王魯朝

（1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264000；2.山東省海洋地質(zhì)勘查院，山東 煙臺(tái) 264000）

伴隨著我國地質(zhì)勘探對(duì)礦產(chǎn)資源勘探的深入研究，人們對(duì)礦山鉆探工程越來越重視。但是，隨著淺層礦產(chǎn)資源開采量的減少，鉆探活動(dòng)逐漸向深層發(fā)展。所以鉆井施工條件也變得日益困難，深部地層條件也隨之日益復(fù)雜，對(duì)鉆孔事故的防范要求日益嚴(yán)格[1]。

20世紀(jì)50年代以前，由于開采地下礦產(chǎn)資源時(shí)鉆探技術(shù)的不可替代性，以及對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量日益增長(zhǎng)，西方的一些發(fā)達(dá)國家從第二次世界大戰(zhàn)的陰影中復(fù)蘇，并在經(jīng)濟(jì)上強(qiáng)勢(shì)崛起，開始實(shí)施礦山鉆探工程中的深部地質(zhì)勘探計(jì)劃。深部鉆探對(duì)鉆具的研制、鉆探設(shè)備的配置、鉆探技術(shù)研究等方面都提出了更高的要求。在此階段，國外的發(fā)達(dá)國家通過多年以來對(duì)礦山鉆探關(guān)鍵技術(shù)的研究與突破，已形成一套完整的鉆孔技術(shù)手段和設(shè)備[2]。不管是鉆探工程的鉆井工藝還是泥漿工藝，鉆井設(shè)備和鉆具的應(yīng)用都在日趨完善。

現(xiàn)階段，在礦山鉆探工程中，我國礦產(chǎn)資源的整體勘查水平仍然比較低，只探明三分之一左右的礦產(chǎn)資源，但總體分布范圍比較廣泛。我國在開發(fā)利用礦產(chǎn)資源方面具有很大的地質(zhì)勘探和鉆探潛力。目前，我國礦山勘探工程的地質(zhì)勘探深度普遍低于西方發(fā)達(dá)國家，鉆井工程的鉆探深度主要集中在淺層和中淺層中。鉆進(jìn)施工技術(shù)中有許多問題需要解決[3]。但是近幾年國內(nèi)固體礦產(chǎn)勘探工作量逐年增加，極大地推動(dòng)了我國礦山鉆探工程中鉆井施工技術(shù)的迅速發(fā)展。

本文針對(duì)礦山鉆探工程中的鉆孔事故，對(duì)其進(jìn)行了預(yù)防處理分析，從而提高了礦產(chǎn)資源的開采效率。

1 礦山鉆探工程中的鉆孔事故分析

1.1 燒鉆事故分析

根據(jù)礦山鉆探工程中的地質(zhì)特點(diǎn)以及礦產(chǎn)資源勘探施工的經(jīng)驗(yàn)，燒鉆事故的類型主要包括以下幾類：

第一，在礦山鉆探工程施工過程中，由于鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)的不合理性，導(dǎo)致鉆速較高，立軸轉(zhuǎn)速也會(huì)隨著變高，沖洗液在輸送過程中泵量低，導(dǎo)致井底的鉆頭磨損非常嚴(yán)重，鉆頭持續(xù)輕微燒損，直至壽命明顯下降，最終使其燒損。

其次，由于礦山勘探工程的地層原因，在鉆孔過程中，地層處于松軟或破碎狀態(tài)，進(jìn)尺處于盲目區(qū)域，對(duì)鉆頭施加壓力，使鉆頭鉆入巖石的深度較深，沿孔底的碎屑未能及時(shí)清除出孔內(nèi)，造成了嚴(yán)重的燒鉆事故。

再次，在礦山鉆探工程的施工時(shí)，鉆桿受力較大，連接鉆桿的螺紋不能承受較大的壓力，會(huì)產(chǎn)生過多的磨損和斷裂，造成沖洗液在施工中途就會(huì)發(fā)生泄漏，井底供油不足，引發(fā)燒鉆事故。

最后，由于停鉆或提鉆的時(shí)間比較長(zhǎng)，導(dǎo)致巖屑或碎石殘留物在孔洞內(nèi)出現(xiàn)沉淀，鉆孔之前不能充分沖刷，造成鉆孔水道堵塞，從而發(fā)生燒鉆事故。

礦山鉆探工程中鉆孔鉆至井下1012.55米時(shí)，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的燒鉆事故。當(dāng)鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到255 r/min時(shí)，鉆具旋轉(zhuǎn)阻力就會(huì)突然增加，鉆孔設(shè)備的工作電流也隨之急劇增加，但是鉆孔泵壓是正常的，井底鉆具被燒結(jié)成巖，同時(shí)由于鉆具的提升力過大，導(dǎo)致孔內(nèi)鉆桿被拔出，分析出礦山鉆探工程中的燒鉆事故比較嚴(yán)重。

1.2 卡埋鉆事故分析

礦山鉆探工程施工過程中，卡埋鉆事故是井下事故的多發(fā)部位。造成卡埋鉆事故的因素很多，卡埋鉆事故的類型也很多，尤其是深孔復(fù)雜地層的卡埋鉆施工，由于地質(zhì)因素造成的事故更多。在此類事故發(fā)生時(shí)，如何準(zhǔn)確地掌握井下情況，采取有效的技術(shù)措施來處理十分重要[4]。

礦山鉆探工程中，發(fā)生卡埋鉆事故的原因有很多，主要原因如表1所示。

表1 卡埋鉆事故的類型與原因

通過對(duì)礦山鉆探工程近幾年的施工鉆孔卡鉆事故的案例分析，發(fā)現(xiàn)卡鉆事故的主要類型是：一是落塊等復(fù)雜地層的井壁塌陷失穩(wěn)而引起的卡鉆事故，在所有事故中所占比例較高，多數(shù)事故的后果都比較嚴(yán)重，處理起來相對(duì)困難。二是由于強(qiáng)烈的鉆孔漏水現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆探工程出現(xiàn)卡鉆，發(fā)生卡埋鉆事故。三是礦山鉆探工程的施工中操作不當(dāng)，如起下鉆時(shí)孔壁壓力的波動(dòng)，鉆頭與孔壁之間發(fā)生碰撞；起鉆時(shí)灌漿不及時(shí)，造成孔壁壓力不平衡；沖洗液的性能不符合鉆孔要求，沖蝕作用強(qiáng)烈等因素，造成孔壁失穩(wěn)，從而造成卡鉆事故。

2 礦山鉆探工程中鉆孔事故的預(yù)防處理分析

對(duì)燒鉆事故的處理，首先要了解礦山鉆探工程的施工情況，了解鉆孔內(nèi)部的分層情況，從而判斷鉆孔底部的燒鉆程度，并采取及時(shí)有效的預(yù)防和處理措施。針對(duì)礦山鉆探工程中不同的燒鉆情況，采取相應(yīng)的處理措施。如果是輕微燒鉆事故，應(yīng)立即用卷揚(yáng)機(jī)將鉆頭卷起，并在輕微旋轉(zhuǎn)時(shí)將鉆頭卷起。如預(yù)防處理無效，可用吊車吊起。完整的燒鉆地層比較穩(wěn)定，井底的環(huán)境比較干凈。鉆頭燒結(jié)部位用清水浸漬，使燒結(jié)部位變軟。由于熱脹冷縮機(jī)制的存在，導(dǎo)致在冷卻后的燒結(jié)部位產(chǎn)生裂紋，從而使提升鉆具這一程序易于處理[5]。在復(fù)雜的地層中進(jìn)行燃燒鉆井，由于鉆孔條件比較復(fù)雜，難以準(zhǔn)確地掌握。沖洗液以泥漿和高粘度非固態(tài)沖洗液為主，孔壁環(huán)隙小，沉積粉狀巖屑對(duì)鉆孔有一定吸附作用。長(zhǎng)時(shí)間停止鉆井將使井下的情況更加復(fù)雜。對(duì)此類燒鉆事故的處理，要做到安全、準(zhǔn)確、及時(shí)。別舉太高，否則會(huì)損壞設(shè)備。如果用吊車吊裝或千斤頂?shù)跹b燒結(jié)無法解除，應(yīng)先將鉆孔內(nèi)的鉆桿反推，再用套管、劈開、打孔等方法處理。

在處理卡埋鉆事故時(shí)，當(dāng)卡埋鉆事故發(fā)生以后，應(yīng)該根據(jù)鉆孔內(nèi)部的具體情況，迅速、準(zhǔn)確地確定卡鉆的具體位置。通過合理的研究和選擇，確定卡埋鉆事故處理方案，運(yùn)用快速、經(jīng)濟(jì)且有效的事故處理技術(shù)和相關(guān)工具，消除卡埋鉆事故存在的隱患。尤其對(duì)于深孔段的卡埋鉆事故，由于其具有一定的復(fù)雜性和特殊性，一般的處理方法會(huì)有很多限制。所以事故處理方案必須根據(jù)鉆孔的實(shí)際情況而定。與此同時(shí)，在卡埋鉆事故發(fā)生以后，不要猛拉、猛抬鉆孔設(shè)備。盡可能維持大量的沖洗液處于循環(huán)狀態(tài)，盡可能上下移動(dòng)使其緩慢旋轉(zhuǎn)?？胥@事故的預(yù)防處理方法有如下幾點(diǎn)：

一是當(dāng)鉆孔工具被巖塊卡住或淤塞，但是沖洗液的循環(huán)水路比較通暢時(shí)，必須加大鉆孔工具的泵量來沖洗鉆孔，同時(shí)采用間歇性循環(huán)的技術(shù)，調(diào)整鉆孔清洗液的鉆探性能，使其可以便于攜帶巖粉，將卡埋鉆點(diǎn)掉落的碎石沖開，從而達(dá)到解卡的目的。

二是盡量多嘗試活動(dòng)性的鉆孔工具，利用強(qiáng)拉慢放的方式緩慢拉動(dòng)鉆具。

三是采用打吊錘的方法通過鉆桿之間傳遞的震動(dòng)力將卡鉆解除，但是打吊錘的方法不適合在嚴(yán)重坍塌的事故中使用，會(huì)降低卡鉆效果。

四是由于坍塌和掉塊造成的卡埋鉆事故可以使用低一級(jí)的巖心管來震松卡點(diǎn)。

五是針對(duì)難度較大的卡埋鉆事故，可以采用擴(kuò)孔鉆進(jìn)，降低轉(zhuǎn)速來清壓掃孔，將鉆孔擴(kuò)大到卡埋鉆事故鉆具，將鉆孔工具套進(jìn)之后，再逐漸擴(kuò)大鉆孔。

對(duì)于復(fù)雜孔內(nèi)卡鉆和埋鉆事故，通常的處理方法是無效的，可以考慮采用切削、銑刨等方法對(duì)卡埋鉆事故的鉆桿和鉆具進(jìn)行分段切割、打撈，然后用銑刨的方法清除剩余的鉆具。對(duì)于卡埋鉆事故，尤其是難以處理的卡埋鉆事故，可以采用偏心裝置側(cè)鉆來繞過卡埋鉆事故孔。

3 結(jié)束語

本文提出了礦山鉆探工程中的鉆孔事故及其預(yù)防處理分析，礦山鉆探工程中如果發(fā)生了鉆孔事故，鉆孔的鉆進(jìn)質(zhì)量、鉆進(jìn)效率、礦山的安全生產(chǎn)以及鉆孔的成本都會(huì)受到一定影響，因此，科學(xué)地分析礦山鉆探工程中的鉆孔事故原因，準(zhǔn)確判斷出鉆孔事故的成功處理關(guān)鍵。本文詳細(xì)分析了礦山鉆探工程中的鉆孔事故，對(duì)鉆孔事故的預(yù)防和處理具有一定的理論價(jià)值和指導(dǎo)意義，但是在礦山鉆探工程的鉆孔安全方面還需要做出進(jìn)一步研究，為礦產(chǎn)資源的安全開采提供理論依據(jù)。