卡瓦打捞筒在煤矿井下断钻事故处理中的应用_兰菲.pdf

Vol．51No．2 Feb． 2020 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines 卡瓦打捞筒在煤矿井下断钻事故处理中的应用 兰菲， 董昌乐， 吴智峰 （中煤科工集团西安研究院有限公司， 陕西 西安 710077） 摘要 针对常规打捞工艺采用的公、 母丝锥在处理孔内断钻事故时存在的造扣困难、 丝扣连接 强度低的缺点， 从提高打捞工具与待打捞钻具之间的连接强度出发， 引进卡瓦打捞筒处理煤矿 井下断钻事故， 创新了煤矿井下打捞工艺。通过现场试验， 成功处理了 3 次钻杆断裂事故， 表明 了将卡瓦打捞筒应用于煤矿井下断钻事故处理， 能够提高打捞成功率。指出了使用注意事项， 为 处理相似钻具断裂事故提供经验。 关键词 卡瓦打捞筒； 断钻； 高位钻孔； 扫孔； 套取落鱼 中图分类号 TD41文献标志码 B文章编号 1003-496X （2020 ） 02-0139-03 Application of Slip Socket in Drilling Accident Treatment of Underground Coal Mine LAN Fei, DONG Changle, WU Zhifeng （China Coal Technology and Engineering Group Xi’ an Research Institute, Xi’ an 710077, China） Abstract For dealing with the drilling accident, the male and female taps are used in the conventional fishing technique, but it is difficult to make the thread and the taps have low connection strength． From the aspects of improving the connection strength between fishing tools and drilling pipes, the slip socket is innovatively used to deal with drilling accidents in underground coal mine． Through the field tests, three drilling accidents have been successfully dealt with． The results show that slip socket can improve fishing success rate by solving drill pipe fracture accidents． The points for attention are pointed out to provide the experience for dealing with similar accidents Key words slip socket; drill pipe fracture; high level drilling; borehole cleaning; extracting falling fish 钻杆是钻探施工必不可少的机具，在使用过程 中会不可避免的发生断裂失效，钻杆的断裂会导致 钻探施工的中止，需将因断裂掉落在孔内的钻杆捞 出后方可继续施工。 目前， 煤矿井下普遍采用公、 母丝锥处理钻杆断 裂事故， 其原理如同机械加工中的丝攻一样， 利用钻 机的回转从断裂钻杆顶部内孔或外表面攻出螺纹， 并将丝锥与断裂钻杆连接起来，最终将遗落在孔内 的钻杆提出孔外[1-2]。该方法原理简单， 操作方便， 但 存在以下缺陷 ①随着煤矿井下钻杆耐磨性的提高， 钻杆表面硬度增大， 公、 母丝锥在钻杆上造扣能力不 足；②公、母丝锥在钻杆上造扣过程中会产生摩擦 热， 使二者接触处温度过高， 摩擦热对公母丝锥的软 化能力远远大于对钻杆的软化， 导致丝扣强度不高， 承受拉力有限； ③对于断口不规则钻杆而言， 公、 母 丝锥不易套住钻具。以上的不足导致公、母丝锥在 某些工况下打捞成功率低。 淮南某矿采用 φ120 mm 钻头＋φ89 mm 随钻测 量系统＋φ89 mm 钻杆钻具组合， 在 1124 （3） 轨道巷 钻场施工煤层顶板高位定向长钻孔先导钻孔，共成 10 个钻孔，然后下入 φ200 mm 钻头＋φ89 mm 钻杆 分别对 10 个钻孔进行扩孔， 扩孔期间， 2、 5、 6和 8 孔均发生断钻事故。为了避免钻孔报废，施工方使 用公、 母锥进行了多次打捞， 但均未能成功捞出落鱼 （落鱼指的是井下的落物， 特指因事故留在井内的钻 具） 。经对现场打捞过程进行了解， 2、 6、 8钻孔局 部孔段塌孔，但开泵送钻能将公、母锥下至落鱼顶 处，加压回转造扣后，多次提钻过程中钻头在孔深 DOI10．13347/j．cnki．mkaq．2020．02．032 兰菲， 董昌乐， 吴智峰．卡瓦打捞筒在煤矿井下断钻事故处理中的应用 ［J］ ．煤矿安全， 2020， 51 （2） 139-141． LAN Fei, DONG Changle, WU Zhifeng． Application of Slip Socket in Drilling Accident Treatment of Under－ ground Coal Mine［J］ ． Safety in Coal Mines, 2020, 51 （2） 139-141．移动扫码阅读 139 ChaoXing 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines Vol．51No．2 Feb． 2020 80～90 m 处存在明显遇阻，强力起拔时丝锥与落鱼 连接处滑脱； 5钻孔塌孔严重，打捞丝锥无法探到 落鱼。结合施钻地层情况及打捞过程分析认为， 该 钻场高位钻孔孔深 80～90 m 为花斑泥岩， 破碎易塌 孔，局部孔段存在较大碎块卡堵钻孔，当钻头起拔 至该位置时被卡，丝锥与落鱼之间的连接能力不足 以带动钻头强行挤压碎块，进而导致连接处滑脱。 为此，从提高打捞工具与落鱼的连接强度出发， 决 定引入卡瓦打捞筒进行打捞。 1卡瓦打捞筒结构原理 卡瓦打捞筒结构示意图如图 1，卡瓦打捞筒由 上接头、 筒体、 引鞋、 铣控环及卡瓦组成[3-4]。筒体连 接上接头和引鞋，筒体内部是左旋大螺距的螺旋锥 面，卡瓦外表面的螺旋锥面与之配合装配，二者之 间存在一定间隙，在筒体与引鞋接触位置安装有带 长键的铣控环，在长键的作用下固定筒体与卡瓦， 使二者不能相对转动。卡瓦周向加工 4 条开合缝， 使卡瓦在径向可以发生较大的弹性变形，增大打捞 落鱼规格范围；卡瓦内表面加工左旋细螺纹牙， 目 的是卡瓦夹住落鱼顶后咬紧落鱼，防止强力起拔时 落鱼脱落， 提高处理事故能力。 卡瓦打捞筒工作原理是落鱼进入卡瓦腔体后， 在起拔力作用下卡瓦与筒体发生相对滑动，两者的 锥面配合使得卡瓦径向收缩，即将起拔力转化为卡 瓦对落鱼的夹紧，从而带动落鱼提出孔外，卡瓦打 捞时起拔力越大，夹紧力越大，降低了落鱼滑脱的 可能性[5-10]。 2打捞技术方案 1） 打捞筒选取。根据钻孔情况和设备配套情况， 选用 φ127 mm 篮瓦式卡瓦打捞筒， 该打捞筒打捞落 鱼规格范围为 φ86～φ90 mm， 考虑到 φ127 mm 的外 径与 φ200 mm 钻孔孔径相差较大， 为了提高卡瓦打 捞筒套取落鱼成功率，将 φ127 mm 引鞋增大至 φ146 mm。 此外， 由于卡瓦打捞筒的加工采用石油标 准， 其上接头连接扣型为 NC31， 为了能够与现场使 用的 φ89 mm 钻杆相连， 需加工变径接手， 为了保证 整体强度， 变径接手使用调质料加工。 2） 筒体防进渣措施。卡瓦打捞筒主要用于石油 钻井、 修井过程中的钻具断裂事故处理， 且多在竖井 中使用，下钻过程中井壁碎块进入筒体的可能性较 小， 即使进入筒体， 开泵后， 在水力及自身重力双重 作用下， 碎块会轻松脱离筒体， 流至下部井段， 不会 导致筒体堵塞或是影响卡瓦的移动。而本次事故钻 孔均为煤层顶板高位钻孔， 开孔角度都在＋10以上， 且断钻位置均位于爬升段，为防止打捞筒下钻过程 中孔内积存的碎块、钻渣进入筒体，需考虑筒体防 进渣措施， 具体如下 ①扫孔打捞筒使用前， 下入 φ200 mm 钻头＋φ89 mm 扩孔钻具组合扫孔至落鱼 顶处， 充分循环后提钻； ②堵口为确保下钻过程中 碎块不会进入筒体， 在引鞋端口处充填物料， 防止碎 块及钻渣进入筒体， 填充物料应满足完全密封端口、 可被水压冲出及不影响打捞筒套取落鱼； ③试压将 打捞筒与钻杆连接，拾取钻场处孔内返出的较大碎 块置于筒体端口， 打开泥浆泵， 通过调节排量， 确定 打捞筒端口碎块被冲出时的排量，为在下钻需开泵 通水时， 选择合理排量防止筒体进渣提供参考。 3） 准确计算钻杆方入。由于卡瓦打捞筒与钻头 的结构区别， 并考虑加接变径的长度， 需精确计算打 捞筒理论探顶及完全套取落鱼时的钻杆方入，防止 盲目施工导致其他事故。 3打捞经过 以 2孔为例， 原始丝锥打捞记录表明该孔较为 稳定， φ200 mm 钻头扩孔至孔深 96 m 处断钻， 掉钻 钻杆长度 6 m。 1） 扫孔。 下入 φ200 mm 钻头＋φ89 mm 扩孔钻具 组合进行扫孔， 并探到落鱼顶孔深 82．3 m （φ200 mm 钻头实际位置在孔深 88．3 m 处） ， 充分循环， 来回倒 杆， 孔内基本无碎块返出后提钻。 2） 试压。将 φ127 mm 打捞筒与 φ89 mm 钻杆连 接后， 在孔口拾取较大岩块放至筒体端口， 开启泥浆 泵， 岩块被冲出时的泥浆泵排量为 300 L/min。 3） 堵口。在钻场选取封孔使用的聚氨酯与棉纱 混合， 待发酵稳定后， 用刀片切成近圆柱型， 封堵引 鞋端口。 4） 下打捞筒。平稳送钻， 期间不开启泥浆泵， 待 打捞筒下至距落鱼顶约 0．3 m 处， 开启泥浆泵， 排量 350 L/min， 循环稳定后， 记录泵压 1．8 MPa。 1-上接头； 2-筒体； 3-卡瓦； 4-铣控环； 5-引鞋。 图 1卡瓦打捞筒结构示意图 fig．1The structural diagram of slip socket 140 ChaoXing Vol．51No．2 Feb． 2020 第 51 卷第 2 期 2020 年 2 月 Safety in Coal Mines 5 ） 套取落鱼。缓慢回转送钻至孔深 82．7 m， 此 时， 理论情况下， 落鱼顶应已进入打捞筒 0．4 m， 但 由于选取的打捞筒未加密封，泵压未见明显变化， 钻机给进压力、系统压力均未明显变化。为确保打 捞筒套取落鱼， 继续下钻至 90．4 m， 此时 φ200 mm 钻头已下至 φ200 mm 孔径孔底 （96 m） ， 钻机给进压 力、 系统压力明显上升， 判断打捞筒已套取落鱼。 6） 起钻。将 φ200 mm 钻头提至 90 m 时遇阻明 显， 加固钻机各稳定支撑， 并加前顶支撑， 采取强拉 措施成功将钻具全部提出， 打捞成功。 按照上述方法成功处理了 2、 6、 8钻孔的 3 次 断钻事故， 5钻孔由于塌孔严重，扫孔时未能探到 落鱼， 下入打捞筒也未能成功打捞。 4打捞注意事项 1 ） 扫孔。扫孔过程一方面为了清洁钻孔， 另一 方面为了精确探查落鱼顶，为后续打捞做准备。扫 孔应选用原组具组合，若下到断钻位置不能探到落 鱼，则说明钻孔已发生严重破坏，下打捞筒也不能 成功打捞， 需考虑其他方案。 2） 套取落鱼。套取落鱼是否成功可以通过打捞 筒下入深度与扫孔探得的落鱼顶孔深来判断。理论 情况下，当打捞筒下入深度达到落鱼顶孔深与打捞 筒筒体长度之和时可认为落鱼完全进入打捞筒， 此 时即可操作钻机起拔钻具。但是， 在实际工况下， 为 了确保打捞筒成功套取落鱼，还应结合钻机给进压 力、系统压力仪表值的变化来进一步核实。需要注 意的是，扫孔过程探得的落鱼底部即钻头位置可能 不是钻孔底部，会造成打捞筒套取落鱼过程中钻机 仪表值变化不明显，需要继续套取下钻使钻头到达 孔底后，钻机仪表值才会明显变化；若打捞筒下至 极限位置，即按钻杆方入计算钻头已在孔底处， 钻 机仪表值仍没有变化，可能是局部钻孔因塌孔而导 致孔径变大，打捞筒无法套取落鱼，需提钻增大打 捞筒引鞋规格， 提高套取落鱼成功率。 3） 起钻。由于选用的是可退式卡瓦打捞筒， 为 防止回转钻具将落鱼从卡瓦打捞筒内退出，起钻过 程中严禁回转钻具。当起钻过程中严重遇阻，应加 强钻机稳固， 强力起拔； 若仍不能提出， 只需正旋同 时起拔钻具，即可将打捞筒与落鱼分离，提出打捞 筒， 防止发生其他事故。 5结语 利用卡瓦打捞筒成功处理了 3 次煤矿井下断钻 事故， 现场使用情况表明， 卡瓦打捞筒将钻机输出的 起拔力转化为打捞筒对落鱼的夹紧力，有效解决了 传统丝锥打捞时的打捞工具与落鱼之间的滑脱问 题， 在处理非严重卡、 埋钻导致的断钻事故时， 打捞 效率及成功率比公母锥打捞均要高。但是，由于目 前市场上使用的可退式卡瓦打捞筒套取落鱼后不能 旋转 （旋转会使打捞筒退出落鱼） ， 这也使得在处理 严重卡、 埋钻导致的断钻事故时， 该类型打捞筒无法 使用， 为此， 应研制一种旋转可退式卡瓦打捞筒， 进 一步拓宽其应用范围。 参考文献 ［1］ 牟培英．套铣打捞钻杆的研究及应用 ［J］ ．煤矿机械， 2016 （10） 88－91． ［2］ 赵建国， 牟培英， 许超， 等．套铣打捞技术在定向钻进 事故处理中的应用 ［J］ ．中州煤炭， 2018 （8） 75－77． ［3］ 刘汉杰， 唐启胜， 郝宜雷．渤海某井穿心打捞工艺应用 与研究 ［J］ ．化学工程与装备， 2018 （4） 16－18． ［4］ 王炳立．LT 型卡瓦打捞筒的使用 ［J］ ．石化技术， 2015， 22 （9） 217． ［5］ 刘文鹏．弹性打捞筒的研制与应用 ［J］ ．西部探矿工程， 2019 （4） 43－44． ［6］ 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