水文鉆孔大口徑擴(kuò)孔埋鉆事故處理與預(yù)防

喻忠偉 余楊忠 馬啟民 李兵兵

（中國地質(zhì)調(diào)查局昆明自然資源綜合調(diào)查中心昆明 660000）

鉆孔施工是一項(xiàng)隱蔽性工程，存在大量模糊性、隨機(jī)性和不確定性，對于地層的認(rèn)識不清或技術(shù)因素以及作業(yè)人員的決策失誤，往往會出現(xiàn)許多孔內(nèi)復(fù)雜情況，甚至導(dǎo)致孔內(nèi)事故［1］。針對埋鉆事故做好預(yù)防和選擇妥善的處理手段、使損失和影響降到最低，是鉆孔施工中不可忽視的問題［2］。

1 埋鉆事故原因及影響因素

鉆具在孔內(nèi)被巖粉、鉆粉沉淀或被孔壁坍塌物、流沙等埋住，不能轉(zhuǎn)動，也不能提升，也不能通水時，叫做埋鉆事故［3］。水文鉆孔施工中，引發(fā)埋鉆事故主要因素有：（1）地層。巖層破碎、松軟、風(fēng)化程度高、膠結(jié)度不好等，地應(yīng)力的釋放，遇水溶解等。（2）鉆桿。鉆桿受壓過大，彎曲變形導(dǎo)致鉆桿震動、刮擦孔壁。（3）沖洗液。沖洗液失水量過大，泥皮護(hù)壁效果不好，流速、切力過大沖刷孔壁；排粉能力不強(qiáng)，大量巖粉在孔內(nèi)積累。（4）水力差。提鉆后孔內(nèi)未及時補(bǔ)充沖洗液使孔內(nèi)水位低于地下水，或孔內(nèi)出現(xiàn)承壓水稀釋沖洗液，孔內(nèi)水頭高度不夠，從而打破圍巖壓力平衡。（5）操作。上下鉆過程中猛停猛放，形成壓力抽吸或擠壓孔壁，造成孔壁失穩(wěn)；長時間使鉆具在孔底靜置停留。

2 事故發(fā)生的征兆

水文鉆孔大口徑擴(kuò)孔中，鉆孔口徑大、鉆桿與孔壁環(huán)狀間隙大，環(huán)空沖洗液上返流速低，孔壁坍塌物在沖洗液中容易分散下沉，其過程難以引起泵壓和鉆進(jìn)阻力產(chǎn)生變化，在地表不易察覺，直至發(fā)生埋鉆。由巖粉沉淀引起的埋鉆事故發(fā)生前通常有以下征兆：下鉆前鉆具不能放到孔底，擴(kuò)孔過程中循環(huán)槽和沉淀池內(nèi)巖粉沉淀量減少，泵壓不穩(wěn)并呈逐漸增大趨勢，鉆桿回轉(zhuǎn)阻力增大甚至憋車，但稍提鉆后阻力消失，正循環(huán)鉆進(jìn)加桿過程中大量沖洗液從鉆桿冒出，提鉆時阻力增大后又減小。發(fā)生埋鉆后，泵壓急劇增大發(fā)生憋泵，甚至孔口停止返水，孔內(nèi)鉆具一般只能單向向下活動，嚴(yán)重的無法轉(zhuǎn)動和上下活動。

處理埋鉆事故的方法很多，要遵循“科學(xué)診斷、安全快捷、經(jīng)濟(jì)”的原則［4］，認(rèn)真研究和分析事故原因、事故發(fā)生的具體情況、事故位置和孔內(nèi)情況，根據(jù)實(shí)際情況制定處理方案。下面介紹一種水文鉆大口徑擴(kuò)孔埋鉆事故的處理實(shí)例。

3 埋鉆事故處理實(shí)例

3.1 鉆孔及事故基本情況

ZK203 水文地質(zhì)鉆孔位于云南富源縣老廠鄉(xiāng)，按照探采結(jié)合孔設(shè)計。該孔設(shè)計孔深200米，終孔孔深203.03米，地表層為12米厚的含礫黏土層，往下鉆遇地層為碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、煤層為主，三者連續(xù)互層，終孔時仍未穿透；全孔黃鐵礦化明顯，呈粒狀、帶狀分布。采取“小口徑取心、大口徑擴(kuò)孔”的思路施工，先用P口徑繩索取心鉆具完成取心鉆進(jìn)，而后使用φ60外絲鉆桿和各級擴(kuò)孔鉆具逐級擴(kuò)孔。埋鉆事故發(fā)生前，用φ150 擴(kuò)孔鉆具擴(kuò)孔至87.5 米位置處，準(zhǔn)備加單根鉆桿。提鉆前為探查孔底情況，繼續(xù)泵送沖洗液上下活動回轉(zhuǎn)鉆具，泵壓和回轉(zhuǎn)阻力均無變化。停轉(zhuǎn)后將鉆具提離孔底2.5米時，泵壓突變急劇增大至憋水狀態(tài)，同時鉆桿抱死無法活動，再次嘗試泵送沖洗液無反應(yīng)，判定為孔壁坍塌引起的埋鉆事故。

3.2 事故產(chǎn)生原因分析

（1）孔壁不穩(wěn)定。事故位置之上共有3 層煤層13.6 米、破碎帶2 層7.4 米，尚有較厚的破碎泥巖，占比約三分之一。擴(kuò)孔后孔壁的穩(wěn)定性更差，為埋鉆提供物質(zhì)來源。

（2）環(huán)狀間隙過大。擴(kuò)孔階段使用60mm鉆桿擴(kuò)孔，擴(kuò)孔后孔內(nèi)直徑有150mm 以上，二者之間有45mm以上的環(huán)狀間隙，為孔壁大量垮塌掉落提供了空間和通道。

（3）沖洗液護(hù)壁效果較差。該孔需要做抽水試驗(yàn)，根據(jù)施工設(shè)計，擴(kuò)孔階段只能使用清水加少量聚丙烯酰胺鉆進(jìn)，嚴(yán)重制約沖洗液護(hù)壁效果和排粉效果，增大了孔壁垮塌概率。

3.3 事故處理過程

填埋物是限制鉆具活動的最根本原因，只要清理填埋物，埋鉆事故即可消除。根據(jù)孔內(nèi)情況，機(jī)臺制定了一套處理方案：回脫主動鉆桿后，使用P繩取鉆桿+P繩取鉆具+薄壁鉆頭組合，套在φ60鉆桿外下鉆至填埋物堆積位置，更換配方?jīng)_洗液回轉(zhuǎn)掃除填埋物，并通過沖洗液循環(huán)排除孔外。該方案的主要好處有：一是風(fēng)險相對較低，不強(qiáng)行起拔事故鉆具從而排除斷鉆風(fēng)險，使用同徑的鉆桿和鉆具組合減少二次埋鉆的處理風(fēng)險；二是減小了鉆桿與孔壁間的環(huán)狀間隙，增強(qiáng)沖洗液上返速度，提高沖洗液攜粉能力；三是可以忽略事故處理期間發(fā)生的孔內(nèi)坍塌和巖粉沉淀，在實(shí)施該方案時，再次探明巖粉沉淀在10小時內(nèi)累加近3米；四是該孔巖屑顆粒較粗，事故鉆具不易發(fā)生粘附卡鉆，清除完填埋物就能活動事故鉆具。經(jīng)過上述程序處理，圓滿解決了此次埋鉆事故。

4 擴(kuò)孔中預(yù)防埋鉆事故的措施

（1）盡量采用匹配的鉆桿擴(kuò)孔。減少環(huán)狀間隙，增強(qiáng)沖洗液攜帶巖粉上返速度，增加鉆桿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時注意檢查鉆桿質(zhì)量［5］，每次加桿時要在鉆桿絲扣處涂抹絲扣油，防止鉆桿漏水，確保沖洗液從擴(kuò)孔鉆頭底部循環(huán)。

（2）根據(jù)地層情況合理調(diào)整優(yōu)質(zhì)沖洗液配比［6］，相比取心階段使用的沖洗液要增大黏度和降失水性，增強(qiáng)排粉能力和護(hù)壁效果。適當(dāng)增加循環(huán)槽長度和擋板數(shù)量，經(jīng)常檢查清理循環(huán)槽和沉淀池，在地表減少沖洗液含砂量。

（3）合理控制擴(kuò)孔速度。水文鉆孔施工一般限制沖洗液使用范圍，甚至只允許清水鉆進(jìn)。當(dāng)沖洗液使用受限時，要根據(jù)地層情況合理控制擴(kuò)孔速率，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速和鉆壓，有利于巖粉顆粒重復(fù)破碎變小被排出孔外，也減小鉆桿震動對孔壁的影響。

（4）擴(kuò)孔過程中鉆具必須裝配沉沙管。不穩(wěn)定地層適當(dāng)加長沉沙管長度，用于打撈大顆粒巖屑和小規(guī)模坍塌物，每班至少提鉆一次清理管內(nèi)沉積物，使用清水鉆進(jìn)時適當(dāng)增加清理次數(shù)。

（5）停鉆后提鉆前適當(dāng)延長泵水時間，盡量排除孔內(nèi)巖屑。泵送過程中上下活動鉆桿，觀察泵壓變化和鉆具活動能力，異常時低轉(zhuǎn)速并上下活動鉆具直至通暢。停泵時必須將鉆具提離孔底，留出足夠的巖屑沉淀空間。

5 結(jié)語

在大口徑水文鉆孔施工中，施工人員因取心階段未發(fā)生孔內(nèi)事故并掌握了地層情況，往往放松警惕，錯誤認(rèn)為擴(kuò)孔比取心簡單安全，必須要引起思想上的重視。技術(shù)人員要充分利用地質(zhì)編錄信息，根據(jù)地層情況做好風(fēng)險評估，制定預(yù)防措施和事故處理預(yù)案，在施工過程中要注意積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，分析、判斷準(zhǔn)確事故原因，做到有的放矢。同時，機(jī)臺要配齊處理工具，贏取時間高效快速完成處理，避免事故復(fù)雜化，將損失降至最低。