萬 億，韓 柳

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源鉆探工程孔內(nèi)事故處理分析

萬 億，韓 柳

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

通過AKT2孔的施工，可以較為全面的取得該區(qū)域各項水文地質(zhì)參數(shù)，用于評價地?zé)豳Y源，為開采地?zé)崮芴峁┮罁?jù)。以新疆溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查項目AKT2號勘探孔為研究對象，在對該鉆孔地質(zhì)條件全面分析的基礎(chǔ)上，對AKT2鉆孔卡鉆的事故背景和事故原因進(jìn)行分析，并提出了具體的事故處理方法和施工建議，從而對后續(xù)易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，進(jìn)而保證后續(xù)工作的正常開展。

卡鉆事故；事故原因；事故處理；地?zé)徙@探

本文在“新疆溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查”項目背景下，根據(jù)任務(wù)書要求開展了溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查工作，為溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源試采及進(jìn)一步勘查與開發(fā)遠(yuǎn)景規(guī)劃的制定提供依據(jù)。該基礎(chǔ)測試孔AKT2位于新疆溫泉縣公路局職工宿舍樓北側(cè)，主要為博格達(dá)爾溫泉所在區(qū)域地?zé)崽?，該鉆孔于2014年7月6日開始施工，當(dāng)鉆進(jìn)至孔深563.76 m處使用測溫儀器進(jìn)行孔底測溫后，由于該孔地層在550～600 m范圍內(nèi)較為破碎且不穩(wěn)定性，造成了AKT2鉆孔卡鉆事故。因此，本文結(jié)合相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-5]，對AKT2鉆孔卡鉆的事故背景和事故原因進(jìn)行分析，并提出了具體的事故處理方法和施工建議，從而對后續(xù)易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，從而保證后續(xù)工作的正常開展。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 氣象水文

研究區(qū)地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，具典型的大陸性中溫帶半干旱氣候特點。由于溫泉縣南、北、西三面環(huán)山，中間是博爾塔拉河沖洪積傾斜平原，地勢西高東低，全縣范圍氣溫東高西低，降雨量西多東少，日照東多西少。全年盛行西風(fēng)。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的河流為博爾塔拉河。發(fā)源于別珍套山和阿拉套山匯合處的空郭羅鄂博山的艾生大坂，流域海拔高度3 280 m，由西向東流經(jīng)溫泉縣境，河長150 km，流域面積2 206 km2。該河多年平均徑流量3.29×108m3。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于北天山西段博爾塔拉河斷裂(在區(qū)域上為博羅科努-阿其克庫都克斷裂的西延部分)以南，按大地構(gòu)造單元劃分屬于一級構(gòu)造單元天山褶皺系(Ⅲ)—二級構(gòu)造單元博羅科努地槽褶皺帶(Ⅲ1)—三級構(gòu)造單元賽里木隆起(Ⅲ11)和博樂山間坳陷。由于受南北向應(yīng)力作用及斷塊差異性升降運(yùn)動的影響，在區(qū)域上形成了一系列平行的褶皺和斷裂，與研究區(qū)溫泉出露控制有關(guān)的區(qū)域構(gòu)造斷裂為博爾塔拉河斷裂。

1.3 地層巖性

研究區(qū)內(nèi)的地層根據(jù)物探電性資料大致分：(1)0～200 m為第四系地層，巖性主要由粘土、礫石等組成，厚度200 m左右；(2)200～600 m為中石炭統(tǒng)東圖津河組地層，巖性以石英砂巖、長石砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r為主，厚度400 m左右；(3)大于600 m推測為中元古界晚期變質(zhì)巖地層，巖性以石英片巖為主。此外，由于受斷裂構(gòu)造控制，第四系以下200～800 m左右推斷巖體破碎程度較高。

1.4 儲層特征

研究區(qū)儲層地層主要為一套沉積環(huán)境的濱-淺海相的碎屑巖及變質(zhì)巖類，局部有酸性脈巖。巖性主要為灰綠色、灰褐色中細(xì)粒長石巖屑砂巖、凝灰質(zhì)粉砂，石英片巖，但在局部巖性以花崗斑巖、花斑巖、霏細(xì)斑巖為主。

2 AKT2鉆孔卡鉆事故背景

該地?zé)豳Y源野外鉆探勘查基礎(chǔ)測試孔位于新疆溫泉縣公路局職工宿舍樓北側(cè)。該鉆孔于2014年7月6日開始施工，根據(jù)該孔地層破碎情況和上部第四系地層不穩(wěn)定性，確定在550～600 m實施測井，測井完畢后下入Φ108 mm套管后，使用水泥固井。但是，當(dāng)同年8月9日14時50分采用Ф122 mm金剛石復(fù)合片鉆頭配套繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至孔深563.76 m處，提離鉆孔底部2.90 m，卸開主動鉆桿后，采用撈茅頭提出內(nèi)管內(nèi)的巖芯，巖芯提出后，15點15分使用測溫儀器進(jìn)行孔底測溫，16點10分測溫完畢后準(zhǔn)備加單根，因孔口卡瓦位置不正，將鉆具提離孔口進(jìn)行修正，使用提引器在上提鉆具時，大鉤鋼絲繩與提引器連接的鋼絲繩(12分鋼絲繩四股)斷裂，鉆具連提引器掉入井內(nèi)，提引器位置距離孔口約2.5 m，更換鋼絲繩使用2股鋼絲繩(鋼絲繩尺寸22分)一邊連接大鉤一邊連接提引器進(jìn)行多次提拉，持續(xù)約1小時，提拉不動后，將提引器脫離鉆桿頭部，下入3個短節(jié)(總長約2.5 m)與鉆桿頭部相連接，上部與主動鉆桿相連，約1 h 40 min連接成功，開泵循環(huán)，使用主動鉆桿連接鉆具向上提拉并左右轉(zhuǎn)動，以使鉆具松動，循環(huán)過程中約15 min將清水做為泥漿注入至孔內(nèi)，鉆具仍無反應(yīng)，經(jīng)過多次提拉、轉(zhuǎn)動，仍然未見鉆具松動。22時10分泵壓增高至10 MPa，鉆孔環(huán)空無泥漿返出，泥漿無法循環(huán)，處理事故失敗，鉆具無法提出，造成埋鉆事故。

3 AKT2鉆孔卡鉆事故原因

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)情況，以及結(jié)合鉆孔施工工藝，該鉆孔發(fā)生卡鉆的事故原因主要有以下幾條：

(1)繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至孔深563.76 m處后，正常進(jìn)行巖芯提撈工作，提撈巖芯后，未進(jìn)行有效循環(huán)，進(jìn)行孔底測溫工作，鉆具長時間處于靜止?fàn)顟B(tài)，鉆具在井內(nèi)時間停留將近1小時30分鐘，預(yù)測造成吸附卡鉆。

(2)鉆具發(fā)生卡鉆事故后，進(jìn)行強(qiáng)力起拔，鋼絲繩斷裂鉆具掉入孔底，提引器距離孔口2.5 m，使用鋼絲繩連接提引器提拉及連接主動鉆桿累計耗費(fèi)時間將近2小時30分鐘，造成在鉆具在孔底吸附卡鉆程度增加。

(3)鉆具連接方鉆桿后，正常循環(huán)，在此過程中，未進(jìn)行泥漿性能調(diào)整(如加入增粘劑、解卡劑、潤換劑等)，注入15分鐘清水，造成泥漿性能發(fā)生大幅度變化，泥漿內(nèi)巖屑沉積或井壁坍塌造成埋鉆事故。

(4)依據(jù)現(xiàn)場施工情況看，鉆進(jìn)用泥漿性能不穩(wěn)定，泥漿內(nèi)固相含量很高，沉淀池小，泥漿性能不穩(wěn)定及泥漿凈化能力差，是造成一系列事故的間接原因。

4 AKT2鉆孔卡鉆事故處理

4.1 事故處理方法選擇

針對目前出現(xiàn)的問題，鉆具發(fā)生埋鉆事故，且泥漿無法循環(huán)，鉆具無法從孔內(nèi)提出，有兩種方式可以解決：

4.1.1 第一種處理方法

目前孔內(nèi)鉆具組配情況如下：Ф122 mm金剛石復(fù)合片繩索取芯鉆頭+擴(kuò)孔器+繩索取芯鉆具+擴(kuò)孔器+彈卡室+Ф114 mm繩索取芯鉆桿。

依據(jù)孔內(nèi)鉆具配套情況，如表1所示，可將目前的Ф114 mm鉆桿作為一開套管，無論是繩索取芯鉆具外管內(nèi)徑還是Ф114 mm繩索取芯鉆桿內(nèi)徑均大于95.5 mm，Ф95 mm繩索取芯鉆頭可以下入至Ф122 mm繩索取芯鉆具外管內(nèi)，采用Ф95 mm金剛石繩索取芯鉆頭將Ф122 mm金剛石復(fù)合片繩索取芯鉆頭從內(nèi)部磨掉，將原有Ф122 mm鉆頭內(nèi)徑85 mm變成95 mm，可以滿足Ф95 mm繩索取芯鉆具進(jìn)行后續(xù)二開工作。

表1 繩索取芯鉆具配套尺寸表 mm

二開鉆具組配如下：Ф95 mm金剛石繩索取芯鉆頭+擴(kuò)孔器+繩索取芯鉆具+擴(kuò)孔器+彈卡室+Ф95 mm繩索取芯鉆桿+機(jī)上變絲+主動鉆桿。

主要存在的問題有：

(1)因鉆具在孔內(nèi)無法提出，無法進(jìn)行電測井工作；

(2)因無法送漿，嘗試在目前使用泥漿泵送漿在10 MPa壓力下，雖能保證目前下部密封性良好，但使用Ф114 mm鉆桿作為一開套管，固井無法將水泥漿返至地表，造成固井情況無法驗證。

4.1.2 第二種處理方法

使用反絲鉆桿將目前Ф114 mm鉆桿逐步提出鉆孔，只預(yù)留Ф122 mm取芯鉆具，采用Ф215.9 mm鉆頭沿巖芯取芯軌跡進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔完畢后進(jìn)行大泵量沖孔，下入套銑鉆具將Ф122 mm鉆具提出孔外。

但是由于上部有400多m大段的砂礫石，結(jié)構(gòu)較為松散，在反絲過程中，無法進(jìn)行泥漿循環(huán)，泥漿護(hù)壁作用差，上部地層坍塌易造成反絲鉆具提出部分鉆桿后無法繼續(xù)進(jìn)行，孔壁坍塌巖屑將鉆桿填埋造成井孔報廢。

4.2 事故處理方法建議

本次事故發(fā)生有多種因素存在，主要原因為長時間不活動鉆具，次要原因為發(fā)現(xiàn)卡鉆不連接主動鉆桿循環(huán)而使用鋼絲繩強(qiáng)力起拔，循環(huán)過程中不調(diào)整泥漿性能，循環(huán)過程中注入清水，泥漿性能不穩(wěn)定等，集合多種原因最終造成此次事故。從事故處理原則上綜合分析，建議選擇第一種處理方法，以減少處理成本及處理風(fēng)險。將目前孔內(nèi)Φ114 mm鉆具做為一開套管使用，使用水泥漿對Φ122 mm取芯鉆頭頂部采用水泥固井，固井程度以最大注入水泥漿量為原則，在Φ114 mm鉆桿內(nèi)下入Φ95 mm鉆具進(jìn)行二開鉆井工作。

此外，在處理過程中要遵循以下建議：

(1)對現(xiàn)場泥漿池重新開挖，現(xiàn)場布設(shè)2個泥漿沉淀池，并增加泥漿循環(huán)槽長度(建議長度10～15 m)。

(2)對使用的泥漿性能適時觀測、調(diào)整并記錄，確保泥漿性能滿足要求，尤其對泥漿含沙量測量并進(jìn)行嚴(yán)格控制。

(3)吸取這次事故教訓(xùn)，下入內(nèi)管取芯前，泥漿徹底循環(huán)一周，在繩索取芯內(nèi)管提出取芯后，孔底測溫工作進(jìn)行前，活動鉆具并循環(huán)泥漿，確保泥漿性能滿足要求后，方可進(jìn)行，禁止在取芯完畢后直接進(jìn)行測溫工作，以免造成鉆具在井內(nèi)時間過長發(fā)生吸附卡鉆事故。若遇設(shè)備需進(jìn)行長時間維修時，鉆具在孔內(nèi)需長時間靜止，靜止時間不得超過3 min。

(4)對目前施工地層情況，與AKT1施工過程進(jìn)行地層對比，對560～800 m井取芯過程進(jìn)行總結(jié)，易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，從而保證后續(xù)工作的正常開展。

5 結(jié)語

(1)該AKT2鉆孔位于新疆溫泉縣公路局職工宿舍樓北側(cè)，主要為博格達(dá)爾溫泉所在區(qū)域地?zé)崽?，設(shè)計孔深1 400 m，該鉆孔于2014年7月6日開始施工，通過AKT2孔的施工，可以較為全面的取得該區(qū)域各項水文地質(zhì)參數(shù)，用于評價地?zé)豳Y源，為開采地?zé)崮芴峁┮罁?jù)。

(2)當(dāng)該AKT2鉆孔鉆進(jìn)至孔深563.76 m處使用測溫儀器進(jìn)行孔底測溫后，由于該孔地層在550～600 m范圍內(nèi)較為破碎且不穩(wěn)定性，造成了AKT2鉆孔卡鉆事故。對AKT2鉆孔卡鉆的事故背景和事故原因進(jìn)行分析，并提出了具體的事故處理方法和施工建議，從而對后續(xù)易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，從而保證后續(xù)工作的正常開展。

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2017-04-05

萬億(1983-)，男，遼寧鐵嶺人，工程師，主要從事水文地質(zhì)勘探和鉆探施工方面工作。

P641.72

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1004-1184(2017)04-0216-02