岩粉“悬桥”往往在以下环境力产生:
(1)岩粉“悬桥”多形成在钻孔换径处,换径次数越多,形成“悬桥”机会就越多。 (2)钻孔穿过天然溶洞的底部。
(3)在松软地层中钻进,冲洗液量大,孔壁被冲刷而形成超径孔段。
(4)岩块或其它可溶岩层,由于冲洗液的溶解,钻孔就严重超径,在超径孔段的底部,容易形成岩粉“悬桥”。
7.套管柱偏斜,管鞋突出 用套管护壁时,套管没有下直、下正,或没有下到基岩硬盘,或下套管换径后孔身弯曲,使得套管鞋突出于孔底,钻具提升时就会受阻。特别时钻具带有取粉管时,取粉管顶部往往被套管鞋挂住。如果组昂于粗径连接得不同心,更会加重上述情况的发生,如图8-28.
8.小物件落入孔内 由于操作不慎,粗心大意,将卡盘扳手、活动扳手等小工具、小物件掉落孔内,卡在组昂与异径接头连接处,使钻具受到卡阻。
二、事故发生前的征兆
钻具挤夹、卡阻事故发生前,都有一定的预兆和特征。掌握好这些征兆,及时采取预防措施,是避免发生这类事故的重要方面。
1.钻具提动和转动都有阻力,如涩滞、蹩劲等现象。下钻时常常发生遇阻“搁浅”。 2.提钻后岩心管和钻头有明显擦痕,或粗径钻具表明刮有岩泥、泥皮,取粉管内掉块增多,块度增大。
3.如果时掉块卡、夹钻,则钻进时有蹩车现象,提动钻具感到有劲;升降钻具时,不是突然卡住;开始往往可以活动一定距离。一般情况下孔内反水正常。
4.如果时探头石或键槽卡钻,卡钻位置不变,起下钻到此孔深就受阻,一般没有挤夹力,冲洗液可以正常循环。当粗径钻具与卡阻部份脱离接触时,钻具回转无阻。
5.如果是岩层错动和岩层遇水膨胀缩径卡钻、夹钻,除升降钻具遇阻,回转阻力增加外,还有蹩泵现象。
6.如果钻头与孔壁直接挤夹,钻具不能回转,提升阻力很大,送水时有蹩泵现象。 7.如果时钢粒挤夹钻具,夹钻初期能在较大泵压下开泵,但返水很小。如果孔内清洁,蹩泵不严重,稍许提动钻具蹩车程度减轻,下放钻具有蹩停车现象。如果孔内钻粉、岩粉较多,则钻具回转阻力很大,蹩泵现象也严重。
8.岩心与钻头或碎岩心挤在钻头与孔壁之间时,钻具回转阻力较大,提动钻具吃力,但不蹩泵,可能有骤然蹩车现象。
三、事故的预防
钻具挤夹、卡阻的原因很多,而且比较复杂,必须根据具体情况和出现的征兆,采取相应的预防措施,把事故消灭在萌芽状态。一般预防方法有:
1.在松软坍塌、掉块、裂隙发育、容易产生滑移和错动的岩层中钻进时,需千方百计地保持孔壁的稳定性。
(1)采用比重较大、粘度较高、失水量小、含沙量低的泥浆冲洗。经常保持泥浆的良好造壁性能,以维持孔壁的完整。
(2)钻具提出孔外时,孔内应注满泥浆,保持对孔壁有一定的液柱压力。 (3)冲洗液流速不应过高,以防计息冲刷作用冲垮松软的孔壁。 (4)钻具的转数要适当降低,以减轻钻杆对孔壁的震击。
(5)在坍塌、掉块严重的情况下,可采用粘土球固壁、灌水泥、下套管、高分子聚合物护孔等方法,保持孔壁稳定。
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(6)选择合适的钻进方法,采用合理的钻头结构和钻进参数,从生产管理和技术措施各方面保证尽快穿过复杂孔段。
2.在塑性大、遇水膨胀、钻孔缩径的岩层中钻进时,应采取以下办法制止缩径。 (1)采用失水量小、含沙量低、粘度不大的优质泥浆洗孔。 (2)在浅孔(200m以内)条件下采用无泵钻进。
(3)使用肋骨钻头钻进,保证粗径钻具与孔壁有足够的环状间隙。使大量的冲洗液畅通,而且有一定的缩径余地,避免发生钻具恶性挤夹。
(4)加强扩孔修整孔壁的工作。每一回次后可专程划眼一次。有事在钻头以上另加一个扩孔器,边钻边扩,以便节省专门划眼的时间。
(5)采用取粉管上部装反钻头的钻具钻进。以便在孔径收缩时,边回转钻具边向上用反钻头修扩孔壁,如图8—29所示。
图8—29 带反钻头的钻具
1—缩径岩层 2—接头 3—反钻头(左丝扣)
3.在坚硬岩层中钻进时,关键在于防止钢粒、碎硬质合金夹钻。 (1)钢粒或硬质合金换用金刚石钻进时,孔底残余钢粒或碎硬质合金粒必须打捞干净。 (2)钢粒钻进改用硬质合金钻进时,也必须实现把孔内残余钢粒捞净。
(3)硬质合金钻进改用钢粒钻进时,第一回次应使用小钢粒和旧钢粒钻头,投砂量不宜过多,送水量不宜过大。并且,下钻时不能一下到底,在离孔底0.5m左右处,即开泵扫孔,防止猛下到底造成挤夹。
(4)采用钢粒钻进时,要正确控制投砂量和送水量。回次之初投砂量不宜过多;绘制之末孔底又不能没有钢粒。送水量不能忽大忽小。总之,应保持孔底又一定数量的钢粒。以
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求孔径变化比较均匀,钢制钢粒在粗径钻具与孔壁间隙小的地方造成夹钻的机会。
4.在所有情况下,到要保持孔内清洁
(1)孔内岩粉、钻粉过多,超过0.3m时,必须专门捞取。 (2)钻进时,一般应等冲洗液返回孔口后(漏水孔除外),方可开车钻进。钻进中水泵工作不正常,应停钻检修。检修前应将钻具提到安全孔段,以防钻具挤夹和陷埋。
(3)使用泥浆时,应做好净化工作。
(4)钻进中产生的岩粉粒度大或有岩屑时,应带取粉管。
(5)钻进裂隙发育、掉块的岩层时,在钻具结构上应注意以下几点:
a.在钻入裂隙严重的地层以后,应尽可能的加长粗径钻具,时粗径保持在严重裂隙层的上部,以减少因掉块而卡钻的可能性。钻穿该层后,可采用水泥胶结或下套管等方法固壁。
b.钻进有掉块可能性的岩层时,应在粗径钻具上部采用铣刀式异径接头。带取粉管时要用上端马蹄形的取粉管;不带取粉管钻进时,禁止使用取粉管接头。
c.在取粉管上部反刃反扣硬质合金钻头。在发生掉块时,可向上反扫,将掉块扫掉。 5.采取准确的技术措施,防止套管卡阻钻具。
(1)套管谢步一定要下到完整岩层,并达到一定深度。 (2)套管一定要下正下直,钻具也要正、直。
(3)每次提钻到套管鞋附件,动作要慢。切勿猛提。
(4)下套管后用钢粒钻进时,应避免粗径钻具在套管内钻进。为此,在下套管前,先采取较原来孔径小一级的粗径钻具并带导向,用钢粒钻出相当粗径钻具长度的小眼,然后再下套管。
6.采取防斜措施,减少钻孔弯曲,避免“键槽“现象发生。
7.硬质合金或金刚石钻进时,应严格控制钻头的内、外径磨损。应在钻头结构设计和镶焊制造工艺上提高钻头的耐磨性,在使用上防止过早磨损,磨损过度的钻头应及时更换。
四、事故的处理方法
钻具卡夹事故发生以后,应及时进行处理,否则会使事故清洁加重,并有继而发生埋钻或折断钻具的可能。
处理事故,统称用升降机和油压系统向上提拔,或串动与回转相结合进行处理。在返水的情况下不应停送冲洗液,如果无效,则采用吊锤震打或千斤顶上顶。再无效时,就根据孔内具体情况,采用反、透、扩、割、掏等方法处理。
对不同原因所造成的卡夹事故,处理方法如下: (一)掉块卡夹钻具的处理
掉块卡钻时,如果钻具能回转,也能在一定的范围内上、下活动,则应用串动的方法处理。提升钻具有劲后不要死拉,要少许回绳使钻具能够串动,并用钳子回转钻具,再提升钻具,有劲后再少许回绳,并用钳子回转钻具。每次提升的距离,应大于串回的激励,这样反复地“多提升,少回绳“,可逐渐将钻具提出孔口。
如串动处理无效,可进一步采取边提动边扫的方法处理。倘若事先已采用了带反钻头的钻具钻进,遇卡后采取边提边开车上扫的方法很有效。倘若边提边扫还是不能解卡,则可采用吊锤上下震动。一般在浅孔段用吊锤震打处理卡钻事故是比较有效的。如果在深孔断。吊锤震打无效时,用孔内冲震办法处理。如卡夹部位在钻孔中途,可用加重钻具下如孔内往复冲打,如图8-30所示。打动后用丝锥捞取带短钻杆的粗径钻具。如卡夹部位在孔底,则用空内卡钻震动器进行冲击震动,收效后一并捞起事故钻具。
孔内卡钻震动器的结构8-31所示。当震动器下到孔内用丝锥扭接事故钻具时,拉杆带动下部冲击接头向下移动,使上部异径接头的凸缘与上部冲击接头凹槽集合即可扭转,使丝
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锥与事故钻具扭接。当丝锥扭紧后,将中继器提起,使异径接头与上部冲击接头分离,使下冲击接头与上冲击接头结合,开车回转,钻具即可起冲击震动作用。
图8—30 用加重钻具冲打
1—加重钻具 2—掉块 3—事故钻具
图8—31 孔内震动器结构图
1—上异径接头 2—拉杆 3—上冲击接头 4—外壳
5—下冲击接头 6—键 7—垫圈 8—开口销 9—螺帽 10—通水管
11—塞线 12—填料盒 13—塞线压盖 14—下异径接头
操作注意事项:
1.使用前,应对震击器的各部丝扣,冲击牙齿等的磨损情况进行详细检查,以防再发生新的事故。
2.下钻时,准确计算机上余尺,掌握好升降机,严防跑管,在接近事故钻具时,应缓慢下降。
3.开始震动前,先向孔内送水,以冷却震动器和排除空内岩粉。
4.在操作过程中应听取回转声音,发现不正常时立即停车进行研究处理。 5.当立轴向上移动,证实处理有效,则可停车提钻。
用以上方法处理掉块卡夹钻失效后,就要考虑扩、透、割、磨等措施。如孔浅,岩石可钻性级别又不太高时。可用大径扩的方法套取;若孔深,岩石又坚硬时,一般采用小径透。
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由于掏心钻进过程中的震动,往往卡夹自然解除。用丝锥即可捞起事故钻具。如果在深孔情况下,钻具卡夹又很牢,可直接用劈、磨等方法消灭事故钻具。
(二)探头石或岩层错动卡夹钻具的处理
主要处理方法时把探头石或岩层错动的部分扫碎扫掉。如果事故钻具带有反钻头,则可向上扫碎卡夹物。否则,可采用吊锥向上震打,若不能解卡时,可把粗径送回孔底,将粗径上部的钻杆全部反回,然后下同径钻具从上向下把障碍物扫碎,再喜爱丝锥把事故钻具打捞上来,如图8-32所示。
倘若事故钻具卡夹的很紧,难以送回孔底,则先将上部钻杆反回后,用重钻具向下冲打。下加重钻具前,防止遇阻,可根据孔内具体情况适当用同径钻具扫孔。
图8—32 探头石或岩层错动卡夹钻具事故处理示意图 1—同径钻具 2—探头石 3—事故钻具 4—丝锥
(三)岩层缩径卡夹钻具的处理
首先用升降机强力起拔,用千斤顶上顶。上述办法无效时,则需反回全部钻杆。用割、劈、磨等方法消灭粗径钻具。一般不采用扩或透等方法。因为在缩径钻孔中扩孔,很容易造成双重挤夹。同时,缩径夹卡钻具主要时侧面压力作用所致,用透的方法往往得不到良好效果。
(四)钢粒或碎硬质合金粒挤夹钻具的处理 一般钢粒或碎硬质合金粒挤夹钻具时,冲洗液尚能循环。首先应增大泵量,冲散挤夹物。减轻挤夹程度。如果挤夹不严重时,边冲洗用升降机提拉串动钻具。扩大钻具活动范围即可解除。如果失效,也可用吊锤冲打,吊锤冲打时处理此种事故的有效方法,特别是浅孔,效果更为显著。深孔或挤夹严重时,用升降机,吊锤处理无效时,则可用孔内震动器处理。
上述方法均无效时,需采用小径钻具透过事故钻具的方法,以便减弱挤夹程度,再用丝锥打捞。倘若仍提不动,可用分段切割的方法处理。通常不宜采用扩孔套取,以免发生双重挤夹事故。
为减轻体力劳动强度,提高吊锤冲打效率,在有条件的情况下,如使用配备有付卷筒带动吊锤进行机械冲击,如图8-33所示。此外,还可专门配备差速式打吊锤机,用在没有付
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