博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源鉆探工程孔內(nèi)事故處理分析

萬(wàn) 億，韓 柳

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源鉆探工程孔內(nèi)事故處理分析

萬(wàn) 億，韓 柳

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

通過(guò)AKT2孔的施工，可以較為全面的取得該區(qū)域各項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù)，用于評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源，為開采地?zé)崮芴峁┮罁?jù)。以新疆溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查項(xiàng)目AKT2號(hào)勘探孔為研究對(duì)象，在對(duì)該鉆孔地質(zhì)條件全面分析的基礎(chǔ)上，對(duì)AKT2鉆孔卡鉆的事故背景和事故原因進(jìn)行分析，并提出了具體的事故處理方法和施工建議，從而對(duì)后續(xù)易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對(duì)性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，進(jìn)而保證后續(xù)工作的正常開展。

卡鉆事故；事故原因；事故處理；地?zé)徙@探

本文在“新疆溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查”項(xiàng)目背景下，根據(jù)任務(wù)書要求開展了溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源預(yù)可行性勘查工作，為溫泉縣博爾塔拉河谷地地?zé)豳Y源試采及進(jìn)一步勘查與開發(fā)遠(yuǎn)景規(guī)劃的制定提供依據(jù)。該基礎(chǔ)測(cè)試孔AKT2位于新疆溫泉縣公路局職工宿舍樓北側(cè)，主要為博格達(dá)爾溫泉所在區(qū)域地?zé)崽?，該鉆孔于2014年7月6日開始施工，當(dāng)鉆進(jìn)至孔深563.76 m處使用測(cè)溫儀器進(jìn)行孔底測(cè)溫后，由于該孔地層在550～600 m范圍內(nèi)較為破碎且不穩(wěn)定性，造成了AKT2鉆孔卡鉆事故。因此，本文結(jié)合相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-5]，對(duì)AKT2鉆孔卡鉆的事故背景和事故原因進(jìn)行分析，并提出了具體的事故處理方法和施工建議，從而對(duì)后續(xù)易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對(duì)性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，從而保證后續(xù)工作的正常開展。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 氣象水文

研究區(qū)地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，具典型的大陸性中溫帶半干旱氣候特點(diǎn)。由于溫泉縣南、北、西三面環(huán)山，中間是博爾塔拉河沖洪積傾斜平原，地勢(shì)西高東低，全縣范圍氣溫東高西低，降雨量西多東少，日照東多西少。全年盛行西風(fēng)。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的河流為博爾塔拉河。發(fā)源于別珍套山和阿拉套山匯合處的空郭羅鄂博山的艾生大坂，流域海拔高度3 280 m，由西向東流經(jīng)溫泉縣境，河長(zhǎng)150 km，流域面積2 206 km2。該河多年平均徑流量3.29×108m3。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)位于北天山西段博爾塔拉河斷裂(在區(qū)域上為博羅科努-阿其克庫(kù)都克斷裂的西延部分)以南，按大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐謱儆谝患?jí)構(gòu)造單元天山褶皺系(Ⅲ)—二級(jí)構(gòu)造單元博羅科努地槽褶皺帶(Ⅲ1)—三級(jí)構(gòu)造單元賽里木隆起(Ⅲ11)和博樂(lè)山間坳陷。由于受南北向應(yīng)力作用及斷塊差異性升降運(yùn)動(dòng)的影響，在區(qū)域上形成了一系列平行的褶皺和斷裂，與研究區(qū)溫泉出露控制有關(guān)的區(qū)域構(gòu)造斷裂為博爾塔拉河斷裂。

1.3 地層巖性

研究區(qū)內(nèi)的地層根據(jù)物探電性資料大致分：(1)0～200 m為第四系地層，巖性主要由粘土、礫石等組成，厚度200 m左右；(2)200～600 m為中石炭統(tǒng)東圖津河組地層，巖性以石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r為主，厚度400 m左右；(3)大于600 m推測(cè)為中元古界晚期變質(zhì)巖地層，巖性以石英片巖為主。此外，由于受斷裂構(gòu)造控制，第四系以下200～800 m左右推斷巖體破碎程度較高。

1.4 儲(chǔ)層特征

研究區(qū)儲(chǔ)層地層主要為一套沉積環(huán)境的濱-淺海相的碎屑巖及變質(zhì)巖類，局部有酸性脈巖。巖性主要為灰綠色、灰褐色中細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖、凝灰質(zhì)粉砂，石英片巖，但在局部巖性以花崗斑巖、花斑巖、霏細(xì)斑巖為主。

2 AKT2鉆孔卡鉆事故背景

該地?zé)豳Y源野外鉆探勘查基礎(chǔ)測(cè)試孔位于新疆溫泉縣公路局職工宿舍樓北側(cè)。該鉆孔于2014年7月6日開始施工，根據(jù)該孔地層破碎情況和上部第四系地層不穩(wěn)定性，確定在550～600 m實(shí)施測(cè)井，測(cè)井完畢后下入Φ108 mm套管后，使用水泥固井。但是，當(dāng)同年8月9日14時(shí)50分采用Ф122 mm金剛石復(fù)合片鉆頭配套繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至孔深563.76 m處，提離鉆孔底部2.90 m，卸開主動(dòng)鉆桿后，采用撈茅頭提出內(nèi)管內(nèi)的巖芯，巖芯提出后，15點(diǎn)15分使用測(cè)溫儀器進(jìn)行孔底測(cè)溫，16點(diǎn)10分測(cè)溫完畢后準(zhǔn)備加單根，因孔口卡瓦位置不正，將鉆具提離孔口進(jìn)行修正，使用提引器在上提鉆具時(shí)，大鉤鋼絲繩與提引器連接的鋼絲繩(12分鋼絲繩四股)斷裂，鉆具連提引器掉入井內(nèi)，提引器位置距離孔口約2.5 m，更換鋼絲繩使用2股鋼絲繩(鋼絲繩尺寸22分)一邊連接大鉤一邊連接提引器進(jìn)行多次提拉，持續(xù)約1小時(shí)，提拉不動(dòng)后，將提引器脫離鉆桿頭部，下入3個(gè)短節(jié)(總長(zhǎng)約2.5 m)與鉆桿頭部相連接，上部與主動(dòng)鉆桿相連，約1 h 40 min連接成功，開泵循環(huán)，使用主動(dòng)鉆桿連接鉆具向上提拉并左右轉(zhuǎn)動(dòng)，以使鉆具松動(dòng)，循環(huán)過(guò)程中約15 min將清水做為泥漿注入至孔內(nèi)，鉆具仍無(wú)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)多次提拉、轉(zhuǎn)動(dòng)，仍然未見鉆具松動(dòng)。22時(shí)10分泵壓增高至10 MPa，鉆孔環(huán)空無(wú)泥漿返出，泥漿無(wú)法循環(huán)，處理事故失敗，鉆具無(wú)法提出，造成埋鉆事故。

3 AKT2鉆孔卡鉆事故原因

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)情況，以及結(jié)合鉆孔施工工藝，該鉆孔發(fā)生卡鉆的事故原因主要有以下幾條：

(1)繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至孔深563.76 m處后，正常進(jìn)行巖芯提撈工作，提撈巖芯后，未進(jìn)行有效循環(huán)，進(jìn)行孔底測(cè)溫工作，鉆具長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，鉆具在井內(nèi)時(shí)間停留將近1小時(shí)30分鐘，預(yù)測(cè)造成吸附卡鉆。

(2)鉆具發(fā)生卡鉆事故后，進(jìn)行強(qiáng)力起拔，鋼絲繩斷裂鉆具掉入孔底，提引器距離孔口2.5 m，使用鋼絲繩連接提引器提拉及連接主動(dòng)鉆桿累計(jì)耗費(fèi)時(shí)間將近2小時(shí)30分鐘，造成在鉆具在孔底吸附卡鉆程度增加。

(3)鉆具連接方鉆桿后，正常循環(huán)，在此過(guò)程中，未進(jìn)行泥漿性能調(diào)整(如加入增粘劑、解卡劑、潤(rùn)換劑等)，注入15分鐘清水，造成泥漿性能發(fā)生大幅度變化，泥漿內(nèi)巖屑沉積或井壁坍塌造成埋鉆事故。

(4)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況看，鉆進(jìn)用泥漿性能不穩(wěn)定，泥漿內(nèi)固相含量很高，沉淀池小，泥漿性能不穩(wěn)定及泥漿凈化能力差，是造成一系列事故的間接原因。

4 AKT2鉆孔卡鉆事故處理

4.1 事故處理方法選擇

針對(duì)目前出現(xiàn)的問(wèn)題，鉆具發(fā)生埋鉆事故，且泥漿無(wú)法循環(huán)，鉆具無(wú)法從孔內(nèi)提出，有兩種方式可以解決：

4.1.1 第一種處理方法

目前孔內(nèi)鉆具組配情況如下：Ф122 mm金剛石復(fù)合片繩索取芯鉆頭+擴(kuò)孔器+繩索取芯鉆具+擴(kuò)孔器+彈卡室+Ф114 mm繩索取芯鉆桿。

依據(jù)孔內(nèi)鉆具配套情況，如表1所示，可將目前的Ф114 mm鉆桿作為一開套管，無(wú)論是繩索取芯鉆具外管內(nèi)徑還是Ф114 mm繩索取芯鉆桿內(nèi)徑均大于95.5 mm，Ф95 mm繩索取芯鉆頭可以下入至Ф122 mm繩索取芯鉆具外管內(nèi)，采用Ф95 mm金剛石繩索取芯鉆頭將Ф122 mm金剛石復(fù)合片繩索取芯鉆頭從內(nèi)部磨掉，將原有Ф122 mm鉆頭內(nèi)徑85 mm變成95 mm，可以滿足Ф95 mm繩索取芯鉆具進(jìn)行后續(xù)二開工作。

表1 繩索取芯鉆具配套尺寸表 mm

二開鉆具組配如下：Ф95 mm金剛石繩索取芯鉆頭+擴(kuò)孔器+繩索取芯鉆具+擴(kuò)孔器+彈卡室+Ф95 mm繩索取芯鉆桿+機(jī)上變絲+主動(dòng)鉆桿。

主要存在的問(wèn)題有：

(1)因鉆具在孔內(nèi)無(wú)法提出，無(wú)法進(jìn)行電測(cè)井工作；

(2)因無(wú)法送漿，嘗試在目前使用泥漿泵送漿在10 MPa壓力下，雖能保證目前下部密封性良好，但使用Ф114 mm鉆桿作為一開套管，固井無(wú)法將水泥漿返至地表，造成固井情況無(wú)法驗(yàn)證。

4.1.2 第二種處理方法

使用反絲鉆桿將目前Ф114 mm鉆桿逐步提出鉆孔，只預(yù)留Ф122 mm取芯鉆具，采用Ф215.9 mm鉆頭沿巖芯取芯軌跡進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔完畢后進(jìn)行大泵量沖孔，下入套銑鉆具將Ф122 mm鉆具提出孔外。

但是由于上部有400多m大段的砂礫石，結(jié)構(gòu)較為松散，在反絲過(guò)程中，無(wú)法進(jìn)行泥漿循環(huán)，泥漿護(hù)壁作用差，上部地層坍塌易造成反絲鉆具提出部分鉆桿后無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，孔壁坍塌巖屑將鉆桿填埋造成井孔報(bào)廢。

4.2 事故處理方法建議

本次事故發(fā)生有多種因素存在，主要原因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間不活動(dòng)鉆具，次要原因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)卡鉆不連接主動(dòng)鉆桿循環(huán)而使用鋼絲繩強(qiáng)力起拔，循環(huán)過(guò)程中不調(diào)整泥漿性能，循環(huán)過(guò)程中注入清水，泥漿性能不穩(wěn)定等，集合多種原因最終造成此次事故。從事故處理原則上綜合分析，建議選擇第一種處理方法，以減少處理成本及處理風(fēng)險(xiǎn)。將目前孔內(nèi)Φ114 mm鉆具做為一開套管使用，使用水泥漿對(duì)Φ122 mm取芯鉆頭頂部采用水泥固井，固井程度以最大注入水泥漿量為原則，在Φ114 mm鉆桿內(nèi)下入Φ95 mm鉆具進(jìn)行二開鉆井工作。

此外，在處理過(guò)程中要遵循以下建議：

(1)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泥漿池重新開挖，現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)2個(gè)泥漿沉淀池，并增加泥漿循環(huán)槽長(zhǎng)度(建議長(zhǎng)度10～15 m)。

(2)對(duì)使用的泥漿性能適時(shí)觀測(cè)、調(diào)整并記錄，確保泥漿性能滿足要求，尤其對(duì)泥漿含沙量測(cè)量并進(jìn)行嚴(yán)格控制。

(3)吸取這次事故教訓(xùn)，下入內(nèi)管取芯前，泥漿徹底循環(huán)一周，在繩索取芯內(nèi)管提出取芯后，孔底測(cè)溫工作進(jìn)行前，活動(dòng)鉆具并循環(huán)泥漿，確保泥漿性能滿足要求后，方可進(jìn)行，禁止在取芯完畢后直接進(jìn)行測(cè)溫工作，以免造成鉆具在井內(nèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)發(fā)生吸附卡鉆事故。若遇設(shè)備需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間維修時(shí)，鉆具在孔內(nèi)需長(zhǎng)時(shí)間靜止，靜止時(shí)間不得超過(guò)3 min。

(4)對(duì)目前施工地層情況，與AKT1施工過(guò)程進(jìn)行地層對(duì)比，對(duì)560～800 m井取芯過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對(duì)性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，從而保證后續(xù)工作的正常開展。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)該AKT2鉆孔位于新疆溫泉縣公路局職工宿舍樓北側(cè)，主要為博格達(dá)爾溫泉所在區(qū)域地?zé)崽?，設(shè)計(jì)孔深1 400 m，該鉆孔于2014年7月6日開始施工，通過(guò)AKT2孔的施工，可以較為全面的取得該區(qū)域各項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù)，用于評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源，為開采地?zé)崮芴峁┮罁?jù)。

(2)當(dāng)該AKT2鉆孔鉆進(jìn)至孔深563.76 m處使用測(cè)溫儀器進(jìn)行孔底測(cè)溫后，由于該孔地層在550～600 m范圍內(nèi)較為破碎且不穩(wěn)定性，造成了AKT2鉆孔卡鉆事故。對(duì)AKT2鉆孔卡鉆的事故背景和事故原因進(jìn)行分析，并提出了具體的事故處理方法和施工建議，從而對(duì)后續(xù)易發(fā)生事故段進(jìn)行有針對(duì)性的提前預(yù)防，做好已知地層的取芯工作，從而保證后續(xù)工作的正常開展。

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2017-04-05

萬(wàn)億(1983-)，男，遼寧鐵嶺人，工程師，主要從事水文地質(zhì)勘探和鉆探施工方面工作。

P641.72

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1004-1184(2017)04-0216-02