绳索取芯钻杆折断事故分析及捞取钻杆的工艺探讨

６２　西部探矿工程　２０１１年第４期　

绳索取芯钻杆折断事故分析及捞取钻杆的工艺探讨　

王廷睿　，张德明，吴志强　

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽蚌埠２３３０００）　

摘要：随着地质找矿事业的蓬勃发展，国土资源部确定了长江中下游重要成矿带地质找矿统一部署　

区安徽段——泥河铁矿的初勘工作。通过对ＸＹ一５钻机使用绳索取芯钻具钻进过程中的易发事故　以及事故处理过程中的原因分析、孔底情况判断和处理方法选择的探究，以期对类似事故处理有所借　

鉴。　

关键词：钻杆折断；埋钻；跑钻；岩粉量；抽吸作用　

中图分类号ｉＰ６３４文献标识码：Ｂ文章编号：１ＯＯ４—５７１６（２０１１）Ｏ４一Ｏ０６２—０３　

小口径绳索取芯钻进过程中，钻杆折断事故经常发　

生。其原因有钻杆本身质量缺陷、金属疲劳损伤问题以　

及孔内地层复杂情况，均会造成钻杆折断。事故原因显　

得错综复杂，非常清楚地判断很困难。通常遇到断钻　

杆，常规处理方法都是采用带有出水槽的正丝或反丝公　

锥，吃扣后强提。虽然多数情况下能捞取上来，但是仍　

然有１Ｏ　～２Ｏ　的情况处理起来很困难，甚至根本处　理不上来。　

１钻杆折断的原因分析　

正常钻进过程中，由于各项参数选择较为适中，循　

环冲洗液无中途泄露使得孔内冲洗液的岩粉含量较少，　在孑Ｌ内阻力并不大的情况下，钻杆折断往往与钻杆质量　

有关，折断部位绝大部分在丝扣扣根处在制造时其结构　

本身就薄弱，容易被破坏，加上接头处钻杆的同心度较　

差，接头偏磨严重，损伤其强度；当孔底阻力突变时，造　

成钻杆折断。这种突然折断情况，用常规工具就可以捞　

上来。不容易处理的事故其难易程度在于判断问题的　

准确性。从外观表现同样是钻杆折断，有一些处理就特　别困难。常规处理方法没有效果，采用反丝钻杆处理往　

往受反丝钻杆数量、反出钻杆数量的限制，非突然性钻　

杆折断的处理其时效均很低。下面我们来分析一下处　

理起来困难的原因。　

２事故处理困难的原因　

（１）因为金属疲劳损伤造成的折断，在前期预防、中　

期钻进过程中的判断都是很困难的。表面上看，可能同　

样表现出正常钻进中，听到脆响，钻杆就断了，有点像丝　扣质量问题；但是，它是因为丝扣在长期使用过程中疲　劳而出现裂纹，冲洗液泄漏，形成假循环，导致孔底岩粉　

大量增加，阻力加大，发展到断裂。发生这类事故情况　

下往往会出现钻头微烧，或者岩粉量过大而埋钻。采用　

正丝锥子无法将事故钻具捞出，只能用反丝钻杆配反丝　

锥子反出事故钻具。　

（２）复杂地层造成的钻杆折断原因很复杂，岩石破　

碎地层、漏水地层、水敏地层等等，都容易造成钻杆折　断。岩石破碎地层、漏水地层中有大量的缝隙，正常钻　

进时岩粉及粘稠的冲洗液在水泵的压力作用下被压入　缝隙；钻杆折断后，压力降低，岩粉重新涌人孔内，形成　

埋钻，处理起来更加困难。　

（３）其它相类似的事故如：跑钻、卡钻提断钻杆。钻　

具多数会落到孔底，事故过程中处理不上来，往往会认　为钻杆墩变形。我们处理过１００５ｍ的跑钻事故。孔内　

余２个立根１套钻具时，木马夹持器夹持力不足跑钻，　

吃扣后仍然没有提动。最后采用正丝反正丝的方法处　

理上来后，测量结果是钻杆无明显变形，接箍口略外张，　

最严重的是：长径７２．７—７３．３ｒａｍ，短径７２．４—　

７２．８ｍｍ（偏磨造成外径数值不同），不足以妨碍提钻。　

这种情况往往是孔内有岩芯残留，岩粉落于钻头内台阶　

上，开泵冲孔，导致岩粉外溢，埋住钻具；钻杆墩弯后，也　

会造成很大的阻力（见图１）。综上所述，钻杆折断后，　应判断浆泵压力的变化情况、地层岩性变化情况、进尺　

速度的问题及在前期钻进过程中所表现出来的特性。　岩粉量的产生是均匀的而且较少，事故发生后比较好处　

理。如果岩粉量较多，不论是何原因造成的钻杆折断，　都会伴随埋钻，导致事故处理困难。所以说决定着事故　

＊收稿日期：２０１０—０５—２８　第一作者简介：王廷睿（１９７０一），男（汉族），安徽凤台人，工程师，现从事水工环施工技术管理工作。

　２０１１年第４期　西部探矿工程　６３　

，ｒ　ｆ　／　／　

ｆ　／／　／／　／　／　／／／　，１，／　／　／７　，　‘——　＼　钻头底都水Ｌ１　ｌ　

图１钻头底唇示意图　

处理的难易程度是岩粉量的多少。　

３事故处理方法的探讨　

钻具一旦被埋，常规的处理办法就是大泵量，高泵　

压，长时间进行冲孔。这种方法所能起到的作用，大家　

看法不同，我个人认为很小，甚至会起到负作用。在正　

常钻进过程中，岩粉是在不断的产生的，环状空间岩粉　含量大于钻杆腔体内的，停泵后由于内外比重不同，岩　

粉决速下沉，形成反向压力差，导致钻杆内冒水（有经验　

的班长在每次投放捞矛时经常会用捞矛接触钻杆内水　

位高低判断出孔内岩粉量的情况）。当事故钻具停在孔　

底这种循环同样存在，随着岩粉在环状间隙的增多，内　

外压差的减小，反向循环减弱，直到停止。在此反向循　

环过程中岩粉会回流进入钻具中，随着时间的增加岩粉　

沉淀于钻头处，钻头的结构形式内外均有漏斗形斜面，　形成楔形结构，外力上拉时，导致越拉越紧。正循环送　

水，压力自上而下，由内而外，只会使得岩粉越挤越密、　

越压越紧，很难冲通。因此在岩粉较多时采用正循环，　

胎体台阶上都会聚集很多岩粉。向上提拉钻具沉淀了　

的岩粉会挤入岩石和胎体之间，越挤越紧，开泵只会加　

剧挤压效果，导致钻具彻底埋死。　跑钻的事故按理论计算是钻杆内岩粉量多于外部，　

按面积计算｛３．１４×［（７７／２）。一（７０／２）　］：＝＝　

８０７．７６５ｍｍ。）：［３．１４　Ｘ（７０／２）。一３８４６．５ｍｍ。］一　

８２．６４　，也就是说８２．６４　的岩粉会落人钻杆内。当　

时考虑到无内管，地层很完整，又属于正常钻进过程中，　岩粉量少，可以用泵冲通。实际是一开始就憋泵，一直　

处理到仅剩下一个钻头时，孔内无岩芯残留，用截去尖　

头的公锥，长时间、大泵量冲孔，未遇到任何阻力就将钻　头捞起。　

鉴于以上论述，如采用反循环作业，钻杆内形成负　压，负压产生压力降，压力降的指向是外环一底唇一管　

内，液体在压力的作用下活动，使得底唇空间岩粉松动，　外环岩粉在压力和重力作用下向下移动，直到反循环完　

全建立。　

影响抽吸作用的因素主要是钻头底唇的空间以及　

冲洗液的性能。被埋钻具是否能动。冲洗液的粘稠度　

过大，冲洗液透过岩粉缝隙的阻力加大，形成流动的趋　

势降低。如果岩粉量过大，被埋孔段较长，冲洗液无法　渗透，负压的吸力不足以将钻杆外的岩粉吸动，形成不　

了循环，被埋钻具也就无法提动。此时，活动钻具，有助　

于反循环的建立，初始岩粉沉降到胎体周围并不紧密，　

钻具几乎都能被拉动，正循环处理事故时常能遇到拉出　

１００￣５００ｍｍ时就再也拉不动了。其原因是钻头胎体　

与孔壁之间在钻具上提过程中，由于胎体斜面作用被沉　淀的岩粉挤紧卡死，钻头底唇下腔体又被岩粉沉淀淤实　

（开泵时淤实速度更快），上下都不能活动。在反循环状　态下，少量的拉动，外环的岩粉在压力作用下通过水口　

进人钻头底唇下腔，由于负压的存在，岩粉有向内运动　的趋势。钻杆下降时，下腔体冲洗液被压向钻杆内。反　

复拉、降，外环岩粉越来越少，被埋状态会减轻，逐渐发　展到完全解除。２００８年１月在泥河ＺＫ０１　孔，正常钻　

进至３５３ｍ换倒杆时钻杆折断，提钻，配公锥，强提，提　

起近３００ｍｍ后不动，反钻退公锥时多反出一节钻杆。　

采用套丝的方法重新配好钻杆，连接好后投入内管捞　矛。钻杆因为底部被卡处于自然状态，夹持器未受力，　

上提内管过程中，钻杆突然下落，夹持器夹紧；提出内管　后，再提钻，阻力越来越大，此时没有再强提，重新将内　

管放人钻杆内上下活动，配合提拉钻具，顺利将钻具提　

起。　

４结束语　

建立处理事故的反循环方法之一是：用内管总成在　

钻杆内活动，效果挺好，既简单又容易掌握。注意事项：　

①用玻璃胶或沥青密封住公锥丝扣和出水槽，确保负压　产生时能传到孔底。②不可强提，上下活动着内管同时　

提拉钻具，避免强拉挤死后反循环也不起作用。方法之　

二是：特制公锥加喷反接手，公锥前有３－－－－５圈密封圈，　

密封可靠性更高。安装位置见图２。上顶力有油缸来　

完成，力度及活动距离更直观、更准确、更容易操作。射　

吸产生的负压连续性好，可以连续地活动钻具，在岩粉　

量较大时更加突出。　

参考文献：　

（下转第６５页）　２０１１年第４期　西部探矿工程　６５　

打捞，捞出钻杆断丝扣，后用』２『６０ｍｍ钻杆对扣捞出　

ＤＬＭ—Ｔ６０倒扣捞矛。　从以上打捞过程进一步证实，原落鱼管柱中变扣接　

头已卡死在悬挂器内，继续采取打捞或活动解卡方法无　

法捞出井下落鱼，打捞已走到尽头，必须对鱼头进行处　

理。经分析决定根据悬挂器结构，下合适的磨鞋磨掉落　

鱼中变扣接头部分，使其与悬挂器内壁的锁紧力减小，　

然后再下入捞矛打捞。考虑到　７３ｒａｍ钻杆接头外径　

较大，不能进入悬挂器内腔，如果用　６０ｍｍ小钻杆代　

替，其抗压、抗拉及抗扭能力不强，容易造成管柱断裂，　

使事故复杂化，在各种条件受限的情况下，由于悬挂器　

长度有限，提出了制作特殊钻杆短节代替小钻杆的方　

案，该短节的特点是上部与　７３ｍｍ钻杆连接并进行限　

位，下部直接堆焊硬质合金（如图２），一方面管柱的强　

度与用小钻杆相比得到了保证；另一方面减小了管柱与　

小套管环空间隙，增加了磨铣过程中管柱的稳定性；同　

时由于短节母扣端的限位作用，防止了变扣接头大端被　

完全磨掉，造成其下部管柱落井，增加修井难度的情况。　

图２特制钻杆短节示意图　

具体方案：　

（１）加工３根长为２．５ｍ底部堆焊硬质合金的　

ｊ２『８２ｒａｍ反扣钻杆磨铣短节（见图２）；　

（２）磨铣管柱结构：　８８ｍｍ反扣钻杆短节×　

２．５ｍ＋ｊ２『７３ｍｍ反扣钻杆；　（３）设计磨铣参数：转速４Ｏ～５０ｒ／ｍｉｎ，钻压５～　

１０ｋＮ，排量３Ｏｍ３／ｈ。　

实际修井情况：采用　８８ｍｍ反扣梨形磨鞋磨铣共　进尺１．０７ｍ，用时３ｈ。磨铣后采用ＤＬＭ－－Ｔ６０倒扣捞　

矛打捞，上提管柱４８０ｋＮ活动未解卡，退出打捞矛。再　

次下人ｊ２『８８ｍｍ反扣梨形磨鞋，以５０￣６０ｒ／ｍｉｎ的转速　

磨铣，钻压５￣１０ｋＮ，排量３０ｍ３／ｈ，磨铣进尺１．４４ｍ，用　

时２ｈ。后下ＤＬＭ－－Ｔ６０倒扣捞矛打捞，捞获井内全部　

落鱼，大修成功。　

４结论　

侧富７６井　７３ｍｍ×　６０ｍｍ变扣接头被磨铣后　

ｊ２『８９ｍｍ大端内腔已被磨薄，壁厚１～２ｍｍ，被卡件失　

去内支撑，从而解卡，从而证实设计方案正确。通过对　侧富７６井磨铣参数研究和应用中可得出：控制钻压在　

１０ｋＮ，转盘５Ｏ～６０ｒ／ｍｉｎ的转速磨铣，排量达３０ｍ３／ｈ　

以上，对小直径空间磨铣效果较好。　

侧富７６的修井成功为江苏油田小直径套管井修井　

提供了经验，取得了小套管钻磨铣工艺上新的认识。侧　

富７６井对变扣接头的磨铣及打捞小油管的成功，为日　

后解决这类井下问题开辟了新的思路，具有重要指导意　

义。　

该井大修后下泵投产，日产油９．４ｔ，经济效益明　

显。　

（上接第６３页）　

图２喷射反循环结构与安装位置　

Ｉ－１－ｔ武汉地质学院．钻探工艺学［Ｍ］．地质出版社，１９８０．　Ｉ－２］刘广志．金刚石钻探手册［Ｍ］．地质出版社，１９９１．　［３］孙建华，张永勤，赵海涛，刘秀美．复杂地层中深孔绳索取　芯钻探技术研究［Ｊ］．探矿工程（岩土钻掘工程），２００６（５）．　［４］鄢泰宁，等．钻掘工程学［Ｍ］．中国地质大学出版社，２００１．