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定向钻进常见钻孔事故的预防和处理
2021-06-07 来源:百度知道

一、常见钻孔事故的种类

1.卡钻事故

煤矿井下近水平定向钻进过程中,由于孔壁坍塌或缩径等原因而引起的孔内钻具不能转动、起拔或既不能转动也不能起拔的现象称为卡钻。引发卡钻事故的原因主要分以下三种:

1)钻孔坍塌。所钻煤层过于松软破碎,孔壁在外力扰动下失稳塌孔,导致坍塌卡钻。如果孔壁在失稳过程中同时伴有大量瓦斯向钻孔内涌出,则煤层地应力急速释放,钻孔坍塌程度更为严重,卡钻也更紧固。

2)钻孔缩径。钻遇水敏性顶底板或夹矸层时,孔壁地层遇水膨胀缩径,进而引起缩径卡钻。

3)沉渣卡钻。钻遇破碎带或钻进速度过快,钻头切削下的岩屑颗粒较大,返渣流动至坍塌扩径孔段或凹形孔段时,大颗粒岩屑逐渐停滞堆积,造成局部沉渣卡钻。

2.钻具事故

钻进过程中由于孔壁作用、钻具(含钻杆、无磁钻杆、孔底马达及接头等)受力等原因造成的钻具折断或损坏现象称为钻具事故。钻具本身存在缺陷而导致强度不够、外载荷过大引起变形或折断、连接螺纹出现滑扣或脱扣等均可引发钻具事故。

3.钻头事故

钻进过程中发生掉钻头或钻头切削齿脱落而导致的孔内事故称为钻头事故。

二、钻孔事故的预防措施

1)在进行钻孔设计前,应了解相关地质情况,包括钻遇煤层的软硬程度、顶底板岩性和断层、破碎带、陷落柱及采空区等地质构造异常情况。

2)钻具配套时应根据地层情况,确定合理的钻具组合。若地质情况复杂,应选用大水口小保径的钻头和弯角较小的孔底马达。

3)煤矿井下定向钻进一般采用清水做冲洗液。必要时可在清水中加入可降解化学处理剂,在不影响瓦斯抽采效果的前提下,提高冲洗液的护壁和携粉能力。

4)钻进过程中如出现泥浆泵泵压或钻机的给进/起拔压力突然变化、孔口返渣颗粒较大、孔口不返水等现象时,应立即停钻,分析原因,在异常情况未解除之前不可盲目钻进。

5)加强钻探工作人员责任意识,时刻注意各钻进设备的工作状态,并且对钻进过程中出现的设备工作异常进行记录和分析,并采取相应措施排除异常。

6)定期或不定期地组织有关人员研究正在施工的钻孔情况,对钻孔顶底板和煤层情况全面掌握,并将目前钻孔施工参数如给进/起拔压力、泵压、钻机系统压力及钻进速度与其他临近钻孔进行比较,以便尽早发现事故的苗头。

7)钻探技术操作规程是钻探经验的积累和教训的总结,要严格执行。

8)根据施工矿区具体的地质条件,合理选择钻进方法,如在地层不清楚的地方采用探顶的施工方法,避免盲目钻进而引起事故。

9)加强通缆钻杆的维护管理,定期检查磨损情况,并按其新旧程度分孔、分组合理使用,较差的钻杆应用于孔壁稳定的浅孔,而好的钻杆用于地层条件复杂的深孔。

10)钻杆(包括通缆式钻杆、上/下无磁钻杆、仪器外管、接头等)直径磨损达2mm、有裂纹、丝扣磨损严重或变形时,均不得下入孔内使用。

11)地质条件复杂的钻孔,在开孔之前,要详细研究掌握所穿过的各种地层的特征、深度和厚度等信息,并制定全面的施工措施。

12)施工采用现场交接班制度,确保钻孔内不间断循环水,保证钻具的安全。如不具备现场交接班条件,每班停钻前需将钻具提离孔底9~12m,并每隔半个小时开泵冲孔一次,时间10min左右。

三、钻孔事故处理原则

1)孔内事故的相关情况要清楚。首先,事故部位要清:事故发生后,要根据机上钻杆余尺或提出来的钻具,精确计算事故部位的孔深,据此确定处理事故所需钻具的长度。其次,事故源头要清:根据提出的钻具或其他有关的标志,弄清事故源头是钻具的哪一部分,口径多大,损坏变形的程度如何,以确定处理方法和选用打捞工具。再次,孔内情况要清:弄清发生事故钻具的结构(规格、种类、数量),钻孔结构,孔内煤层性质,孔壁稳定程度,孔内煤粉多少,以及事故发生前的征兆和发生时的情况(如冲洗液循环情况、钻具回转阻力、钻具给进和起拔阻力、钻机和泥浆泵声音变化,操作者的感觉等),这些都是判断事故情节和确定处理方法及步骤的重要依据。

2)弄清孔内事故的基本情况后,认真分析研究事故发生的过程、事故性质、事故原因,慎重制定事故的处理方法、步骤和安全措施。处理方案一般要准备两套以上,当第一套方案处理无效时,可马上运用另一套方案进行事故处理。

3)处理方案确定后,要抓紧时间,全力以赴,动作迅速,及时排除。实践证明一些钻孔事故开始简单,但是在处理过程中,往往由于措施不当,拖延时间过长以至于恶化成复杂事故,甚至变成重大事故。反之一些开始比较复杂的事故,由于处理方法得当,措施得力,时间抓得紧,很快就得到排除。

4)事故发生后,在处理过程中,要求快是为了避免事故复杂化,但在快的同时还要做到稳,才能避免在事故处理过程中再发生事故。

四、常用钻孔事故处理方法

1)强力起拔。在出现孔内卡钻事故时,可采用钻机强力起拔钻具,并辅以瞬时回转,以使孔内钻具解卡,顺利起出钻具。但这样处理事故时,有时可能从孔内钻具的薄弱环节扭断。损失较小的扭断钻具位置是下无磁和孔底马达之间的接手。

2)套铣打捞。主要用于处理孔深较小而卡钻严重的孔内事故,原理与施工方法详见第七章。

3)反转钻具。如果采用强力起拔或套铣打捞的方法均不能起出孔内事故钻具时,可为钻具施加一定的起拔力(合理的起拔力应刚好能克服事故点以外钻具与孔壁的摩擦阻力),然后反转钻具。

4)公锥打捞。对于孔内掉钻事故,可采用公锥打捞事故钻具。原理与施工方法详见第七章。

5)母锥打捞。原理与公锥的类似,但结构相反,施工原理详见见第七章。

6)开巷道或煤层回采时取出孔底钻具。若孔内事故钻具距离巷道较近,可开小断面巷道到孔底位置,或在回采煤层到达事故位置时,取出孔内的随钻测量系统和孔底马达。

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