可退式撈矛在深孔鉆探事故處理中的應(yīng)用

張英傳， 翟育峰， 王年友

(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 煙臺264004； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北 廊坊 065000)

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可退式撈矛在深孔鉆探事故處理中的應(yīng)用

張英傳1， 翟育峰1， 王年友2

(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 煙臺264004； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北 廊坊 065000)

隨著鉆探孔深不斷加深，復(fù)雜鉆孔工作量不斷加大，孔內(nèi)卡鉆斷鉆桿事故時有發(fā)生。在斷鉆桿斷口不規(guī)則、常規(guī)錐子打撈不成功的情況下，采用可退式撈矛能快捷、有效地處理好該類事故。結(jié)合2起工程實例，介紹了可退式撈矛的使用方法及優(yōu)點(diǎn)，針對使用過程中出現(xiàn)的問題提出了一些建議，為該類孔內(nèi)事故處理提供借鑒及參考。

可退式撈矛；卡鉆；事故處理；深孔；鉆探

0 引言

隨著鉆探技術(shù)朝著“超深、超斜、超難”的延伸，孔內(nèi)事故也隨之增多，如何降低處理孔內(nèi)事故的時間，安全、有效地處理孔內(nèi)事故，是我們一直探索解決的問題。本文介紹了可退式撈矛在汶川科鉆WFSD-4S孔及招遠(yuǎn)欒家河工地84zk1孔的斷鉆桿事故中的處理情況。應(yīng)用證明，采用可退式撈矛可安全、有效地處理孔內(nèi)斷鉆桿事故，大大降低事故處理時間，提高鉆探生產(chǎn)效益。

1 可退式撈矛及其工作原理

可退式撈矛是中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所研發(fā)的鉆探孔內(nèi)事故處理工具(見圖1)，目前已經(jīng)在石油鉆井等大口徑鉆探事故處理中得到了廣泛的推廣應(yīng)用?？赏耸綋泼墓ぷ髟砣缦?。

(1)打撈：當(dāng)撈矛卡瓦接觸孔內(nèi)事故鉆桿時，卡瓦處于自由狀態(tài)，與矛桿產(chǎn)生相對位移，卡瓦從矛桿錐面脫離，矛桿繼續(xù)下行，直至連接套頂?shù)娇ㄍ呱隙撕螅仁箍ㄍ呖s進(jìn)事故鉆桿處于收緊狀態(tài)，分瓣卡瓦受向內(nèi)壓力，靠其反彈力，卡瓦緊緊地貼在事故鉆桿內(nèi)壁上。下鉆至預(yù)定位置后，稱重后緩慢下放鉆具，然后上提鉆具，卡瓦、矛桿的內(nèi)錐面貼合，產(chǎn)生徑向張力，使分瓣卡瓦與鉆桿內(nèi)壁更加緊密貼合，實現(xiàn)打撈。

圖1 可退式撈矛

(2)退出：一旦鉆桿卡死，無法撈出需退出撈矛時，只要給一定的下行壓力，就能使卡瓦與矛桿內(nèi)錐面分離(此下力可根據(jù)稱重確定)，徑向張力消失，旋轉(zhuǎn)鉆桿1/4圈，使卡瓦下端大倒角進(jìn)入撈矛桿錐面上3個鍵起端傾斜面夾角內(nèi)，上提鉆具，撈矛即退出事故鉆桿。

2 事故鉆孔概況

2.1 汶川科鉆WFSD-4S孔

WFSD-4S孔設(shè)計孔深1200 m，要求800～1200 m孔段連續(xù)取心，終孔直徑≮96 mm；鉆孔一開采用?219 mm硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至30.60 m下入孔口管固井，二開采用?165 mm金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至552 m時，換?122 mm金剛石提鉆取心鉆具，鉆進(jìn)至792 m后下入?146 mm套管至552 m，然后采取“架橋”的方式用水泥漿固井，三開采用?122 mm金剛石提鉆取心鉆具順利終孔，終孔孔深1204.18 m，終孔孔徑122 mm。

2.2 欒家河84zk1鉆孔

84zk1孔設(shè)計孔深2390 m，要求全孔連續(xù)取心，終孔直徑≮75 mm；一開采用?122 mm金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝，鉆進(jìn)至127.31 m下入?108 mm套管護(hù)壁；二開采用?95 mm金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝，鉆進(jìn)至1238.28 m下入?89 mm套管護(hù)壁；三開采用?75 mm繩索取心鉆進(jìn)工藝鉆進(jìn)至終孔，終孔孔深2391.55 m。

3 事故發(fā)生及處理過程

3.1 汶川科鉆WFSD-4S孔事故

WFSD-4S孔鉆進(jìn)至517 m時發(fā)生卡鉆事故(鉆頭?165 mm，鉆桿?114 mm)，由于當(dāng)班班長處理不當(dāng)導(dǎo)致鉆桿在52 m處扭斷，首先采用反絲錐子將事故鉆桿單根處理上來，然后下鉆對上鉆桿后采用強(qiáng)拉、硬扭都無濟(jì)于事，分析可能由于孔內(nèi)事故鉆桿停待時間過長進(jìn)而造成吸附卡鉆事故。

3.1.1 采用反絲鉆桿絲錐處理

采用反絲鉆桿處理孔內(nèi)鉆桿，第一次順利反上來27 m，第二次下反絲公錐多次都不成功，繼續(xù)下反絲母錐也反不開，從提上來的錐子分析，由于孔內(nèi)粘附力較大，事故鉆桿可能已經(jīng)被錐子吃劈，繼續(xù)采用常規(guī)的反絲錐子無法處理孔內(nèi)鉆桿。

3.1.2 采用可退式撈矛處理

3.1.2.1 孔口實驗

為了安全起見，在孔口放置?114 mm鉆桿接箍，用機(jī)上鉆桿連接可退式撈矛，鉆機(jī)卡頭加壓卡瓦處于完全收緊狀態(tài)都無法進(jìn)入鉆桿接箍，測量發(fā)現(xiàn)，即便是撈矛卡瓦處于完全收緊狀態(tài)的外徑比鉆桿接箍內(nèi)徑大了6 mm。對撈矛進(jìn)行了加工(卡瓦內(nèi)徑切掉2 mm，矛桿外徑切掉3.5 mm)后，再次實驗?zāi)軌蝽樌麎喝脬@桿接箍，而且貼合力可觀，并能順利退出。配好鉆具下鉆。

3.1.2.2 下鉆打撈

考慮到由于環(huán)裝間隙較大(孔徑165 mm，鉆桿?114 mm)，為了使撈矛順利進(jìn)入孔內(nèi)事故鉆桿，特加工了導(dǎo)向(見圖2)。算好機(jī)上余尺后下鉆，到達(dá)預(yù)定位置緩慢下放鉆具，稱重確認(rèn)撈矛吃緊事故鉆桿后開始進(jìn)行反鉆桿操作，由于孔內(nèi)粘附力大，多次嘗試順利反開一根單根，造成打撈矛卡瓦斷裂一片(見圖3)。 處理好該劈裂鉆桿后，后續(xù)采用套銑的辦法順利處理完該起孔內(nèi)事故。

圖2 打撈矛導(dǎo)向

圖3 損壞的可退式打撈矛

3.2 欒家河84zk1孔事故

84zk1孔正常鉆進(jìn)至2348 m，突發(fā)鉆桿折斷事故，泵壓下降，稱重不足，提鉆后發(fā)現(xiàn)鉆桿在768 m處折斷。從鉆桿斷口處分析，斷鉆桿可能是由于鉆桿過度疲勞造成強(qiáng)度下降進(jìn)而折斷。

3.2.1 采用常規(guī)公錐打撈

使用正絲公錐下鉆撈取鉆桿，確認(rèn)撈住鉆桿后上頂機(jī)上鉆桿(使用的CT20型全液壓鉆機(jī))，事故鉆桿離開孔底2 m，錐子捋扣，發(fā)生跑鉆事故；再次吃錐子，扭矩變大，為了安全起見多次活動確認(rèn)錐子吃住鉆桿后上頂，再次捋扣。分析原因：(1)鉆桿材質(zhì)較軟，孔內(nèi)事故鉆桿質(zhì)量大，錐子雖然吃住鉆桿，但是強(qiáng)度不夠；(2)下部事故鉆桿斷口處出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致打撈不成功。

3.2.2 采用可退式撈矛打撈

3.2.2.1 孔口實驗

將?71 mm鉆桿接箍焊接在孔口板上，用機(jī)上鉆桿連接可退式撈矛，鉆機(jī)卡頭加壓卡瓦順利進(jìn)入鉆桿接箍，而且貼合力可觀，并能順利推出，配好鉆具下鉆。

3.2.2.2 下鉆打撈

算好機(jī)上余尺后下鉆，到達(dá)預(yù)定位置緩慢下放鉆具，稱重確認(rèn)撈矛吃緊事故鉆桿后開始緩慢旋轉(zhuǎn)鉆桿，扭矩較大，分析可能是跑鉆事故造成下部擴(kuò)孔器變形，嘗試退出撈矛不成功，多次旋轉(zhuǎn)、上下活動鉆具后，下部事故鉆桿活動，打撈成功，提鉆。提鉆后發(fā)現(xiàn)撈矛卡瓦斷裂一片。

4 應(yīng)用效果

4.1 汶川科鉆WFSD-4S孔

使用可退式撈矛大大降低了事故處理時間，從打撈出的事故鉆桿看(見圖4)，采用常規(guī)的錐子是無法打撈出事故鉆桿的。常規(guī)辦法就是下磨孔鉆頭，將該事故鉆桿消滅掉以后再想辦法處理下部鉆桿，這樣處理周期變長，而且由于鉆孔環(huán)狀間隙大(孔徑165 mm，鉆桿?114 mm)，消滅事故鉆桿并不容易，極易發(fā)生卡鉆、崩鉆頭、斷鉆桿事故，處理風(fēng)險很大。使用可退式撈矛，順利將事故鉆桿處理成功，為下部事故處理打下良好基礎(chǔ)。

圖4 用可退式撈矛處理上的事故鉆桿

4.2 欒家河84zk1孔

由于孔內(nèi)事故鉆桿質(zhì)量過大，在使用常規(guī)錐子撈取的過程中發(fā)生了跑鉆事故，如果再次下公錐可能會出現(xiàn)下部鉆桿跑鉆，造成錐子拉不動也退不掉的錐死現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致事故處理更加復(fù)雜。使用可退式撈矛順利地將事故鉆桿處理好，前后只用了20 h。

5 存在的問題及建議

(1)兩起事故處理過程都發(fā)生了撈矛卡瓦斷裂事故，總結(jié)原因認(rèn)為鉆桿回轉(zhuǎn)過快，同時孔內(nèi)事故鉆桿遇卡造成扭矩過大，打撈卡瓦受過大扭矩而斷裂，進(jìn)而使撈矛無法退出。建議使用可退式撈矛處理孔內(nèi)事故的時候，盡量減少不必要的回轉(zhuǎn)，同時觀察回轉(zhuǎn)扭矩，降低撈矛卡瓦斷裂的風(fēng)險。

(2)撈矛在汶川WFSD-4S孔應(yīng)用過程中存在和現(xiàn)場鉆桿不配套的問題，建議撈矛在下孔前在孔口進(jìn)行試驗，保證能順利卡緊及退出后再下孔。

(3)建議對可退式撈矛卡瓦材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高卡瓦韌性，降低斷裂的風(fēng)險。

(4)使用撈矛下鉆前一定要計算好機(jī)上余尺，撈矛插入事故鉆桿要根據(jù)機(jī)上余尺進(jìn)行調(diào)整，保證撈矛卡瓦在退出的時候有足夠的機(jī)上余尺空間。

(5)選用可退式撈矛時，要提供詳細(xì)的事故鉆桿尺寸、扣型等相關(guān)資料，便于選擇配套的型號。

(6)同常規(guī)錐子相比，可退式撈矛價格相對較高，建議在淺孔、孔內(nèi)事故情況較為簡單的情況下采用常規(guī)錐子，深孔、孔內(nèi)事故較為復(fù)雜的情況下建議采用可退式撈矛處理，兩種方法互補(bǔ)，降低鉆探成本，提高生產(chǎn)效率。

(7)加強(qiáng)鉆桿、鉆具的日常檢查、倒換工作，杜絕鉆桿過度疲勞引發(fā)事故。

6 結(jié)語

應(yīng)用表明，可退式撈矛與常規(guī)的錐子相比具有性能良好、施工便捷、處理周期短，能安全高效地處理復(fù)雜斷鉆桿事故，為繩索取心斷鉆桿事故的處理提供了一種有效的方法，應(yīng)大力推廣應(yīng)用，為深孔鉆探技術(shù)的提升提供支撐。

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Application of Retrievable Spear for Drill Rod Fishing

ZHANG Ying-chuan1, ZHAI Yu-feng1, WANG Nian-you2

(1.The Third Geological Teem of Shandong Bureau of Geology and Mineral, Yantai Shandong 264004, China; 2.The Institute of Exploration Techniques, GAGS, Langfang Hebei 065000, China)

In recent years, with the deepening of hole drilling and the continuous increasing of complex drilling workload, drill pipe sticking and breaking accidents frequently occur. Under the conditions of broken drill rod with irregular fractures or unsuccessful fishing by conventional fishing cone, the retrievable fishing spear can be used to deal with the accident quickly and effectively. Combined with 2 engineering examples, this paper introduces the retrievable fishing spear about its use method and advantages; and puts forward some suggestions in view of the problems in using process, which can be reference for dealing with the similar downhole accidents.

retrievable fishing spear; sticking; accident treatment; deep hole; drilling

2017-02-17

張英傳，男，漢族，1965年生，副院長，工程師，長期從事水文水井鉆探、地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)研究和管理工作，山東省煙臺市芝罘區(qū)機(jī)場路271號，syzzyc@sohu.com。

P634.4+9

B

1672-7428(2017)05-0031-03