镶嵌式焊管在处理事故中的作用

邯郸市峰峰集团公司梧桐庄煤矿施工地面筑浆封堵182201工作面地板出水定向斜孔工程时,因采用清水钻进,当钻进穿过破碎带和煤层后,发生孔径环状间隙缩小,孔内钻具被埋卡事故。通过对事故原因的认真分析,采用了镶嵌式焊管处理方法,较理想的处理了孔内事故。

随着地质勘探市场的不断发展,在所有地质勘探钻孔施工过程中,由于复杂的地层成因,常常使钻进过程不能正常进行,导致出现比较棘手的各种孔内事故,严重威胁孔内安全,尤其是在冲洗液使用质量出现问题时,动力源突然停止,更会给施工钻孔带来不可预测的隐患,有时可能发展到极其严重的地步—钻孔报废,使施工队伍花费很大精力和代价,造成巨大的浪费和损失。2006年2月我队在施工峰峰集团梧桐庄煤矿地面筑浆封堵182201工作面地板出水定向斜孔工程时,对发生的孔内事故及时采取有效措施进行处理,取得了理想效果。

1地面注浆孔结构

0～120m,孔径Φ311mm,下入Φ273mm×6mm螺旋管120m,用水泥浆固管隔离第四、第三系地层;20m～690m,孔径Φ190mm,下入Φ159mm×8mm无缝管690m,用水泥浆固管隔离大煤采空区;690m～890m,孔径Φ127mm,裸孔。

2施工设备及钻具组合

2.1施工设备

TSJ-1000型水源钻机;TBW-850/50型泥浆泵;BW320/100注浆泵;22m四角钻塔。

2.2钻具组合

Φ190mm牙轮钻头+Φ120mm加重钻铤(19.40米92立根)+Φ89mm钻杆+四方主动立轴。

3事故发生情况

在施工梧桐庄煤矿定向斜孔过程中,钻孔钻至孔深678.40m时,已穿过煤层3.5m。因当时采用清水钻进,当钻进穿过破碎带和煤层后,由于孔壁不稳定,煤层遇水膨胀,孔壁收缩,孔径环状间隙缩小,而且孔内常有掉块现象。当操作人员发现孔内有劲时,压力表反映此时送水压力增高,出现蹩泵现象。因操作者对孔内情况判断和处理不当,虽用强力将孔内钻具向上提拉2.5m,靠钻具自重向下回送、串动处理,但均无效果,最终导致钻孔钻具被坍塌的地层埋卡。事故孔内钻具:Φ190mm牙轮钻头+Φ120mm加重钻铤(19.40m×2立根)+Φ89mm钻杆+四方主动立轴。

4事故处理方法及过程

4.1处理方法

针对孔内被卡钻具情况,经商量决定用Φ73mm水文反丝钻具反孔内的Φ89mm水文钻具。为防止在Φ73mm水文反丝钻具反孔内的Φ89mm水文钻具和粗径钻具时,因孔内钻具被收缩、坍塌的地层埋卡,一旦反不动,孔内事故复杂化。决定采用在传统的处理事故技术的基础上,针对孔内事故钻具,改进套扫事故钻具的加长岩心管的连接方法,自制一根特殊的加长镶嵌式焊管。使用焊管规格为Φ159mm,其制作方法是:将异径接头有岩心管扣的一端,加工成与Φ159mm岩心管内径相同的圆柱型光面,直接插入Φ159mm岩心管内铆焊焊牢(图1),岩心管之间的连接(图2)采用岩心管先找正焊接,然后在岩心管对焊的焊接处,轴向掏出对称的矩形条孔状(尺寸可根据不同规格的岩心管自定),再将大小、薄厚相同的筋片镶嵌在被掏的矩形条孔状处,焊接时掏出对称的矩形条孔,将相对的一块筋片内、外壁焊接,其中的2—3块筋片也按此方法焊接。在岩心管的焊接面圆周上,筋片均布4块。岩心管底头按要求镶焊硬质合金(如果需要焊接其它类型的钻头进行套扫,钻头和岩心管的连接方法与图2相同)。

4.2处理过程

①先用孔内钻具自反,然后,再用反丝钻杆反出被卡粗径钻具(Φ110mm-Φ203mm)位置以上钻杆。

②准备好充足的优质泥浆,在套扫时,泥浆用完后,钻具必须提离到安全地层段或套管内,待准备好泥浆后,再进行套扫事故钻具(如现场配有泥浆搅拌机,可节约准备泥浆的时间)。

③按照孔内事故加重钻具的实际长度,单根钻铤在9.5m左右(1立根19.40m)。选择合适的厚壁单根岩心管先套扫事故钻具,然后再换用以镶嵌式焊接的加长岩心管进行套扫。

④在孔内仅剩单立根加重钻铤被套扫完毕后,可直接用正常钻进钻具与井底事故钻具对接打捞。如果孔内是多根加重钻铤,则在套扫完毕后,再用同径接头下入孔内,对事故钻具进行上下冲砸,以便事故钻具丝扣松动,从而降低反事故钻具的危险系数。

5镶嵌式焊管的工作原理及作用

5.1工作原理

在岩心管下到孔内套扫事故钻具时,钻机的回转扭矩通过立轴、钻杆传递到套扫事故的加长岩心管上,因事故钻具与孔内环状间隙有掉块及坍塌物,岩心管与岩心管的焊接位置在回转时受到强烈的振动和扭矩作用力,很容易从焊接处断开。由于焊接形式的改变,镶嵌筋片使比较脆弱的焊接断面改变了管材焊接处的受力方式,从而增强了岩心管的焊接断面抗扭强度。

5.2作用

①保证了岩心管焊接后,两根岩心管内、外径一致,管壁上不出现凸台,减轻了事故处理套扫时岩心管的回转阻力,增强了套扫事故钻具的抗扭强度。

②孔内有情况时,因岩心管对焊后,管外没有凸台,为及时提拔套扫事故钻具增加了安全系数。

③井壁与粗径钻具在大段落被埋或吸附接触时,可用所使设备进行套扫事故钻具,使粗径钻具丝扣连接部位多处露出,大大增加粗径钻具反上来的可能性,避免了孔内可能出现的其它不可预测的后果。

④可防止丝扣联接的岩心管在处理孔内套扫事故时脱扣,造成事故落事故的恶性事故,

6结论

事故的处理要认真分析孔内事故钻具状况、地层、泥浆的使用等多方面因素,处理事故的方法选择是防止恶性的事故落事故,越处理越复杂现象发生的关健。几年来,通过镶嵌式焊管在处理孔内加长粗径钻具事故中的多次使用,得到了钻机职工和工程技术人员的认可,并在处理不同粗径钻具的过程中取得了比较理想的效果,特别是在峰峰集团公司梧桐庄矿地面筑浆封堵201工作面地板出水定向斜孔工程施工中,处理方法对路,经过36h,将孔内事故处理完毕。使该工程按计划顺利完工,业主非常满意。我们认为镶嵌式焊管最大的优点是:制作容易,使用方便,适用广泛。不仅可在因孔内掉块夹钻,孔壁坍塌钻具被埋,而且也可在因泥浆使用不当,造成的吸附卡钻等孔内事故中使用。适用于处理各种规格的粗径钻具。为孔内事故的处理,提供了有效的办法。避免在处理孔内加长粗径钻具(Φ110mm-Φ203mm)时,事故无法处理或处理不当导致的钻孔报废。通过对套扫孔内事故粗径钻具的处理,将不同岩心管以镶嵌式形式焊接,在我单位多次使用获得成功,在此仅供参考。