水井钻孔钻具吸壁导致事故的处理研究（南亲江）

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1、水井钻孔钻具吸壁导致事故的处理研究（南亲江）　　摘要:在松散地层覆盖区的水文井孔埋钻事故中，一般认为引起埋钻的原因是由于砂粒沉淀造成的，采用常规的处理方法很难奏效，造成井孔报废的概率很高。经多年的实践研究，找到了问题的结症所在:绝大多数埋钻是由于钻具吸壁引起的，往往钻具吸壁是导致事故的主要原因。针对这一“特殊的埋钻”事故，采用“剥离法”进行处理，没有一例失败。从而产生了较好的社会经济效益。 　　关键词:钻具吸壁;埋钻事故;水文钻孔;处理方法 中图分类号:P634.2文献标识码:A 1概述 　　所

2、谓钻具吸壁，笔者在本文中是这样定义的:钻具吸壁是指钻具沿着弯曲、变形的井孔，在自身重力、粘性土缩径等内外力作用下，使钻具与地下岩土层密切接触，钻具与岩土层之间的摩擦阻力非常大，导致钻具在孔内既不能转动，也不能提升和下降的一种孔内事故。在以往的事故处理中，这种现象多被认为是下部岩粉沉淀引起的埋钻，采取的处理方法有:提、顶、冲、转、打、串、震、反、炸等。在前面几种方法都不能奏效的情况下，只能采取后两种方法。用反丝钻具打捞处理，耗时费力，危险性大，而且反扣时，往往会多头开扣，造成钻具插错，使事故复杂化

3、，甚至井孔报废;采用炸的办法，只能提上部分钻杆，后续处理工作复杂，井孔报废的概率很高，而且该方法还受到有关部门的管制。经多年实践，笔者采用“剥离法”处理这类事故，无一例外都获得成功，从而产生了较好的社会经济效益。 2钻具吸壁原因及受力情况分析 　　导致井下钻具吸壁的直接原因是钻机故障、水泵故障、停工待料、停水停电、恶劣天气、操作不当导致跑钻、孔内其它事故等，使钻具在孔内静态时间过长。最短的半个多小时就有可能导致吸壁。其间接原因有:钻机、钻塔安装的水平误差、钻头的对称误差、钻具的垂直度、施工震动、

4、施工工艺不合理及地层干扰等因素造成的钻孔弯曲。根据《供水水文地质勘察规范》GB50027-2001要求，孔身在100m深度内其孔斜度不大于1.5°，以孔深400m为例，孔斜1.5°。在孔底产生的位移L=400×tan15°≈10.5m，即使发生0.5°的偏差，在孔底也要产生3.5m的位移，况且有时候孔斜度会远大于1.5°。因此，静态时，在重力作用下，钻具一般都是贴近井壁的。在重力或拉力作用下钻具有可能嵌入软地层，粘性土缩径也有可能包住钻具，与软地层呈半圆状或键槽状紧密接触，形成吸壁。这种事故表现

5、在泥浆循环系统，有时泥浆循环正常，有时泥浆循环不正常。如果泥浆循环不通，说明该孔不仅仅有钻具吸壁问题，钻头被堵，孔底亦有埋钻的可能。按照正常的施工工艺和与之相适应的泥浆性能要求进行施工，岩粉沉淀不会很多。经理论计算和实践验证，这类埋钻会造成钻机转不动，但一般不足以使钻机拉不动钻具。 　　土工资料和静力触探资料显示，第三、四系松散层粘性土的侧摩阻力一般为10～60kPa，大于30kPa的概率最多。在水井钻探施工中，常用φ89mm的钻杆。如果钻具吸壁，其半柱面与地层接触，每米钻杆与岩土层的接触面积A

6、=0.089×3.14×0.5×1=0.14m2。以摩阻力为30kPa为例，每米产生的摩擦力F=30kPa×0.14m2=4.2kN。只要有50m钻具吸壁，再加上钻具自重、钻头阻力、钻杆接头阻力，以及在钻孔弯曲部位、缩径部位，钻机拉力被分解为顺层拉力和对地层的压力，使有效拉力变小，摩阻力增大等因素，足以造成“埋钻”。在水井钻孔施工中，钻具吸壁常常达到一、二百米。但是，这一问题在以往的事故处理中，常常由于人们的认识不足而被忽略。 3处理方法研究 　　根据上述分析的情况，既然钻具吸壁引起了埋钻，就必

7、须采取相应的对策，把钻具从地层中剥离出来。经反复实验和实践研究，采用套冲和削冲这两种方法比较行之有效。下面就这两种方法的有关技术与工艺问题作一详细介绍。 　　所谓套冲，就是用大于钻杆锁接头外径的套管，沿着钻杆往下套，在遇到阻力时，一边用自由钳转动钻杆，一边用泥浆泵送水冲洗，把钻具从地层中剥离出来的一种处理方法。水井钻孔在松散层中的施工孔径一般是φ250mm到φ550mm之间，钻杆锁接头的外径为118～121mm。因此，套管一般选用外径大于或等于159mm，壁厚为6mm的钢管。如果外径小于159m

8、m，向下套起来很困难，但受到施工孔径的限制，套管外径又不能太大，套管与井壁之间必须留有足够的间隙，所以选用外径为168mm钢管较好。第1根管子带一个导向口，其作用为:①在下套管时，遇到钻杆锁接头会下不去，有了这样的导向口，只要用自由钳或管子钳转动几下钻具，就能顺畅地下去;②到了吸壁的地方，当钻头使用。一边送水冲洗，一边用自由钳子慢慢转动管子，刮削井壁，增大井壁半径，减少接触面积，剥离钻具。导向口高度为60mm左右，弧长为1/3周长，首端为直角，末端为半径等于60mm的1/4圆弧。在导向口上焊一瓦