大一级孔径扩孔的实践与效果

　　摘要：在地质勘查岩心钻探施工中，孔内事故的出现是不可避免的。造成孔内事故的原因很多，操作不当；岩层复杂破碎；坍塌掉块；卡埋钻、钻杆钻具扭断等。在处理孔内事故中，经常需要扩孔。有时操作不当，钻具级配不合理，往往造成钻孔被扩偏；事故叠事故；被迫报废钻孔。造成经济损失。扩孔成功与否，决定着处理孔内事故的成败；钻孔是否报废；是否继续钻进。
　　关键词：孔内事故；大一级孔径扩孔；分级扩孔
　　
　　我总队近些年来，在岩心钻探施工中，在有的矿区发生过较为严重的孔内事故；在一定程度上影响钻进效率。经过多年实践总结，我们都采用了大一级孔径扩孔的方法来处理扔在孔内的事故钻具或钻头。取得了良好的效果。以往遇到这类事故，总是采用大两级以上的孔径去扩孔，大部分扩偏，或把事故钻具或钻头切成两半；很难处理。浪费人力、物力和时间。原以为扩孔钻具直径越大于事故钻具或钻头的直径，扩孔钻具把事故钻具或钻头套进的概率越高；实际上这种概率非常低；多年生产实践已证明。近些年来，在所有的事故钻孔，需要扩孔时，都采用了大一级孔径扩孔方法，效果显著。
　　一、黑龙江省林口县大盘道大理岩矿区
　　在黑龙江省林口县大盘道大理岩矿区进行岩心钻探施工，我总队首次进行S59mm绳索取芯新工艺试验。在施工ZK301号钻孔时，设计孔深为200米。钻孔倾角为75度。岩性为大理岩；可钻性为5.5级。根据钻探设计及钻探工艺的要求，冲洗液选择为优质无固相冲洗液。在清水中按比例加入DL—1型复合型减阻剂。加量为每立方米清水加入1~2公斤。开钻后，比较顺利；24小时进尺（三小个班）91.70米；当钻进91.70米处时，由于当班工人把这种减阻剂的用量加大，超过规定的技术要求，造成岩粉絮凝沉淀，堵塞了钻头水口，造成了严重烧钻。金刚石钻头和所钻岩层融化在一起；绳索取芯钻具、用于打捞岩心的捞矛器及12米钻杆扔在孔内。首先，把孔内12米钻杆用反丝钻具处理上来；然后把事故钻具（绳索取芯钻具）上部的大量沉淀絮凝岩粉排除掉；用十字磨孔钻头进行冲磨孔。在冲磨孔中，又使得弹卡挡头和弹卡室之间的连接部分拧成喇叭口和孔底沉淀絮凝物过多，十字磨孔钻头通水孔被破碎岩心堵死；并在喇叭口处拧断，致使外管钻具卡在孔底。至此：不但事故钻具卡在孔底，用于处理事故的钻具也卡在了孔底。若不处理上来，钻孔就得报废。地质上该钻孔处于高级储量块段（B级），该钻孔不能报废。经过反复研究，针对地层岩性、产状和复杂程度，孔内实际情况，决定采用扩孔方法打捞孔内事故钻具。
　　在该孔扩孔前，吸取了以往扩孔的经验教训。为了确保扩孔成功，对75度倾角钻孔及扩孔钻具进行了受力分析。通过分析，认为采用大一级孔经扩孔是可行的，不会扩偏。换言之，扩孔径尽量接近原孔径，这样扩孔钻头（包括钻具及钻杆）受力均衡，不会扩偏。同时，通过实验，调整钻进参数（压力、转数、泵量）。改变以往扩孔时低转数，大压力，大泵量。
　　
　　采用低转数、中压力、中等泵量。
　　钻进参数如下：
　　
　　立轴压力（KN） 立轴转数（N/min） 泥浆泵量（L/min）
　　3~4 388 90
　　
　　扩孔时，冲洗液采用优质无固相泥浆，使之润滑减阻效果好；携带岩粉能力强。因原孔径为60mm；采用大一级的直径75mm无内出刃硬质合金补强钻头和直径75mm无内出刃人造金刚石孕镶补强钻头进行扩孔（这两种钻头为自行设计；硬质合金钻头镶焊方式为：三八式）。该扩孔钻头无内出刃，防止钻至事故钻具位置时切削事故钻具。只用了8.5小时扩至到事故钻具位置（事故钻具在91.70米处）。然后继续钻进一米，人为造成孔底钻头处岩心堵塞。这样把事故钻具和磨孔钻具全部套装在直径75mm扩孔粗径钻具内，成功提至地表。没有损坏事故钻具和磨孔钻具。在75度倾角钻孔中扩孔，完全没有扩偏，准确无误的按原钻孔轴线扩至孔底。
　　实践证明：
　　这种大一级孔经扩孔是可行的。它有效避免了因事故钻具扔在孔内，从而导致钻孔报废。减少了岩心钻探报废工作量；减少了经济损失。
　　
　　二、吉林省汪清县庙岭青石顶子大理岩矿区
　　在吉林省汪清庙岭青石顶子大理岩矿区进行岩心钻探施工，钻探ZK302号孔（该孔设计孔深160米，设计倾角80度）。当钻至56.26米孔深时，由于钻压较大，造成S59mm绳索取芯钻具的扩孔器、钻头及外管岩心管三处出现喇叭状；涨在孔璧上。粗径钻具上部丝扣处扭断；将粗径钻具扔在孔内。用公锥打捞事故钻具以及用其他方法打捞均不奏效。经过反复研究决定采用在其他矿区岩心钻探处理事故钻具的经验；决定采用大一级孔径扩孔的方法。采用直径75mm硬质合金无内出刃补强钻头和直径75mm无内出刃人造金刚石孕镶补强钻头扩孔（硬质合金钻头镶焊方式为：三八式）。使用优质无固相泥浆护壁、润滑减阻效果好；携带岩粉能力佳。仅用了一个小班（八小时）就顺利的扩至孔底58米处。将事故钻具完整的套装在直径73mm粗径钻具内并提至地表。待孔内清洗干净后，继续钻进。
　　
　　三、黑龙江省阿城市山河林场大理岩矿区
　　在黑龙江省阿城市山河林场大理岩矿区进行岩心钻探施工，采用56mm小口径金刚石钻进工艺。钻孔直径为56.5mm。钻探ZK101号孔时，(该孔设计孔深为230米；设计倾角80度)；该孔上部有近70米的板岩，中等风化。节理发育，硬、脆、易碎。由于采用清水
　　作冲洗液，而没有采用低固相泥浆作冲洗液。当该孔钻至68.91米时，孔内清水冲洗液护壁不好，多处坍塌掉块，导致卡钻。在处理卡钻事故中，钻具上部卡的很紧，钻杆折断；三组钻杆、粗径钻具和钻头卡在孔内。事故钻杆的顶部距孔口（地表面）36.41米处。用小口径公锥打捞钻杆时，下不到事故钻杆位置；公锥对不上（孔内掉块较多）。根据这种情况，经过事故分析研究，决定采用大一孔径分级扩孔的技术方法；把事故钻具捞上来。同时上部有70米左右破碎的板岩，为了防止掉块，使用优质低固相泥浆作冲洗液进行护孔。根据岩层情况，泥浆黏度调制相对要高一些。泥浆黏度为漏斗粘度25~30秒。用以增强扩孔时泥浆护壁和携带岩粉的能力。第一步：先采用直径75mm无内出刃硬质合金补强钻头和直径75mm无内出刃人造金刚石孕镶补强钻头（硬质合金钻头镶焊方式为：三八式）扩孔，轻钻压、慢转数，仅用了两个小班（十六小时）顺利的扩至43.50米；且孔璧稳定。扩孔钻具将孔内事故钻杆上部准确地套装在内。对提至地表的扩孔钻具、钻头进行检查，内、外璧没有磨痕，说明原钻孔没有扩偏。钻孔直径由原来的56.5mm扩至75mm。第二步：采用直径91mm无内出刃硬质合金钻头和直径91mm无内出刃人造金刚石孕镶补强钻头（硬质合金钻头镶焊方式为：三八式）在钻孔直径75mm基础上，继续扩孔。从地表扩至45.68米。同样扩孔钻具将事故钻杆上部准确地套装在内。从检查结果来看，该级别孔径扩孔同样没有扩偏。两次分级扩孔，钻孔直径已扩至91mm；扩孔深度为45.68米。为了防止上部破碎的板岩层坍塌掉块，下入45米直径89mm套管护壁；非常顺利的下到预定位置；将事故钻具上部准确地套装在直径89mm套管内。第三步：下入直径50mm反丝钻杆反上二根钻杆。再用直径75mm无内出刃硬质合金钻头和直径75mm无内出刃人造金刚石孕镶补强钻头（硬质合金镶焊方式为：三八式）与直径75mm加长粗径钻具连接扩孔至70米，将事故钻杆及钻具全部套装在直径73mm加长粗径钻具内；下入直径50mm反丝钻杆将事故钻杆钻具全部提至地表。检查结果表明：原来扔在钻孔内的钻杆、粗径钻具、金刚石钻头及扩孔器，没有因扩孔而损坏。得以继续钻进。避免了报废钻探工作量。减少了经济损失。

　　　　在上述三个矿区采用这种方法处理钻孔内事故，成功率达100%；可以借鉴。
　　近些年来，我总队在地质勘查岩心钻探生产中，在遇到钻孔内发生“卡、埋、烧“钻事故;将钻杆，粗径钻具，钻头扔在钻孔内.需要扩孔时,基本上都采用大一级孔经扩孔处理钻孔内事故，是非常有效的。收到了很好的效果。
　　四、几点体会：
　　（一）大一级孔径扩孔，扩孔的孔径与原孔径接近。扩孔时，钻压轻；低转数；泵量大一些。扩孔会沿着原孔径轴线扩下去；不会扩偏。同时采用优质泥浆护壁；润滑减阻；提高携带岩粉的能力（因扩孔会产生大量的岩粉和岩石碎屑）。效果会更好。
　　（二）在70度到90度倾角钻孔中扩孔，硬岩层、软岩层、或者软硬互层，都是可行的。
　　（三）对于减少处理孔内事故时间及减少事故率；减少岩心钻探报废工作量；提高台月效率，降低钻探成本；提高经济效益；是有显著成效的。
　　（四）针对扩孔的特殊情况，我们自行设计了“三八式“无内出刃硬质合金补强钻头和无内出刃人造金刚石孕镶补强钻头。扩孔将事故钻具套装在扩孔钻具内时，对事故钻具没有损害；维护后可再利用。可钻性五级以下级别岩石，采用硬质合金钻头扩孔。可钻性五级以上岩石，采用金刚石孕镶钻头扩孔。
　　（五）自行设计的硬质合金钻头；钻头钢体采用D40材料，钢体外径108mm，璧厚为10mm；硬质合金采用地质钻探用G8合金；规格有：[大八角；中八角；小八角]。补强合金用方柱形。采用阶梯式镶焊方式；分级切削岩石，扩孔时导向性好。钻头钢体外璧采用方柱合金补强；增强钻头钢体外璧的耐磨性。
　　（六）自行设计的人造金刚石孕镶补强钻头，委托厂家加工。
　　
　　参考文献：
　　[1]郭绍什，等钻具级配对钻杆折断的影响[J]，煤田地质与勘探，1987，（6）。
　　[2]张春波。绳索取芯钻杆损坏原因的分析[J]，探矿工程，1982.（4）
　　[3]张春波，绳索取芯钻杆折断原因的分析[J]，探矿工程，1987，（2）
　　[4姜光忍，等，绳索取芯钻探施工中钻杆折断原因分析及应对措施[J]
　　探矿工程，2009，（3）