翟育峰

(山東省第三地質礦產勘查院，山東 煙臺 264004)

汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-4S孔卡鉆事故處理

翟育峰

(山東省第三地質礦產勘查院，山東 煙臺 264004)

汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-4S孔地層復雜，鉆探施工難度大，孔內縮徑、坍塌、掉塊事故頻發(fā)，給鉆探施工帶來了極大的困難。就WFSD-4S孔在孔深517 m發(fā)生的卡鉆事故進行了詳細的闡述，分析發(fā)生卡鉆事故的原因及條件，采用了強力起拔、反鉆桿、可退式打撈矛打撈、套銑等手段，最終成功處理該起卡鉆事故。該起事故的經驗，為同類事故的處理提供借鑒及參考。

汶川地震斷裂帶；科學鉆探；粘附卡鉆；套銑；解卡液；WFSD-4S孔

0 引言

汶川地震斷裂帶科學鉆探項目由國土資源部、國家地震局聯(lián)合組織實施，我院受中國地質科學院地質研究所委托擔任WFSD-4S孔的鉆探施工任務。

該孔位于已經終孔的WFSD-4孔附近，處于汶川地震的主斷裂帶上，鉆遇地層復雜，鉆孔經常發(fā)生掉塊卡鉆、縮徑卡鉆事故，我院借鑒已經完鉆的汶川科鉆其他鉆孔的施工經驗，及時的調整了沖洗液及鉆進工藝，保障了鉆孔的順利終孔。

1 工程概況

WFSD-4S孔于2014年9月22日開鉆，鉆孔一開采用?219 mm硬質合金鉆頭鉆進，鉆進至30.60 m下入孔口管固井，二開采用?165 mm金剛石復合片鉆頭鉆進。2014年10月19日，鉆進至552 m時，換?122 mm金剛石提鉆取心鉆具，鉆進至792 m后下入?146 mm套管至552 m，然后采取“架橋”的方式用水泥漿固井，三開采用?122 mm金剛石提鉆取心鉆進順利終孔，鉆孔結構見表1。

表1 WFSD-4S孔鉆孔結構

2 事故經過

鉆孔從150 m開始經常發(fā)生掉塊卡鉆事故，通常采用強拉慢轉就能解決，鉆進至517 m發(fā)生卡鉆事故(鉆頭?165 mm，鉆桿?114 mm,)，扭矩變大，泥漿泵泵壓正常。強力上提下放鉆具均不動，強力用轉盤轉動鉆具亦不動。當班班長在強拉慢轉處理卡鉆事故的過程中扭斷鉆桿。

3 事故處理措施

3.1 錐子打撈

鉆桿扭斷后，考慮到環(huán)狀間隙較大，采用公錐打撈存在錐子吃偏的可能性，所以直接采用的反絲母錐，把下部斷裂鉆桿從接箍處反開后再接上?114 mm鉆桿繼續(xù)處理孔內卡鉆事故。但是接上鉆桿后還是強拉不動，孔內沖洗液循環(huán)正常，分析可能是掉塊在鉆具處卡的非常緊另外還存在粘附卡鉆的可能性。

3.2 采用反絲鉆桿處理

強拉慢轉處理無果后開始采用反絲鉆桿處理孔內卡鉆事故，第一次下反絲鉆桿反上來27 m ?114 mm鉆桿。反鉆桿的時候扭矩很大，反絲公錐磨損嚴重。第二次下反絲鉆桿扭矩還是很大，多次反都沒有反開，而且鉆桿還被反絲錐子“吃”劈。采用中國地質科學院勘探技術研究所研發(fā)的可退式打撈矛下孔撈取劈裂的鉆桿，嘗試多次后才反上來一根鉆桿，打撈矛的卡瓦還被扭斷一片(見圖1)，而且鉆桿外壁有厚厚的泥皮(見圖2)，種種跡象表明孔內鉆桿極有可能是發(fā)生了粘附卡鉆事故。

圖1 損壞的可退式打撈矛

圖2 被粘附的鉆桿

3.3 用?146 mm套管套銑

為了驗證孔內鉆桿是否發(fā)生了粘附卡鉆事故，在?114 mm鉆桿下部連接了30 m ?146 mm套管套銑孔內的鉆桿，計算好孔深套銑到相應孔深后提鉆，然后下入反絲鉆桿反孔內事故鉆桿，扭矩不大就順利的反上來30 m孔內事故鉆桿，進一步驗證了孔內鉆桿發(fā)生了粘附卡鉆事故。繼續(xù)采用?146 mm套管套銑的辦法處理孔內剩余事故鉆桿，為了加大套銑進度，第二次在?114 mm鉆桿下部連接了60 m的?146 mm套管套銑。

3.4 配置解卡劑解卡

第二次采用?146 mm套管套銑孔內事故鉆桿的過程中，當班班長在套銑到相應孔段位置后停泵檢修設備，設備修好后(大約10 min)，?146 mm套管套銑鉆具拉不動，轉不動，沖洗液循環(huán)正常，分析?146 mm套管極有可能也被粘附住了?，F(xiàn)場立即采用柴油浸泡解卡，根據(jù)?146 mm套管所在孔段，計算好柴油用量及替漿水量，然后灌注至孔內，浸泡了約8 h后采用強拉慢轉的方式還是不能解卡，為此，向相關專家進行了咨詢后，現(xiàn)場決定采用具有表面活性劑的洗衣粉作為解卡劑來處理孔內粘附卡鉆事故。洗衣粉按照5%的加量攪開，然后全孔灌注，把孔內的沖洗液全部替換出來，保持水泵循環(huán)，浸泡了約10 h以后，采用強力起拔的方式把孔內粘附的?146 mm套管處理了出來。

為了防止再次發(fā)生?146 mm套管粘附卡鉆，減少了每次套銑的套管數(shù)量(由60 m減為30 m)，同時循環(huán)沖洗液就用洗衣粉水。但是又帶來了新的問題，由于洗衣粉水長時間在孔內循環(huán)，破壞了孔壁上已經形成的維護孔壁穩(wěn)定的泥皮，造成孔內掉塊卡鉆及巖粉沉淀，致使每次套銑結束后，巖粉沉淀埋住孔內事故鉆桿，錐子無法吃住鉆桿。采用自制取粉管多次取粉(見圖3)，都無法徹底解決巖粉沉淀的問題，最后采用北京探礦工程研究所配置的雙聚物沖洗液體系，有效地起到了護壁攜粉效果，同時有效地降低了發(fā)生粘附卡鉆的幾率。

圖3 采用取粉管取出的孔內沉淀巖粉

繼續(xù)采用?146 mm套管套銑的辦法，換用雙聚物沖洗液體系，順利地將孔內粘附卡鉆的事故鉆具處理了出來，事故處理結束。

4 事故原因分析

4.1 客觀原因

鉆遇地層為水敏性地層，遇水極易膨脹、坍塌、縮徑。

4.2 主觀原因

(1)采用的沖洗液配比不合理，現(xiàn)場最初采用的沖洗液主要以LBM為主，加量在7%～8%，沖洗液以粘土型材料為主，單一且加量過大，容易在孔壁形成泥皮，這就為粘附卡鉆提供了基本條件。

(2)沖洗液的凈化不及時，現(xiàn)場配備了除泥器、除砂器，但是施工人員以各種理由推脫不予使用，造成沖洗液的密度、固相含量嚴重超標，為粘附卡鉆的發(fā)生埋下“伏筆”。

(3)鉆孔頂角的存在，為粘附卡鉆發(fā)生提供了又一條件，在517 m的時候鉆孔頂角達到了17°(垂直于主斷裂帶傾向)。

(4)長時間的鉆進不提鉆劃眼，使固相顆粒在孔壁上形成泥餅是發(fā)生粘附卡鉆的根本原因。

(5)設備檢修不提鉆，使鉆具長期處在孔內，是發(fā)生粘附卡鉆的又一因素。

(6)操作不當造成鉆桿折斷，進而導致事故鉆桿在孔內長期停留，進而引發(fā)了粘附卡鉆事故。

5 經驗體會

(1)當孔內發(fā)生卡鉆事故，沖洗液循環(huán)正常，而鉆具扭矩極大，無法上下活動及轉動的情況下極有可能是粘附卡鉆事故。

(2)在相對穩(wěn)定地層，盡可能使用無固相沖洗液，避免孔壁形成泥餅，能有效地降低粘附卡鉆事故發(fā)生的可能性。

(3)做好沖洗液固控工作，盡量清除沖洗液中的無用固相，能有效地預防粘附卡鉆事故。

(4)修泥漿泵時，要將鉆柱提到安全孔段，設備發(fā)生故障，不能轉動時，要上下活動，不能上下活動時，要力爭轉動。

(5)經常檢修泵壓表、指重表、扭矩表，保持靈敏可靠，以防做出錯誤的判斷。

(6)采用固相泥漿作為沖洗液時，正常鉆進要及時地進行劃眼作業(yè)，清除孔壁形成的泥餅。

(7)當判定孔內發(fā)生粘附卡鉆時，在發(fā)生卡鉆30 min內，接上震擊器，用震擊辦法有可能解卡，同時及時地更換沖洗液為清水或者洗衣粉水，用大泵量循環(huán)30 min，靜止30 min，反復多次，有可能解卡。

(8)如果清水和洗衣粉水無法解卡，則采用化學-物理方法處理粘附卡鉆。最后才考慮采用套銑的方法(該種方法工期長、成本高)。

6 結語

本次事故的發(fā)生和處理過程，使我們意識到，在使用固相泥漿作為沖洗液的鉆孔中，為確?？變劝踩乐拐掣娇ㄣ@的發(fā)生，要提高對沖洗液的認識及管理，及時測定及維護，使沖洗液性能符合設計要求，同時采用合理的鉆孔結構及鉆進工藝，選用適合的鉆進技術參數(shù)，保證孔身質量。另外，加強固控設備的管理及使用，能有效地降低粘附卡鉆等事故的發(fā)生，在發(fā)生粘附卡鉆事故時，要及時根據(jù)孔內情況作出準確的判斷，及時采用有效的處理措施。

[1] 李振杰,徐云鵬,王平,等.SR-28地熱井坍塌卡鉆事故的處理[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(9):49-51.

[2] 盧予北,劉志國,程存平,等.鉆井過程中鉆具吸附卡鉆事故成因與處理技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2004,31(12):33-35.

[3] 劉東柱.一起地熱井卡鉆事故的處理[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(8):23-28.

[4] 張統(tǒng)得,陳禮儀,賈軍,等.汶川地震斷裂帶科學鉆探項目鉆井液技術與應用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,41(9):139-145

[5] 陶士先,陳禮儀,單文軍,等.汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-2孔鉆井液工藝研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012,39(9):45-48

[6] 張偉,賈軍,胡時友,等.汶川地震斷裂帶科學鉆探項目鉆探施工進展綜述[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012,39(9):1-5

[7] 吳金生,張偉,李旭東,等.汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-4孔鉆探施工概況和關鍵技術[J].探礦工程,2014,41(9):120-125.

[8] 趙遠剛,樊臘生,李前貴,等.汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-4孔套管護壁技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,41(9):109-113.

[9] 羅光強,張偉,李正前,等.汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-4孔強縮徑地層鉆進工藝研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,41(9):130-132，138.

[10] 朱旭明,張曉西,翟育峰,等.汶川地震斷裂帶科學鉆探項目WFSD-4S孔取心鉆進技術[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2015,42(12):1-5.

Treatment of Sticking Accident in WFSD-4S of Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Project/

ZHAIYu-feng

The formations are extremely complicated in WFSD-4S of Wenchuan earthquake fault scientific drilling project, drilling was difficult with frequent wellbore shrinkage, collapse and block falling accidents, which brought great difficulties for the drilling construction. The sticking accident occurred at 517m depth is elaborated in detail, and the accident causes and conditions are analyzed. By means of forceful pulling, drill pipe reverse rotating, fishing by releasing spear, casing milling and some other ways, the sticking accident is smoothly processed. The treatment experience can be reference to the similar accidents.

Wenchuan earthquake fault; scientific drilling; pipe sticking; casing milling; spotting fluid; WFSD-4S

2016-03-29；

2016-12-07

科技部科技支撐計劃專項“汶川地震斷裂帶科學鉆探(WFSD)”項目之“科學鉆探與科學測井”課題

翟育峰，男，漢族，1984年生，勘查技術與工程專業(yè)，碩士，工程師，從事鉆探技術研究工作，山東省煙臺市芝罘區(qū)機場路271號，282163880@qq.com。

P634

A

1672-7428(2017)01-0015-03

(The Third Geological Team of Shandong Bureau of Geology and Mineral, Yantai Shandong 264004, China)