地震断裂带事故处理与认识范文

《安徽地质杂志》2016年第1期

摘要：

WFSD-3孔因地层破碎、缩径，不可预知因素多，发生多起孔内事故，通过对钻铤脱扣、下套管卡钻、埋钻等不同事故原因分析、事故处理，对WFSD-3孔施工工艺做出了改进与调整，总结了对科学钻探孔事故预防与处理的经验体会。

关键词：

地震断裂带；复杂地层；事故处理；认识与体会

0引言

地震断裂带科学钻探项目工程三号孔（WFSD-3），位于大地震的源区——龙门山“北川—映秀”断裂带上，由于受许多次地震作用，岩层整体破碎严重，钻探施工异常艰难，孔内事故频发，处理难度大。在整个施工期间，仅发生较大以上孔内事故就有三起，处理事故时间长达224d。本文结合WFSD-3孔三起较大孔内事故处理情况，探讨在复杂地质条件、高标准要求下的科学钻探孔内事故处理与预防的认识。

1工程概况与钻孔结构

地震断裂带科学钻探项目工程三号孔原设计1200m，后因地质条件变化，钻孔加深至1502.30m。WFSD-3孔钻孔结构与施工过程：三开Φ150mm取芯钻进至1186.77m，发生Φ121mm钻铤脱扣事故，打捞无效，采用Φ200mm扩孔钻具扩至1143.10m(“鱼顶”位置)，再用Φ177.8mm套铣筒将钻具全部打捞上来。试下Φ168mm套管上提被卡，强拉套管脱扣，封孔自然侧钻在795m出新孔，Φ152mm钻头延伸钻进至830.10m，扩孔，划眼，下入Φ168mm套管至815.29m，固井。四开Φ150mm钻具取芯钻进至1187.28m，扫孔换浆时埋钻，反出部分钻具后封孔人工侧钻，Φ152mm全面钻进至1180.88m，换Φ122mm钻具取芯至1202.57m,扩孔，下Φ127mm套管至1180.66m，固井。

2孔内事故及其处理

WFSD-3孔在施工过程中共发生过三次较大以上孔内事故，分别是：三开Φ150mm取芯钻进时Φ121mm钻铤脱扣事故；三开试下Φ168mm套管卡钻事故；四开Φ150mm取芯钻进钻具埋钻事故。

2.1钻铤脱扣事故处理及原因分析

2010年10月8日三开取芯钻进至孔深1186.77m处，操作人员采心时连续两个回次发现孔内扭矩增大，随即提钻发现第一组钻铤与下面两组钻铤脱扣，两组钻铤及取芯钻具掉落孔内。

2.1.1事故处理过程

钻铤脱落后立即配打捞钻具，用Φ89mm变丝接头+Φ73mm公锥尝试打捞，吃扣后提拔不动，强力提拔数次，公锥数次脱扣，经多次打捞无效，决定采取扩孔、套铣后再返出事故钻具的方法处理；起出Φ168mm活动套管后，用Φ150mm/Φ202mm导向扩孔钻头自407.50m扩孔至1143.70m（鱼顶）；再用Φ178mm套铣管10.32m+Φ202mm套铣钻头的套铣钻具逐根套铣孔内钻铤与取芯钻具，然后用Φ73mm反丝钻杆+Φ168mm套筒公锥反丝捞具逐根打捞，如此反复。施工中要求每次套铣至事故钻具下一钻铤接头处，方可下反丝捞具打捞。至2010年11月23日打捞出全部钻铤与钻具，事故处理完毕，处理时间46d。

2.1.2事故原因分析

（1）钻遇地层1160m往下缩径现象严重，孔内阻力大，同时采心时泵量过小，取芯方法不当。

（2）提钻频繁，个别钻铤丝扣磨损严重；钻杆与钻铤上紧扭矩不够。

（3）钻孔超径严重，钻具工作失稳使钻铤受力不均松扣。

2.2试下套管卡钻事故处理及原因分析

2.2.1事故过程及处理

2010年12月1日试下套管至1053.86m遇阻，遂提钻至938.50m时遇卡，强拉不动，后用大钩与油缸连顶带拉，钻具被强力提出孔内，却发现套管脱扣，有70.26m套管留在孔内（“鱼顶”在871.02m处）。套管脱落后配打捞工具，配Φ73mm变丝接头+Φ168mm公锥尝试打捞，锥头难以进入套管，打捞未成功，之后焊公锥导向数次打捞仍未成功。经研究决定采取水泥封孔，侧钻或自然出新孔绕障，绕障后下套管固井。采用G油井水泥封孔至677.16m，待水泥凝固后用Φ200mm钻头扫水泥至761.59m，换用Φ152mm钻头钻进至830.10m，进尺慢、阻力大。途中通过多次取芯与测斜，发现在788~790m出现拐点，顶角由4.5°增至7.5°，确认在此孔段出现新孔，至830m顶角仍有增大趋势。由于新孔孔斜增大过快，不利下一步施工。为保证下步施工与孔内安全，根据施工实际情况，先划眼下套管至815.29m，固井，再用Φ152mm三牙轮钻头钻进至1149.85m。之后采用Φ150mm钻头取芯钻进，至4月9日达到并超过事故前孔深（1186.77m），事故处理结束，历时130d。

2.2.2事故原因分析

（1）孔内掉块、缩径，局部孔段泥皮塌落；

（2）施工技术上为追求完美，试下套管太长；

（3）套管遇阻时，正赶上早换班，班长经验不足，处理方法不当，未及时活动钻具。

（4）套管遇阻，提升过程中，因钻机能力不足，钻机发生故障，延误处理最佳时机。

2.3埋钻事故及处理

2.3.1事故发生情况

2011年4月10日，WFSD-S1-3孔采用Φ150mm双管钻具取芯钻进至1187.28m；施工中发现自1164m往下钻孔严重缩径，每回次取芯钻进前均需扫孔，而且自WFSD-S1-3孔第22回次（孔深1182.34m）开始每次提钻孔内有劲。为保证施工顺利进行，补充比重1.57g/cm3（加入重晶石）新泥浆6m3；扫孔至1175.40m，突然BW300/12泥浆安全阀冲开，调好安全阀后泵送浆不通，提钻有劲，倒划眼不转，连顶带拉，强力提拔不动，钻具卡死。

2.3.2事故处理过程

此次事故因受三开套管口径限制，处理难度极大，具体处理过程:（1）事故发生后，开泵循环不通、倒划眼不动，处理无效。（2）用XY-8B钻机连顶带拉强拔，钢丝绳断，处理失败。（3）用DY-75液压千斤顶起拔，起拔力达75T拔出Φ73mm单根1根9.53m。后效果不明显，停止强力起拔。（4）用注浆泵送浆以图建立循环，泵压达25MPa，钻孔漏失，未建立循环停止作业。（5）反钻具：第一步用钻机拉紧退扣，返出Φ73mm正丝钻杆89根，后用Φ73mm反丝钻杆分2次返出3根Φ73mm正丝钻杆，累计866.87m；第二步：先用Φ140mm套铣筒套铣，再用Φ73mm反丝钻杆打捞，分多次返出剩余26根Φ73mm正丝钻杆，至1097.76m。其下孔内残留钻具因Φ140套铣筒穿过”鱼顶”将杆体磨薄，扭断在孔内，无法打捞，只得封孔侧钻。（6）通过Φ73mm钻杆，采用泵送注入油井G级水泥8t，进行封孔。水泥凝固后，Φ152mm三牙轮钻头扫水泥塞，至孔深1051.50m，采用Φ130mm造斜钻头侧钻，至1096.83m取芯确认出新孔后，采用Φ152mm三牙轮钻头钻进至1180.88m，之后采用Φ122mm钻头取芯钻进，至1202.57m换径。

2.3.3事故原因分析

孔壁形成泥皮厚且松散，钻孔裸眼钻进周期太长，钻孔超径严重，一次换浆量过大，扫孔时孔内超径孔段泥皮、岩屑、碎块脱落，出现“脱裤子”现象，导致埋钻。WFSD-3孔三次孔内事故除钻铤脱扣采取套铣方法处理成功外，后两次事故因复杂只得侧钻处理。第一次：Φ168mm套管卡钻事故后，采用水泥封孔，自然侧钻绕过事故套管；第二次：Φ150mm钻具埋钻事故后，采用水泥封孔,人工侧钻绕过事故钻具。

3事故后施工改进措施及其效果

3.1下管前充分划眼

WFSD-3孔在试下套管卡钻事故后采用多遍划眼方法：第一遍扩孔钻头+同径稳定器1只+钻铤+钻杆的钻具组合划眼；第二遍扩孔钻头+同径稳定器1只+钻铤2根+同径稳定器1只+钻铤+钻杆的钻具组合划眼；第三遍扩孔钻头+同径稳定器1只+钻铤1根+同径稳定器1只+钻铤1根+同径稳定器1只+钻铤+钻杆的钻具组合划眼；划眼要匀速，划眼扩孔钻头用带导向四翼或六翼复合片钻头，这样井眼圆正，易于套管下入。上述方法效果好，后期套管均一次下放到位。

3.2改善泥浆体系

WFSD-3孔地应力较高，所钻遇大量煤系、泥页岩地层以及断层泥，具有较强的塑性和遇水膨胀性，尤其在1150m以后地层缩径现象严重，钻铤脱扣与埋钻事故均与此有关，通过以下技术方法有效控制了钻孔快速缩径：

（1）平衡强地应力，用加重晶石提高泥浆密度（泥浆密度最高为1.59g/cm3）；

（2）控制失水量，主要通过向泥浆中添加S-1，CMC等降滤失剂，体系失水量一般控制在4~6ml/30min（最低至3.2ml/30min）；

（3）提高泥浆体系的抑制能力，加入多种强抑制剂（如：NH4-HPAN，K-PAM），提高泥浆防塌能力。

3.3加强固控措施

因泥浆粘度高、比重大，用沉淀法捞碴已不适应泥浆净化及固控需要，增加自制振动筛和除泥器各1台，与原有的离心机形成三级固控体系，加强泥浆除碴、除泥工作，取得了较好效果。每次调浆量控制在2m3以内，充分循环后再加浆；泥浆泵采用TBW850-5A与BW300-12一大一小双泵并联，取芯用BW300-12泵，冲孔排碴用TBW850-5A，既保证取芯质量，又保持钻孔干净。

3.4加强施工管理

（1）采取项目经理、技术负责、机长值班制，交接班、下套管、固井、钻孔漏失、缩径、泵压高等不正常情况必须在场,尤其在早3~5点危险时段实施查岗；班长每2h换人，保持注意力。

（2）操作上要求下钻前，仔细检查钻具丝扣，发现不合格的、损坏的及时更换，严禁下入孔内；遇到不正常情况，及时汇报；提钻时遇阻力时，拉力表反映数据超过额定值，及时下放活动钻具。

4几点体会

（1）WFSD-3孔地处龙门山地震断裂带上，地层复杂，发生的事故处理难度大。大口径钻探孔深钻具重，手感差，孔内事故处理不能停留在小口径钻探经验上，光凭手感和经验处理不准确，要根据孔内钻具扭矩、拉力、泵压、泵量、余尺等参数准确判断。大口径钻探卡钻时若无法建立泥浆循环、震击强拔无效时，可采用爆炸松扣处理，长孔段套洗反钻具周期长、风险大、劳民伤财。

（2）WFSD-3孔属大直径、复杂地层取芯钻孔，采用的HXY-8B钻机及配套设备，在当时是较好的取芯钻探设备，但其施工能力明显不足，尤其钻孔发生异常情况，无能力及时处理，而造成孔内事故。如第三次埋钻事故若设备提升能力能达100T，可能就可快速处理上来。

（3）WFSD-3孔地层复杂，泥浆护壁，有其时效性，长时间裸眼钻进，频繁提下钻，孔壁极易坍塌；应及时按设计下入相应的套管，不能因施工顺利加深施工，因一念之差造成重大损失。每层套管直径与钻孔直径级差不宜偏小，否则增加下井管与固井的难度。复杂地层中试下长套管串风险大,易造成孔内重大事故，施工中不宜采用试下套管的办法。若套管下放不到位，也应及时固井，采用下尾管方法补救。

（4）地层缩径采用偏心钻头或扩孔器扫孔，扩大井径，防止钻具卡埋。

（5）地表泥浆净化及固控系统不规范，应配备适应大口径取芯钻进的固控设备。尤其金刚石钻进泥浆固相颗粒细，加强泥浆除泥工作。

（6）测井口袋长，扩孔时，下部孔段用黏土球封闭，否则在下好套管后，扫下部口袋，因口袋内沉碴多、碎块大，不易破碎，无法随泥浆排出，造成憋泵，无法正常钻进，只得采用捞碴筒一点一点捞出，严重影响施工进度。施工中应尽量减少测井口袋长度和套管鞋以下的大井眼预留长度。

参考文献:

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作者:张文生 张正 单位:安徽省地质矿产勘查局313地质队