残留岩心时，压力要小，转数要低，给进要慢，以免阻力过大，扭断钻杆。4.减压钻进时，开机前，必须先将钻头提离孔底。5.孔内岩粉过多，阻力过大时，不得冒然开机。6.施工过程中，要认真垫好机台，保持钻孔允许的弯曲度，防止处理事故或下偏斜器后孔身发生急弯。7.不得使用过度磨损、有缺陷或裂纹、过度弯曲、不同心的钻具。8.钻具各连接部分丝扣要对正并拧紧。9.认真检查卷扬升降机的制动装置、提引器、夹持器、钢丝绳等是否工作可靠，发现问题应及时处理。操作钻机人员应与下手人员紧密结合，互相关照，动作协调。以免发生跑钻事故。（三）尽量采用小口径钻进，做到钻具级配合理采用小口径钻进，才有可能缩小钻杆直径与钻孔直径的差值。钻具级配合理，就可以最大限度地减少钻具与孔壁或套管壁的环状间隙。配合乳化液洗孔，就能减少钻具磨损，降低回转阻力，使钻杆工作稳定。四、钻具折断、脱落、跑钻事故的处理方法单纯的钻杆折断、脱落和跑钻事故的处理方法比较简单，主要是采用各种丝锥打捞。如果这类事故是因卡钻、烧钻等事故所引起，或者发生这类事故后又伴生夹钻、埋钻等事故，除需打捞孔内钻具外，还需要根据其它事故性质和情况分别按前述方法处理。这样处理起来就比较困难和麻烦。打捞孔内事故钻具之前，首先必须认真检查提上来的断头，根据上部断头的情况，选择适当的打捞工具，然后迅速进行打捞。钻具刚断就起上的，断痕很新，说明下面断头没有变形。如果上部断头已磨成锥形或喇叭口，但变形不大，而起钻前又没有进尺的，则孔内断头的变形也不大。有的断口虽光滑平齐，但上面有相同高度的整齐的磨痕，并在起钻前仍有进尺感觉的，则说明下部断头已被钻裂劈开。用丝锥打捞孔内钻具时，判别丝锥是否对上孔内断头，是顺利排除事故的关键之一。判别丝锥对上断头和吃扣的方法如下：1.如果下入孔内的丝锥找上了断头，在孔口用管钳拧动钻杆时，越拧越上劲，用液压压起钻具时感到比以前沉重，这说明已经捞上断头。2.如果丝锥未对上，而插到断头的侧面，一般可以从机上余尺变少判别出来。倘若当时余尺情况不清。则只好从吃扣的具体反应加以判断，主要会发生两种情况：一种是丝锥挤到断头与孔壁之间，此时在孔内回转钻杆，愈回转感到劲愈大，但大到一定程度之后，啪啦响一下，就没有劲了；再回转，又感到有劲，继续扭转时，啪啦一声，又没劲了。这种重复现象，说明肯定没有套上断头。另一种是丝锥插到孔壁里，此时在孔口回转钻具时，常会感到回转阻力均匀，即不增大也不减少，并且没套扣声音；有时开始回转有劲，但过一会劲又慢慢减小，下面总是没有声音，提动钻具向下接触时，也没有明显的震动力。3.有时丝锥虽然对上断头，但无论如何也套不上，其表现是回转钻具始终没有劲。一种情况可能是断头不规整，丝锥因而不能完全扣上断头，另一种情况是断头太细，顶到母锥内膛上了。4.丝锥下到一定孔深后被阻，似乎碰到了断头，但在孔口回转钻杆时没有劲，而机上余尺又变多，这种情况多半是断头上部被坍塌物阻塞。根据断头的不同情况，有以下相应的打捞工具和处理方法。（一）钻杆断脱的处理1.断头是比较平齐或完整的钻杆、接头或接箍 一般采用同级的普通公锥或母锥捞取。如果是钻具跑钻、脱扣，还可以用原来上部的接头、接箍或钻杆丝扣直接对取。2.断头是较大的斜杈，或有劈岔 这种情况发生在钻杆顶部，一般可用通心母锥捞取。当孔内事故钻具阻力较大，拉不动时，可反出事故钻杆。3.断头靠贴孔壁当断头歪倒在钻孔超径不太大的孔壁一侧时，用普通公、母锥均不能对上时，可采用带导向罩的公锥捞取，如图8-42所示。当接触钻杆断头后，宜用钳子回转钻具，并徐徐下降，使导向罩套上断头，丝锥便易对上事故钻杆。当断头靠贴孔壁并倒入空洞内，用带导向罩丝锥也捞不着时，还可以用带捞钩扶正器的公锥捞取。用钳子回转钻具，使钩子钩住钻杆，然后慢慢提动钻具，使导向罩脱离钻杆，但钻杆不脱离钩子，再慢慢下降钻具，钻杆断头便进入捞钩的导向罩并对上丝锥。上述捞取断头靠贴孔壁钻杆的方法，都是垂直打捞的方法。但时，用垂直打捞法有时不易对上钻杆头，或者接触到钻杆断头而从其侧部滑过去，所以可采取斜向捞取的方法。即是把连接丝锥的第一根钻杆弯成一定的角度，以便扩大丝锥在孔内的打捞范围。特别是孔内断头位置的空腔较大，钻杆断头在该位置歪斜较严重时，更需要采取这种方法。捞取靠孔壁的钻杆断头时，尽量使用公锥，因为公锥尖部与断头容易对上。在开始捞取时，弯钻杆的度数不宜过大，要根据钻杆断头偏藏的情况决定其大小。一般来说，弯度应由小到大。（二）岩心管断脱的处理岩心管折断和脱落后，从提上来的岩心管断头，可以判明下头的情况。如上部断头呈锥形或喇叭形，则是套磨所致，可以推断下部断头是整齐的；如上部断头光滑平整，在侧面有磨痕，则是骑磨的结果，可以推知下部岩心管断头已经破裂，破裂长度可用是上部断头侧面磨痕的高度量出。如上部断头丝扣完整，则说明脱落后下部断头尚未损坏。凡下部断头丝扣未损坏的，可下入新的接头或岩心管，将丝扣合上，把事故钻具捞出。凡从岩心管或接头处断脱的，一般用套管公锥捞取。如果断头已被钻裂，则不能使用套管公锥捞，否则会把裂口处撑开，使外径增大，反而增加事故的复杂性，这时可用捞管器捞取。（三）钻头脱落的处理处理钻头脱落有三种情况：1.扫孔时掉钻头 但钻头内没有岩心，这种情况多半是扫孔时因钻头与孔壁直接挤夹引起的，可直接用公锥捞取。2.钻进过程中掉钻头 钻头内有岩心，在这种情况下，首先要把上边的岩心取出，如图8-50-（1）所示。如果钻头丝扣完整，可用岩心管去对接。否则可用长度0.50.8m的小径钻具透扫事故钻头0.20.3m。并取出小径岩心，由于震击和冲洗液循环，钻头侧部的挤夹力大大减轻，提出小径钻具时可能将事故钻头带上来。如果带不上来