摘要：针对矿山钻探工程受到开采难度的影响,使矿产资源在开采时经常出现钻孔事故,以提高矿产资源的开采效率为目的,提出了矿山钻探工程中的钻孔事故及其预防处理分析。在矿山钻探工程的施工背景下,通过分析钻孔事故中的烧钻事故和卡埋钻事故,分析了两种事故的预防处理方式,降低矿产资源开采难度的同时,也提高了矿产资源的开采效率。
关键词：矿山钻探工程,钻孔事故,事故预防,事故处理
伴随着我国地质勘探对矿产资源勘探的深入研究,人们对矿山钻探工程越来越重视。但是,随着浅层矿产资源开采量的减少,钻探活动逐渐向深层发展。所以钻井施工条件也变得日益困难,深部地层条件也随之日益复杂,对钻孔事故的防范要求日益严格[1]。
20世纪50年代以前,由于开采地下矿产资源时钻探技术的不可替代性,以及对矿产资源的需求量日益增长,西方的一些发达国家从第二次世界大战的阴影中复苏,并在经济上强势崛起,开始实施矿山钻探工程中的深部地质勘探计划。深部钻探对钻具的研制、钻探设备的配置、钻探技术研究等方面都提出了更高的要求。在此阶段,国外的发达国家通过多年以来对矿山钻探关键技术的研究与突破,已形成一套完整的钻孔技术手段和设备[2]。不管是钻探工程的钻井工艺还是泥浆工艺,钻井设备和钻具的应用都在日趋完善。
现阶段,在矿山钻探工程中,我国矿产资源的整体勘查水平仍然比较低,只探明三分之一左右的矿产资源,但总体分布范围比较广泛。我国在开发利用矿产资源方面具有很大的地质勘探和钻探潜力。目前,我国矿山勘探工程的地质勘探深度普遍低于西方发达国家,钻井工程的钻探深度主要集中在浅层和中浅层中。钻进施工技术中有许多问题需要解决[3]。但是近几年国内固体矿产勘探工作量逐年增加,极大地推动了我国矿山钻探工程中钻井施工技术的迅速发展。
本文针对矿山钻探工程中的钻孔事故,对其进行了预防处理分析,从而提高了矿产资源的开采效率。
1 矿山钻探工程中的钻孔事故分析
1.1 烧钻事故分析
根据矿山钻探工程中的地质特点以及矿产资源勘探施工的经验,烧钻事故的类型主要包括以下几类:
第一,在矿山钻探工程施工过程中,由于钻孔参数设计的不合理性,导致钻速较高,立轴转速也会随着变高,冲洗液在输送过程中泵量低,导致井底的钻头磨损非常严重,钻头持续轻微烧损,直至寿命明显下降,最终使其烧损。
其次,由于矿山勘探工程的地层原因,在钻孔过程中,地层处于松软或破碎状态,进尺处于盲目区域,对钻头施加压力,使钻头钻入岩石的深度较深,沿孔底的碎屑未能及时清除出孔内,造成了严重的烧钻事故。
再次,在矿山钻探工程的施工时,钻杆受力较大,连接钻杆的螺纹不能承受较大的压力,会产生过多的磨损和断裂,造成冲洗液在施工中途就会发生泄漏,井底供油不足,引发烧钻事故。
最后,由于停钻或提钻的时间比较长,导致岩屑或碎石残留物在孔洞内出现沉淀,钻孔之前不能充分冲刷,造成钻孔水道堵塞,从而发生烧钻事故。
矿山钻探工程中钻孔钻至井下1012.55米时,就会发生严重的烧钻事故。当钻机的转速达到255 r/min时,钻具旋转阻力就会突然增加,钻孔设备的工作电流也随之急剧增加,但是钻孔泵压是正常的,井底钻具被烧结成岩,同时由于钻具的提升力过大,导致孔内钻杆被拔出,分析出矿山钻探工程中的烧钻事故比较严重。
1.2 卡埋钻事故分析
矿山钻探工程施工过程中,卡埋钻事故是井下事故的多发部位。造成卡埋钻事故的因素很多,卡埋钻事故的类型也很多,尤其是深孔复杂地层的卡埋钻施工,由于地质因素造成的事故更多。在此类事故发生时,如何准确地掌握井下情况,采取有效的技术措施来处理十分重要[4]。
序号钻孔内部事故原因
1糊钻、固钻钻孔过程中大量的岩粉和岩泥堆积在一起,将钻具包糊
2坍塌、掉块选用的泥浆不满足钻层的护壁要求,降低了钻孔内部的注浆压力
3岩粉埋钻钻孔内部的岩粉和水泥渣的量多,使钻孔的结构设计缺乏合理性
5其他由于键槽的存在,导致岩泥的皮层具有一定的粘性
通过对矿山钻探工程近几年的施工钻孔卡钻事故的案例分析,发现卡钻事故的主要类型是:一是落块等复杂地层的井壁塌陷失稳而引起的卡钻事故,在所有事故中所占比例较高,多数事故的后果都比较严重,处理起来相对困难。二是由于强烈的钻孔漏水现象,导致钻探工程出现卡钻,发生卡埋钻事故。三是矿山钻探工程的施工中操作不当,如起下钻时孔壁压力的波动,钻头与孔壁之间发生碰撞;起钻时灌浆不及时,造成孔壁压力不平衡;冲洗液的性能不符合钻孔要求,冲蚀作用强烈等因素,造成孔壁失稳,从而造成卡钻事故。
2 矿山钻探工程中钻孔事故的预防处理分析
对烧钻事故的处理,首先要了解矿山钻探工程的施工情况,了解钻孔内部的分层情况,从而判断钻孔底部的烧钻程度,并采取及时有效的预防和处理措施。针对矿山钻探工程中不同的烧钻情况,采取相应的处理措施。如果是轻微烧钻事故,应立即用卷扬机将钻头卷起,并在轻微旋转时将钻头卷起。如预防处理无效,可用吊车吊起。完整的烧钻地层比较稳定,井底的环境比较干净。钻头烧结部位用清水浸渍,使烧结部位变软。由于热胀冷缩机制的存在,导致在冷却后的烧结部位产生裂纹,从而使提升钻具这一程序易于处理[5]。在复杂的地层中进行燃烧钻井,由于钻孔条件比较复杂,难以准确地掌握。冲洗液以泥浆和高粘度非固态冲洗液为主,孔壁环隙小,沉积粉状岩屑对钻孔有一定吸附作用。长时间停止钻井将使井下的情况更加复杂。对此类烧钻事故的处理,要做到安全、准确、及时。别举太高,否则会损坏设备。如果用吊车吊装或千斤顶吊装烧结无法解除,应先将钻孔内的钻杆反推,再用套管、劈开、打孔等方法处理。
在处理卡埋钻事故时,当卡埋钻事故发生以后,应该根据钻孔内部的具体情况,迅速、准确地确定卡钻的具体位置。通过合理的研究和选择,确定卡埋钻事故处理方案,运用快速、经济且有效的事故处理技术和相关工具,消除卡埋钻事故存在的隐患。尤其对于深孔段的卡埋钻事故,由于其具有一定的复杂性和特殊性,一般的处理方法会有很多限制。所以事故处理方案必须根据钻孔的实际情况而定。与此同时,在卡埋钻事故发生以后,不要猛拉、猛抬钻孔设备。尽可能维持大量的冲洗液处于循环状态,尽可能上下移动使其缓慢旋转。卡埋钻事故的预防处理方法有如下几点:
一是当钻孔工具被岩块卡住或淤塞,但是冲洗液的循环水路比较通畅时,必须加大钻孔工具的泵量来冲洗钻孔,同时采用间歇性循环的技术,调整钻孔清洗液的钻探性能,使其可以便于携带岩粉,将卡埋钻点掉落的碎石冲开,从而达到解卡的目的。
二是尽量多尝试活动性的钻孔工具,利用强拉慢放的方式缓慢拉动钻具。
三是采用打吊锤的方法通过钻杆之间传递的震动力将卡钻解除,但是打吊锤的方法不适合在严重坍塌的事故中使用,会降低卡钻效果。
四是由于坍塌和掉块造成的卡埋钻事故可以使用低一级的岩心管来震松卡点。
五是针对难度较大的卡埋钻事故,可以采用扩孔钻进,降低转速来清压扫孔,将钻孔扩大到卡埋钻事故钻具,将钻孔工具套进之后,再逐渐扩大钻孔。
对于复杂孔内卡钻和埋钻事故,通常的处理方法是无效的,可以考虑采用切削、铣刨等方法对卡埋钻事故的钻杆和钻具进行分段切割、打捞,然后用铣刨的方法清除剩余的钻具。对于卡埋钻事故,尤其是难以处理的卡埋钻事故,可以采用偏心装置侧钻来绕过卡埋钻事故孔。
结束语
本文提出了矿山钻探工程中的钻孔事故及其预防处理分析,矿山钻探工程中如果发生了钻孔事故,钻孔的钻进质量、钻进效率、矿山的安全生产以及钻孔的成本都会受到一定影响,因此,科学地分析矿山钻探工程中的钻孔事故原因,准确判断出钻孔事故的成功处理关键。本文详细分析了矿山钻探工程中的钻孔事故,对钻孔事故的预防和处理具有一定的理论价值和指导意义,但是在矿山钻探工程的钻孔安全方面还需要做出进一步研究,为矿产资源的安全开采提供理论依据。
参考文献
[1]张华锋.煤炭钻探工程中的钻孔事故及其预防处理分析[J].山西建筑,2017(23):94-96.
[2]刘伟超.矿山地质钻探施工中处理孔内事故对策及方法[J].世界有色金属,2018,511(19):135-136.
[3]李伟雄.矿山岩芯钻探施工中常见孔内事故的分析与处理[J].西部探矿工程,2016,028(011):64-67.
[4]袁宜勋,雷超.复杂地层深孔取芯钻探事故的处理方法[J].人民长江,2015,000(014):98-101.
