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水井钻孔钻具吸壁导致事故的处理研究(南亲江)

栏目:农林鱼水论文发布:2010-03-12浏览:2557下载148次收藏
  摘要: 在松散地层覆盖区的水文井孔埋钻事故中,一般认为引起埋钻的原因是由于砂粒沉淀造成的,采用常规的处理方法很难奏效,造成井孔报废的概率很高。经多年的实践研究,找到了问题的结症所在:绝大多数埋钻是由于钻具吸壁引起的,往往钻具吸壁是导致事故的主要原因。针对这一“特殊的埋钻”事故,采用“剥离法”进行处理,没有一例失败。从而产生了较好的社会经济效益。
关 键 词: 钻具吸壁;埋钻事故;水文钻孔;处理方法
中图分类号: p634.2   文献标识码: a
1 概述
所谓钻具吸壁,笔者在本文中是这样定义的:钻具吸壁是指钻具(主要是钻杆)沿着弯曲、变形的井孔,在自身重力、粘性土缩径等内外力作用下,使钻具与地下岩土层密切接触,钻具与岩土层之间的摩擦阻力非常大,导致钻具在孔内既不能转动,也不能提升和下降的一种孔内事故。在以往的事故处理中,这种现象多被认为是下部(主要指钻头体周围和上部)岩粉沉淀引起的埋钻,采取的处理方法有:提、顶、冲、转、打、串、震、反、炸等。在前面几种方法都不能奏效的情况下,只能采取后两种方法。用反丝钻具打捞处理,耗时费力,危险性大,而且反扣时,往往会多头开扣,造成钻具插错,使事故复杂化,甚至井孔报废;采用炸的办法,只能提上部分钻杆,后续处理工作复杂,井孔报废的概率很高,而且该方法还受到有关部门的管制。经多年实践,笔者采用“剥离法”处理这类事故,无一例外都获得成功,从而产生了较好的社会经济效益。
2 钻具吸壁原因及受力情况分析
(1)导致井下钻具吸壁的直接原因是钻机故障、水泵故障、停工待料、停水停电、恶劣天气、操作不当导致跑钻、孔内其它事故等,使钻具在孔内静态时间过长。最短的半个多小时就有可能导致吸壁。其间接原因有:钻机、钻塔安装的水平误差、钻头的对称误差、钻具的垂直度、施工震动、施工工艺不合理及地层干扰等因素造成的钻孔弯曲。根据《供水水文地质勘察规范》gb50027-2001要求,孔身在100m深度内其孔斜度不大于1.5°,以孔深400m为例,孔斜1.5°。在孔底产生的位移l=400×tan15°≈10.5m,即使发生0.5°的偏差,在孔底也要产生3.5m的位移,况且有时候孔斜度会远大于1.5°。因此,静态时,在重力作用下,钻具一般都是贴近井壁的。在重力或拉力作用下钻具有可能嵌入软地层,粘性土缩径也有可能包住钻具,与软地层呈半圆状或键槽状紧密接触,形成吸壁。这种事故表现在泥浆循环系统,有时泥浆循环正常,有时泥浆循环不正常。如果泥浆循环不通,说明该孔不仅仅有钻具吸壁问题,钻头被堵,孔底亦有埋钻的可能。按照正常的施工工艺和与之相适应的泥浆性能要求进行施工,岩粉沉淀不会很多。经理论计算和实践验证,这类埋钻会造成钻机转不动,但一般不足以使钻机拉不动钻具。
(2)土工资料和静力触探资料显示,第三、四系松散层粘性土的侧摩阻力一般为10~60kpa,大于30kpa的概率最多。在水井钻探施工中,常用φ89mm的钻杆。如果钻具吸壁,其半柱面与地层接触,每米钻杆与岩土层的接触面积a=0.089×3.14×0.5×1=0.14m2 。以摩阻力为30kpa为例,每米产生的摩擦力f=30kpa×0.14m2 =4.2kn。只要有50m钻具吸壁,再加上钻具自重、钻头阻力、钻杆接头阻力,以及在钻孔弯曲部位、缩径部位,钻机拉力被分解为顺层拉力和对地层的压力,使有效拉力变小,摩阻力增大等因素,足以造成“埋钻”。在水井
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