钻井作业时为啥要经常倒大绳

一旦孔内发生故障（无论何种故障）,都应积极面对,采取主动措施加以处理,尽快地消除孔内故障,恢复正常钻进工作。

烧钻、卡钻、埋钻事故的预防与处理已在本工种系列教材的高级工中讲述,此处只对上述其余孔内故障的预防与处理进行探讨。

（一）钻杆折断事故

1.钻杆折断的原因

随着钻孔的不断加深,钻杆柱随之加长,钻杆柱的径长比（钻杆直径与钻柱长度之比）逐渐变小,钻杆在孔内不具刚性,而是一个具弹性和柔软性的细长柱,钻进时,钻杆柱在下部受到压力、上部受到拉力的情况下,还得克服回转时产生的扭矩力。即钻杆柱是在多种复杂的力的作用下工作的,因而极易折断。引起钻杆柱折断的主要因素有：

1）施加于钻头上的压力过大,即钻压过大。

2）钻杆柱承受各种过大应力的情况下,其转速过高。

3）钻头切削岩石时,嵌入岩石的深度过大,岩石抗破碎阻力过大时,扭力增大。

4）下入孔内的钻杆不合格（如弯曲的钻杆,已超过磨损限度的钻杆）或新旧钻杆以及磨损程度不同的钻杆没有分批分段排序使用。

5）卡、埋、烧钻后强拔硬顶。

6）孔内岩粉没有彻底清除,钻具阻力过高,孔内蹩劲还强行开车。

7）接头与钻杆丝扣选配不当,连接太紧或过松,丝扣被污损而没替换,上扣时未对正强行扭接损伤丝扣等出现的丝扣“滑丝”现象,是钻杆折断的致命伤。

2.钻杆折断的征兆

1）泥浆泵压力表上的压力值降低。钻进过程中,泥浆经过钻杆柱和粗径钻具到达孔底,冷却钻头后携带岩粉又从孔壁间隙中返回地面（正循环下）,在其流经的通路中,不断受到管壁、孔壁的摩擦阻力,钻杆柱中心孔缩小的水头损失以及孔内泥浆的液柱压力等,在同一孔深,其泵压是一样的,随孔深增加,泵压是逐渐升高的。当钻杆折断后,泥浆循环出现“短路”现象,泥浆到不了孔底便从断裂处往上返,此时孔内摩擦阻力和液柱压力减小,泵压立即减小,压力表的指针也会骤然降低,由压力降低的多少大致可以推测钻杆柱折断的深度,压力降得越多,折断的部位越靠近孔口。

2）钻机指重表指针急剧摆动之后即行升高或降低。钻进时,钻压确定后,钻机指重表的指针常保持一定的指数,若钻杆折断,钻机立轴油缸的压力会突然发生变化,传递给指重表,所以指重表的指针即发生急剧的摆动,如果折断在孔内的钻杆多,其质量超过原加给钻头的压力,则指重表指针下降,因为此时立轴油缸的负荷已减轻。同时立轴油缸夹带有剩余钻杆往上行；若折断在孔内的钻杆少,其质量小于原加给钻头的压力,因立轴油缸承受的负荷上升,所以指重表的指针升高。此时,可提钻验证,即把钻具提离孔底称重（下钻到底前应称重）,与下钻到底前的称重数值比较,只要发生钻杆折断,折断后的称重都比原来的低,但折断在孔内的钻杆太少,就不明显。

3）钻杆折断且断在孔内的少（深处折断）时,残余钻杆下降轻快,如果遇到折断的钻杆,旋转时会有磨铁的声音,并伴有蹩车跳动现象出现。

4）如果钻杆在岩心管附近折断,钻杆下降后能插入取粉管或岩粉中,继而发生蹩泵或钻杆蹦跳现象。

5）残余钻杆柱提起再下放时,孔深发生差异。

3.预防钻杆折断的措施

1）选用优质钢材加工钻杆,改善连接方法,提高钻具强度。提高修配加工质量。

2）新旧钻杆分组、倒换使用。新旧程度不一或是磨损程度不同的钻杆,如果混用,整个钻杆柱承受相同的负荷,将使旧钻杆加速磨损,继而折断。因此,应将钻杆按使用年限和磨损程度进行分类,一般分为好、中、次、劣4个等级,评为好级别的钻杆用于钻深孔；中级别的钻中深孔,次级别的钻杆用来钻浅孔；劣级钻杆立即报废,不准使用于钻孔。同级钻杆在使用时也应分成几个组,钻进一定深度后定期倒换使用。

3）保护好丝扣。保管堆放钻杆时,管壁及丝扣部分必须涂抹浓机油或润滑脂,以防锈蚀,为降低成本,也可使用废机油或废润滑脂防锈蚀。钻进连接钻杆时,在丝扣处应涂抹专门的“丝扣油”,以产生润滑、防锈、防蚀和接合密闭的作用,保护钻杆丝扣。转场搬运时,钻杆丝扣应带护丝,以免在运输过程中损伤丝扣而误下入孔内使用。

4）钻头压力不用钻杆柱加压,而改用钻铤（加重钻杆或加重粗径钻具）加压,改善钻杆柱的受力条件和应力状态。钻铤连接在岩心管与钻杆柱之间,钻杆柱便只承受拉力,而不承受压力,防止了钻杆柱的弯曲,除去了钻杆的弯曲应力和压应力,钻具回转平稳、防止孔斜,减少了孔壁磨损,也即减少了钻杆折断事故。

5）合理选用钻进参数,细心操作。根据岩层的软硬及破碎程度,选用适当的钻压和转速,钻进冲积层,颗粒不均且破碎的硬岩地层适当降低钻压和转速。保持钻孔孔径均匀,钻孔正直,防止钻孔超径和缩径,减少钻柱摩擦阻力。孔内岩粉过多或其他原因致使孔内阻力过大时,不得猛然开车,应缓慢启动或待清除后再启动。孔内发生烧、埋、卡钻时,不能用升降机（或千斤顶）强力起拔,起拔应缓慢均匀,同时应上顶与下放交替进行,以防钻杆折断。

4.钻杆打捞工具与打捞方法

（1）钻杆公锥

钻杆公推是打捞掉入（折断在）孔内钻杆的一种专用工具。它有两种形式,即正丝公锥和反丝公锥。正丝公锥是用来打捞掉入孔内的全部钻杆柱的,很显然只有在钻杆柱没有被卡或被卡但程度不严重时,才能打捞成功。反丝公锥是在钻杆柱被卡死的情况下,用反丝钻杆连接下入孔内,分段反回捞取断落的钻杆。公锥是用优质钢材制成且丝扣部分经过“渗碳”热处理,使其具有足够的硬度和耐磨性,当与断落于孔内的钻杆咬合时,能在钻杆内壁套出丝扣来,使它们牢固地啮合在一起,以便将断落钻杆打捞起来。公锥呈圆锥形,便于在打捞时能顺利进入钻杆断头内。若断落钻杆稍有偏斜,可在公锥上部接一根短而稍为弯曲的钻杆下入孔内,便于套取钻杆断头。

（2）钻头公锥

钻头公锥的下部带有一个圆柱形且中空的引体,可以通水,引体的唇面镶有几颗硬质合金,用于钻碎断落在钻头内的残留岩心,岩心清除后,公锥即可捞取钻头。

（3）钻杆母锥

钻杆母锥是把断落钻杆头包裹住并把它打捞上来的专用工具。它是用锻制的优质短钢管,内壁车制丝扣并经渗碳热处理硬化制成的。上端车制的丝扣与钻杆相连。母锥也分正丝和反丝两种,以便打捞整根钻柱和分段反回断落钻杆。由于其下端是喇叭口状,它比公锥更容易套住钻杆断头,然后扭转在钻杆断头外壁套扣,以利于连接牢固,把断落钻杆打捞上来。有时断落孔内的钻杆稍有偏斜,母锥能起一定的导引作用。

还有带导向器的公锥和母锥,由于其自身带有圆筒状的外壳和导向器,从而增加了将倒向孔壁的钻杆断头导入导向器的可能,让公锥或母锥便于抓住钻杆断头,把断落于孔内的钻杆打捞上来。

（4）钻杆捞矛

它是一种打捞钻杆的专用辅助工具,断面呈正方形,整体呈棱锥形。用它可拨正斜靠在孔壁上的钻杆,探寻钻杆断头位置。先用钻杆把捞矛下入孔内,找到断头并插入其中,再缓慢扭转钻具,解除钻杆断头对孔壁的斜靠依附后,再下入公锥或母锥捞取孔内断落钻杆。

（5）钻杆导正钩

当断落钻杆在孔内歪倒时,就须先下入钻杆导正钩将其导正,才能下入带导向器的公锥、母锥捞取断落孔内的钻杆。

各种打捞钻杆的专用工具如图1-39、图1-40、图1-41所示。

图1-39 钻杆公锥、母锥

a—钻杆公锥；b—钻杆母锥

图1-40 钻杆卡取器

图1-41 钻杆打捞钩

5.岩心管脱落与打捞

岩心管脱落有以下三方面的原因：一是岩心管上端丝扣磨损或丝扣处管壁磨薄受力易变形；二是岩心管与换径接头丝扣连接松弛；三是钻孔弯曲过多或在直孔中使用了弯曲的岩心管。

岩心管脱落后,可用与岩心管内径相适应的公锥,通过钻杆连接下入孔内捞取,如果有岩心且将岩心管卡住时,可先用小径十字钻头下入岩心管内,将岩心钻碎并清除,待岩心管活动后,再用钻杆公锥捞取,如果岩心管上端的换径接头仍在,应用钻杆公锥捞取,或用钻杆反丝公锥先把换径接头反出后,再用上面的方法捞取岩心管。

（二）硬质合金钻头切削具的崩刃与脱落

1.合金切削具崩刃与脱落的危害

1）硬质合金钻头上的切削具若发生局部崩刃,将使其他完整的切削具承受过大的不均匀的负荷进行钻进,增快了切削具的磨损速度,被迫缩短回次进尺长度,增加了起下钻时间,减少了纯钻进时间,影响了钻进效率。这种影响在深孔钻进中特别明显。

2）若硬质合金钻头内刃崩落,岩心极易折断堵塞,对取心不利。若外刃崩落,孔径将变小（完整坚硬岩层）,下入另外的钻头时,必须先扩扫钻孔,否则易被卡夹。

3）硬质合金片崩刃较大、断裂或脱落后,由于其密度较大,冲洗液不可能把其携带走,合金粒便混杂在岩粉里停留在钻头周围,加之它本身又坚硬,就逐渐把完好切削具四周的焊铜和钻头体磨损,使更多的完整切削具从钻头上掉落下来,孔底的硬质合金将越聚越多,造成更为严重的恶果。

4）崩刃、脱落的硬质合金颗粒存留在孔内或黏（嵌）在孔壁上,就像是一把合金“车刀”,钻具回转时,便不断地车削管材、钻具,对钻头体和岩心管的车削更为严重。一般会使钻头体、岩心管因切痕深、磨损大而报废,严重者会造成岩心管脱落甚至折断在孔内。

切削具虽小,崩刃、脱落于孔内处理较简便,但若不及时处理,任其发展,给钻孔工作带来的危害不亚于其他故障。

2.切削具崩刃与脱落的原因

1）地层原因。钻进倾角陡、裂隙多、节理片理发育、软硬不均以及夹有石英脉、燧石结核等岩层,切削具容易产生崩刃,钻进砾石层、河床、堆积层,硬质合金片更易崩刃与折断。

2）加工镶焊质量差,肯定造成切削具的崩刃与脱落。

3）操作不当也是产生崩刃、脱落的重要因素。①拆、装钻头时,钳子咬合到硬质合金片,将其压裂或挤碎。②下钻过程中,当钻头通过换径、钻孔缩径、钻孔弯曲等处时速度过快,发生强烈碰撞,致使切削具崩刃或折断。将钻头猛放猛蹾到孔底,也会使切削具崩刃和折断。③扫除脱落的岩心或切削事故钻具时,也极易造成切削具崩刃、折断。④每回次下钻到底,刚开始钻进时,没有先用轻压慢转磨合孔底,而是采用较大钻压和较高的转速钻进,致使切削具崩刃。这种情况在实际工作中比较普遍。

（三）孔内硬质合金的打捞方法

1.取粉管冲捞法

此法适合于孔内岩粉较少,孔底残留岩心不多,崩落的硬质合金粒小的情况。将取粉管下到孔底,开大泵量冲洗钻孔,而且不断地上下窜动,回转钻具,充分搅动孔底冲洗液,将硬质合金粒冲起,当其冲起高度超过取粉管时,由于孔壁环状间隙突然增大,冲洗液上返速度骤降,质量较大的合金颗粒下沉,落入取粉管内。搅动冲洗一定时间后,应暂时停搅停泵,便于合金粒下沉。

若切削具崩落严重,硬质合金颗粒较大,则可在取粉管底部接一个平底磨子钻头或十字钻头,回转辗磨加上下冲击后再用大泵量冲洗捞取。

2.钻小孔法

即用比原钻孔直径小两级的钻头在孔底钻一个10～20cm深的小眼,使崩刃、脱落于孔内的合金颗粒落入其中,再用原钻孔直径的钻头钻取岩心,把合金颗粒包裹上来。

用此法时,钻出小眼后应开大泵量冲洗钻孔,并上下窜动钻具充分搅动,使孔内合金粒尽量多地或全部落于小眼内,下入原钻具套取时,钻具应缓慢下到孔底,罩住小眼后,先低压慢转并使用小泵量钻进,超过小眼深度后,再正常钻进,采取岩心时,应保证成功,否则会前功尽弃。

（四）工具等小物件掉入孔内的打捞

起钻后,由于孔口遮盖不严实或忘记遮盖,就在孔口附近作业,一不小心,使用的小工具（如锤子、扳手、牙钳、螺母、螺栓、垫叉等）失手落入孔内的事故常常发生。由于这些工具形状各异,若不制作或准备专用打捞工具,就很难将它们打捞上来。

因此,为避免工具等小物件掉入孔内,起钻后应立即用废旧麻袋等将孔口遮盖严实,孔口未盖严实之前,不能在孔口附近用小工具等作业。孔口附近使用的小工具最好事先用绳索系于附近机架上,在用千斤顶起拔套管或处理孔内卡埋钻事故钻具时,卡瓦必须用绳索系在一起方能使用。

小物件等掉入孔内后,必须用特殊的打捞工具才能顺利地将其打捞上来。下面介绍几种特殊打捞工具及打捞方法。

1.抓筒

抓筒可在现场用废旧岩心管或套管制作。将选定制作抓筒的管材的一端放在火中加热退火,使之变软,再用钢锯将其割成长150～250mm的牙齿,牙齿下端锯成尖锥状且略向内偏,另一端丝扣必须完好,便于连接异径接头和处理事故。工具等小物件掉入孔内后,便用钻杆将抓筒送入孔内,遇到脱落物件若没完全套住,可以稍稍转动抓筒,等套住后向下加压,并轻轻顿动几次,使抓筒牙齿向中心靠拢并闭合,即可将落物抓住。

为有效地把偏小的、光滑的或呈片状的落物牢固地卡在抓筒内,可先向孔内投入适量带麻丝的黏土球,再下入抓筒抓取。

2.磁力打捞器

磁力打捞器是用来打捞金属小型工具、金属小物件以及脱落的钻头牙轮、钻头翼片等的专用打捞工具,其打捞效果良好且可无故障工作。购买时,应选用磁性较强的磁铁合金制造的,这种磁铁经久耐用,而且不受震动和温度剧变的影响,锈蚀后也不失去磁性。

3.钢丝绳捞矛

螺旋式捞矛是专供打捞落入孔内的钢丝绳的专用工具,是用12～20mm直径的钢筋锻造扭制而成。下端呈钳形,上端用丝扣与钻具相连。捞矛表面应尽量粗糙,两矛之间的间距应大于掉入孔内的钢丝绳直径,以利于捞取工作。

脱落于孔内的钢丝绳呈螺旋状杂乱地卷曲在孔内,送入孔内的捞矛插在卷曲的钢丝绳上,适当加压转动钻具,使钢丝绳牢牢地缠绕在捞矛上,然后提升钻具,便可将其捞出钻孔。

抓筒、钢绳捞矛、钻杆永磁打捞器结构分别如图1-42、图1-43、图1-44所示。

图1-42 抓筒结构示意图

图1-43 钢绳捞矛

图1-44 钻杆永磁打捞器

1—钻杆；2—异径接头；3—导管异径接头；4—母锥；5—导管；6—偏心喇叭接头；7—铝青铜夹具；8—永久磁铁