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护栏打钻机:钻头损坏常见事故及原理分析

护栏打钻机:钻头损坏常见事故及原理分析
 

空气潜孔锤钻进主要以高频冲击破碎方式为主,往往能达到常规钻进方式10倍以上的钻进速度,但应用时受操作工艺、地层复杂等因素影响容易产生各类事故。空气潜孔锤钻进常见事故主要包括锤头断裂、合金齿崩断、堵塞、阻卡、泥环包裹、卡埋钻、等,针对以下典型事故形成的系统技术措施,可操作性强,具有推广价值。

 

锤头断裂

图1  新锤头与折断锤头对比

 

锤头断裂位置多发生在锤头花键上端变径处。引发锤头断裂常见原因为:

(1)锤头体本身质量不佳、应力集中、耐疲劳性、抗剪强度较低。

(2)钻压过大导致钻具弯曲及振动大,或地层软硬不均导致锤头工作不平稳,锤头所受扭矩持续的高频率变化,在多次交变冲击力和交变剪切应力的作用下锤头产生疲劳破坏而断裂。

2 预防和处理措施

(1)选用质量好的生产厂家,以减少因锤头质量而发生孔内事故。对锤头质量严格检查,严防有损伤的锤头入井。

(2)进入松散、溶蚀裂隙带、破碎带及软硬不均地层,提前调整钻进参数。

(3)地层情况不明时,先用小钻压钻进,然后再缓慢加压,使得钻进均匀平稳,避免用大钻压和高转速钻进。

(4)钻遇较软岩层时,应降低钻压,以防硬质合金齿吃入岩层过深,导致锤头所受扭矩瞬间增大。

(5)尽可能选用带防脱套的潜孔锤,以防锤头断裂时掉入井内。

(6)如若锤头断裂落入井底,应及时进行打捞。

锤齿折断

空气潜孔锤正常钻进过程中锤头齿磨损较小,大部分锤头齿损坏是因异常崩断,尤其位于锤头最外缘的齿最易崩断。

 

  锤齿崩断

 

造成锤头柱齿异常崩断的主要原因大致分为地层、钻进技术参数和操作方法3个方面。

技术措施

(1)提前调整钻进技术参数。

(2)小钻压试钻。

(3)小钻压、低转速。

(4)均匀给压。

(5)选择适宜锤头。

孔锤堵塞

落物堵塞是由于入井钻具及地面管路不清洁、内壁有附着物,尤其新钻杆内壁的铁锈、微小杂物,在压缩空气作用下脱落至潜孔锤上端堵塞风道,致送风不畅或不过风,如图3所示。

 落物堵塞潜孔锤示意图

 解决措施

(1)对地面空气管路清理,尤其对闸阀及管路弯头难以清洗处尽可能拆开清理。

(2)在下钻前对孔内钻具内壁进行彻底清洗,使钻具内壁保证干净入井。

 

 岩粉倒吸堵塞潜孔锤原因及解决措施

 

倒吸堵塞潜孔锤一般发生在井内余屑较多、特别呈“稠糊状”条件时,由于操作不当、下钻时插入“稠糊状”,当潜孔锤逆止阀密封不好、循环通道内外压差大,井底岩粉从潜孔锤配合间隙倒吸而为。

岩粉倒吸堵塞潜孔锤

解决措施

(1)下钻前仔细检查潜孔锤逆止阀、更换已损坏零件。

(2)认真检查活塞和内(外)缸、活塞和配气阀的间隙及密封性能是否完好、更换已损坏零件。

(3)严格执行操作规程,避免因操作不当致岩粉倒吸堵塞。

(4)采用合理的钻具组合,可在钻具150~200m处加接浮阀接头,以克服循环通道压差作用下产生的岩粉倒吸。

(5)在送风不畅时,立即上下大幅度活动钻具,无效后应立即起钻检查。

潜孔锤阻卡

 

落物阻卡也是因入井钻具及地面管路不清洁、内壁有较大的粒径附着物(泥块、岩屑等)、钻杆内落入其它大粒径杂物至潜孔锤上端卡在逆止阀部位,致逆止阀不能快速复位,如图5所示。

 泥块卡潜孔锤

 解决措施

(1)认真检查、清洗入井钻具,确保钻具内壁无杂物。

(2)定期检查潜孔锤逆止阀密封性和弹簧复位性能,对易损部件及时更换。

(3)仔细检查潜孔锤各部件。

(4)采用专门注油器,保证潜孔锤工作时正常润滑。

(5)每次加接钻杆前必须充分排渣。

(6)对用于水泥固井的钻杆要严格清洗并进行标识,尽量不用此类钻杆,若要使用时采用严格的清洗检查措施,以保证施工顺利进行。

 

岩屑倒吸阻卡潜孔锤是钻具内外压力不平衡,在内外压力差的作用下井底未彻底排净的岩屑进入潜孔锤内,将活塞、锤头花键卡死或排气通道堵塞。


岩屑倒吸阻卡潜孔锤示意   

锤头花键卡塞

 解决措施

(1)下钻前仔细检查潜孔锤逆止阀,更换已损坏零件。

(2)认真检查活塞和内(外)缸、活塞和配气阀的间隙及密封性能是否完好,更换已损坏零件。

(3)严格执行操作规程,防止因操作不当致岩屑倒吸堵塞。

(4)采用合理的钻具组合,同样借用在钻具150~200m处加接浮阀接头的方法,解决岩屑倒吸。

(5)勤排屑,减少井底余屑。

 

 泥环包裹

泥环包裹是岩粉(屑)粘附于钻具表面或井壁上形成泥环并包裹钻具。泥环形成后,环状空间变小岩屑排除不畅继续聚集泥环处形成泥包,严重时完全堵塞井眼,造成粘埋钻事故。

 

 井内泥环形成示意图

原因分析

地层因素:微涌水及潮湿地层,地层微小涌水在井壁形成液膜和使岩粉潮湿,井壁液膜与岩粉相互粘结成岩屑团,岩屑团不能完全被空气带出井筒时在井壁、锤头处粘附聚集形成泥环,而且泥团粘附聚集成泥环现象尤为严重。

 

 解决措施

(1)更换钻进工艺。钻遇地层潮湿、少量渗水,灰岩、白云岩等岩层采用雾化钻进(注水稀释)。如图9所示。

(2)勤排屑。每钻进0.5~1m,钻具提离井底进行排渣。

(3)增加空压机。增加供风量、提高上返风速,增强排砂效果。

(4)合理配置钻具。选用合理的钻铤、钻杆。

(5)短程起钻划井壁。防止井壁泥环形成及增厚。 

  雾化解井壁泥饼示意图

6卡、埋钻

 地层因素:地质构造、溶蚀、节理产生的裂隙及断层发育致岩体松散、胶结力弱,以及涌水致部分岩层吸水膨胀、崩解,井壁掉块、垮塌卡埋潜孔锤。工艺技术方面:钻进中高频震击破坏岩体整体结构、高速气流冲刷(剥离)破坏岩壁结构、循环介质无平衡护壁功能及涌水浸泡降低泥页岩结构力致掉块卡锤头、垮塌埋潜孔锤。     潜孔锤卡埋示意图

 

技术措施

(1)勤观察。

(2)勤活动钻具。

(3)及时停钻处理。

(4)窜动解阻。

(5)注泡沫剂强排屑解阻。

(6)短起钻探井壁。

(7)泡沫钻进。

(8)换工艺护壁钻进。

(9)注泥浆护壁。

(10)套铣解卡。 



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