Ф91薄壁钻头套取施工技术

摘要：通过自主设计外协加工的Ф91薄壁钻头，利用现场材料，发挥施工设备能力，多次快速高效处理孔内复杂事故，实践表明：该方法具有较好的通用性和可操作性，实用性较强。

关键词：薄壁钻头；套取；导正杆

中图分类号：TU74文献标识码： A

1 概述

目前钻探施工主要口径为绳索Ф75mm和单动双管Ф76mm,针对该级钻探事故，现场首先用可采取的冲、锥、提、拉、窜、顶、打方法处理，大部分简单事故获得成功。在复杂事故处理方法中，套取法在过去浅部施工中经常使用：因Ф91mm或绳索Ф95mm钻头内径小于被套取的绳索Ф75mm和单动双管Ф76mm钻具，需用Ф110mm级钻头套取，如《探矿工程》第36卷第11期的《大佛寺矿40104远顺钻孔事故分析及处理》。其特点是施工材料现场有，成功率高，成本低，但对原钻孔结构改变大，对钻机要求高，处理事故深度浅。如何利用现场设备，充分发挥套取法优点，提高处理事故的深度，达到钻孔1/2以上？我单位总结多年实践经验，自主设计外协加工Ф91薄壁钻头较好地解决了这个问题。特别是近二年来，绳索取心普遍推广，该方法取得了良好效果，成功处理多起事故（见下表1）

套取法施工情况汇总表表1

2 Ф91薄壁钻头技术要求

薄壁钻头考虑Ф76钻具组合中扩孔器直径为76.5mm，内径为77mm；根据套管系列尺寸89mm，外径Ф91；因钻头体薄，防崩刃，故底唇面采用平底型；保证同等通水宽度情况下适当减少水口数量，水口数为8个；其他同普通钻头。

3 白果园ZK503孔事故处理实例

3.1钻孔基本情况

该孔设计深度：168m 勘探矿种：银钒矿

使用机械：XY-2B,自制8米人字塔，BW-150水泵

施工工艺：普钻

该孔地质设计情况自上而下为：0-4m第四系（Q4）黄色粘土、砂、碎石；4-39 m石板滩段（Zbdn2）和39-148m哈蟆井段（Zbdn1）。所探银钒矿位于陡山沱组的白果园段（Zbd4）148-163m,分上、下两亚段，两个亚段各含一套银钒矿层，上层以钒为主，下层以银为主，地层为黑色页岩。钻孔在玉丰岗段（Zbd3）5米终孔。

3.2 钻孔施工情况及事故发生经过

钻孔施工至孔深 101.23m因掉快严重而封水泥，此时钻孔结构为：Ф130（5.24m）Ф110（11.50m）Ф91（21.00m）Ф76（101.23m）。凝固48小时后下钻，探得水泥封至67.30m, 开始扫水泥，孔内不返水，至96.63m发生柴油机熄火、钻杆不能转动事故。

3.3 事故前期处理

现场在事故发生后立即抢修水泵并顶、拉结合处理发现蹩泵且无松动迹象，随即又用吊锤击打并用立轴上顶上升1.8m后再无反应；第二日用反丝钻杆通过二次就反出取粉管，孔内留双管钻具3.86m。取粉管内水泥浆粉末填装2/3，且发生再次胶结。

3.4 事故原因分析

经查水泵二缸球阀座坏而不密封且吸水连泵头被聚丙烯酰胺糊住，水泵供水严重不足，后期加杆钻进的1.11m水泥浆粉末未排出导致糊钻和轻微烧钻，上打挤实和水泥浆粉末二次胶结，钻具已牢牢固定于孔内。

3.5 方案制定

考虑双管钻具上有耐磨圈、下有扩孔器和钻头、内有内管总成，经单位钻探事故处理专家组讨论决定：停止反取，用Ф91薄壁钻头套取法处理。要求具体施工如下：

1、用0.7m短钻杆将事故头接升，防沉渣埋住事故头，便于捞取事故钻具。

2、提Ф89套管，用普通Ф91钻头导向扩孔至短钻杆头。

3、用Ф91薄壁钻头套取。

3.6实际处理过程

1、按计划实施时，接短钻杆和扩孔进行顺利，用Ф91薄壁钻头套取0.56m时钻速正常，钻短钻杆剩下0.14m部分时速度很慢，至原事故头提钻检查：钻头工作层高度由原8mm减为1.8mm,2个齿有轻微崩刃现象。

2、现场分析估计有偏切现象，未套正。用反丝钻杆反出短钻杆检测：短钻杆下接头斜切厚度0.86mm。（见照片）

3、为导正套取,接长事故钻具：Ф76岩心管外管2.7m,接扩孔器，再接变丝接头（变丝接头外径与扩孔器外径相同76.5mm）共3.1m。

4、下入Ф91薄壁钻头及套取钻具（见下图1）：套取法施工钻具图图一

5、人工将Ф91薄壁钻头磨入导正管，并放至距事故头1m处，开始开动钻机套入，仅3h25min套至事故钻具底，再钻进10cm提钻。

6、下入钻杆及接头对接、提出事故钻具：钻具外粘附水泥面约为70%；耐磨圈和扩孔器的通水槽及内管卡簧座与钻头间均为水泥；水泥心长0.94m；钻头微烧。

在套取法事故处理中，该孔套取工艺最为复杂。

4 杉树垭磷矿西部矿段ZK402孔事故处理实例

4.1钻孔基本情况

该孔设计深度：300m 勘探矿种：磷矿

使用机械：XY-2B钻机,SG―18钻塔，BW-150水泵

施工工艺：绳索

施工地层：震旦系灯影组和陡山沱组，地层主要为细-粉泥晶云岩，强度为Ⅵ--Ⅶ级，局部含硅质条带和燧石扁豆体，强度为Ⅷ―Ⅹ级。

4.2 钻孔施工情况及事故发生经过

钻孔施工至孔深 126.06m因孔内负荷大提钻，取心后卡钻。本回次进尺1.77m，取心长度1.70m，岩心完整。

钻孔结构为：Ф110（3.72m）Ф91（12.00m）Ф76（126.06m）。

该孔末回次前曾因等水2h30min,提钻25m,孔内沉渣1.63m，动水位78.40m；钻孔84.74m后不返水；破碎岩性段86.29―103.74m；事故时水位73.40m，送水蹩泵；吊锤处理无效。

4.3 事故原因分析

因孔内负荷大，班长提升速度过快，且未冲洗孔，抽吸力大，漏失岩屑回流，破碎孔壁坍塌，钻进中的掉块等多种原因卡埋钻。事故主要点在破碎段下部至完整岩性段上部。

4.4 方案制定

经项目组讨论决定：用Ф91薄壁钻头套取法处理。要求具体施工如下：

1、将主杆拧紧自反，卸掉钻杆2-3根（6m或9m）。如有多余的要重新对接好。钻杆上端要止水。

2、提Ф89套管。

3、用Ф91薄壁钻头套取，套取至104m以下可观察钻杆是否发生活动，如活动即可捞取。

4.5 处理情况

10:00处理方案确定后,各部门配合按计划实施，14:40开始套取（套取钻具见下图2）施工，次日11:00孔深105.00m时发现钻杆下移0.08m,对接后通过窜动和回转，11:20提出钻杆，处理成功。

套取法施工钻具图图二

在套取法事故处理中，该孔处理最快。

5 Ф91薄壁钻头套取施工技术要领

1、为确保准确套入事故头，导正杆直径应不小于事故头的直径，且上部伸入Ф91孔径内。

2、当导正杆、事故钻具处于水位以上或孔底有严重漏失现象时，导正钻具顶端必须堵水，保证套取钻头的冷却。

3、为防止套取钻具切削事故钻具造成新事故，选取的套取钻进参数应保证有一定的钻速。当某点出现不进时，应立即采取加压或上下活动等方法快速穿过。

4、用Ф95绳索钻杆做套取管时，Ф91薄壁钻头必须带扩孔器。

5、在套取耐磨圈、扩孔器、钻头等增粗部位时应优先选用热压钻头而不选电镀钻头。

6、遇套不进、孔内异常音响、蹩泵、负荷急剧增大等异常情况要提钻检查。

6 施工体会

1、薄壁钻头套取法优点如下：

1）套取时钻速快：明显高于扩孔或钻进速度，这与切削环空小，被切削岩石应力变化后可崩落有关，且不会出现扩孔导向被不规则孔壁顶托现象。

2）操作简单：因内有导向且要保证钻速，对钻压、转速限制较小；此外，导正管的设计使得套入简单易行。

3）适用深度得到大幅度提高：根据目前施工情况，利用正在施工设备处理深度可达设备设计孔深（N级）的2/3。

4）适应面广：几乎所有复杂事故在设备允许范围内都可用该方法处理，即使不成功不影响其他方法处理。

2、建议：用Ф95绳索钻杆套取Ф75绳索钻具事故时，可将薄壁钻头增至95mm并选用相应的扩孔器，减少冲洗液的环空阻力和对钻头反作用力及钻杆接头阻力。