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【摘 要】 钻孔事故是煤矿井下定向钻孔安全、高效施工的巨大威胁。本文分析总结了我国煤矿井下定向钻进过程中常见孔内事故、出现的原因及处理方法，并综述这些事故的预防与处理工艺，旨在提供现场操作人员进一步推广和改进的依据。
【关键词】 煤矿井下定向钻进；钻孔事故预防；钻孔事故处理
近年来，定向钻进技术已广泛应用于煤矿井下本煤层瓦斯抽采钻孔施工，并取得了显著的成效。然而，在钻孔施工过程中，由于种种原因，常常发生各种孔内故障而中断正常钻进，通常把这些故障统称为钻孔事故。钻孔事故如果处理不当，还会损坏机器设备、仪器等，造成经济损失。卡钻事故是定向钻进过程中常见的钻孔事故，可发生在钻进、起钻、下钻、循环冲孔以及设备检修等过程中，由多种原因造成。
1、孔壁坍塌卡钻
孔壁坍塌卡钻是由于钻孔孔壁失稳垮塌而造成的卡钻事故，一般都是瞬间发生，没有明显的前期预兆。孔壁坍塌卡钻事故处理难度大，极易导致钻具、仪器掉入孔内而无法捞出的严重后果。
1.1、事故成因
a.地质原因，地应力影响。当钻孔钻穿煤层后，钻孔孔壁产生自由面，此时应力重新分配，当孔壁应力超过煤层强度极限时便会发生破裂，导致钻孔孔壁坍塌，引发卡钻事故。b.物化原因，定向钻进冲洗介质多以清水为主，而钻进地层多为含水量较少的煤层和岩层。大量研究试验表明，当煤层和岩层遭遇水浸时，由于水化、毛细作用等，会削弱煤的结构强度，这是造成钻孔坍塌的另一重要原因。
1.2、事故预防措施
a.合理布置钻孔，钻孔设计时，在可满足煤层瓦斯抽采需要的前提下，钻孔布置应尽可能避开断层、陷落柱、褶皱、高地压等异常区域。b.探明并避开危险层，在地层资料不全的情况下，定向钻进应主动探测危险层位，通过钻进参数、孔口返水掌握其特点，并采用定向钻进开分支技术避开危险层位。c.采用窄翼片定向钻头，钻具严重卡死的位置一般位于钻头体肩部。相同卡钻的情况下，连接宽翼片钻头的钻具回拖阻力要高于窄翼片钻头。两种定向钻头。d.及时发现并处理孔内异常，钻进过程中应注意给进、起拔、回转压力、泥浆泵压等工艺参数以及孔口返水的变化情况。任何一项指标发生突变应立即停钻分析原因，并及时采取处理措施，防止卡钻事故发生。
1.3、事故处理工艺
a.强力回转和起下钻法，强力回转、起下钻法是处理坍塌卡钻事故的首选方法。钻具在孔内的变形不断地快速变化，从而产生挤压和震击效果，使钻具松动，从而达到解卡的目的。b.套铣打捞，该方法使用专用套铣打捞钻具，采用回转钻进工艺套取孔内定向钻具，打通卡钻部位阻塞，从而实现解卡，完成打捞。c.采掘打捞，如果卡钻位置处于待采掘区域，则可考虑在后期的煤层开采或巷道掘进时打捞卡钻钻具。d.强力拧断安全接手，在以上3种方法均无法有效实现打捞的情况下，可考虑强力拧断连接孔底马达并下无磁钻杆和安全接手来处理卡钻事故。e.倒扣并采用反丝（左螺旋）公母锥打捞，在以上4种方法均打捞无效的情况下，可采用钻机反转倒扣，使钻具解扣，将解扣处至孔口段钻具提出
2、缩径卡钻
缩径卡钻事故也是煤矿井下定向钻进中常见的孔内事故，因其发展缓慢、征兆较明显，预防、处理均较坍塌卡钻容易一些。
2.1、事故成因
煤矿井下定向钻进过程中，缩径卡钻事故普遍由水敏性泥页岩遇水膨胀、变形导致钻孔缩径造成。另一种情况是有些煤层顶、底板中存在含水的软泥岩，这种泥岩表现出很强的塑性，当钻穿岩层后，软泥岩在地压的作用下向孔内挤压，导致钻孔孔径缩小发生卡钻。
2.2、事故预防措施
a.查明并避开缩径泥岩所在层位通过查阅地质资料和定向钻进主动探测的方法探明缩径泥岩所在层位，再通过钻进参数及孔口返水掌握其特点，采用开分支孔的方法避开缩径泥岩层。b.加强循环冲孔和扫孔钻进至水敏性泥页岩时，由于泥岩水化速度较慢，因此在钻进中一般不会立即出现缩径卡钻情况，但在后期的钻进、冲孔、起下钻时会出现阻卡现象。因此在不得不穿越泥岩层的情况下，应加强泥岩孔段冲孔和扫孔，必要时采用扩孔手段来预防卡钻事故发生。c.发现并处理孔内异常钻进含水软泥岩层时，由于其塑性强，在这种情况下应及时停止钻进，开泵循环，并大幅度活动钻具，将钻具提离危险孔段。
2.3、事故处理工艺
a.强力活动、钻具在遇卡初期，可尝试采用类似坍塌卡钻“强力回转、起下钻法”大幅度活动钻具，争取解卡。在起钻过程中遇卡，应大力下压；在钻进中遇卡，应多提或强扭，下压是没有意义的。这种时候，捕捉时机非常重要，要在钻具安全的前提下，敢于用大力，有可能迅速解决问题。如果活动数次（一般不超过10次）未能解卡，不应强干而应采用其他措施。b.注入润滑剂、若采用上述措施仍无法解卡，可用泥浆泵向孔内注入油类和清洗剂或润滑剂，再配合活动钻具，尝试解卡。c.震击解卡、震击解卡是一种对付缩径卡钻的有效处理方法。在孔深≤100m时，可采用孔口打吊锤的方法尝试解卡；在孔深>100m时，孔口打吊锤的震击力量难以满足缩径解卡的需要，此时采用孔口震击器来处理缩径卡钻事故。d.倒扣配合反丝公母锥打捞、在以上3种方法均不能解卡时，可考虑采用类似坍塌卡钻的处理方法，采用倒扣配合反丝公锥或母锥打捞剩余钻具。
3、沉渣卡钻
沉渣卡钻指钻屑在钻孔内沉积，发生埋钻导致的卡钻事故。沉渣卡钻相对坍塌卡钻和缩径卡钻事故的严重程度较低，也更容易处理。
3.1、事故成因分析
a.地层因素、在节理发育的煤层中钻进，煤屑颗粒较大，不易被返水携出钻孔，容易在孔内堆积，造成沉渣卡钻。b.工艺因素、造成沉渣卡钻的工艺因素主要包括：给进速度、泥浆泵排量选择、冲孔作业等。c.钻孔结构、在上仰孔段，由于水流方向和钻屑重力分量与下滑力方向相同，有利于返水将钻屑携出钻孔；在下斜孔段，水流方向和下滑力方向相反，水流需要克服钻屑的下滑力才能将钻屑携出，这大大降低了返水携渣的能力；水平孔段返水携渣能力介于上仰孔段和下斜孔段之间。
3.2、事故预防措施
a.施工准备、工作施工前，仔细检查设备，排除存在的故障隐患；定期对设备进行保养，保证设备正常运转。b.设计合理的钻孔结构、钻孔设计阶段，选择合理的钻场位置，尽可能将钻孔设计为上仰钻孔或水平钻孔，避免下斜钻孔。c.选择合理钻进工艺参数、钻进施工中，应根据现场实际情况，选择合理的给进速度和泥浆泵量，保证在不产生大量大颗粒钻屑的情况下实现高效钻进。d.定期冲孔、正常定向钻进中应定期进行冲孔，一般每钻进30m冲孔一次，冲孔时间控制在20～40min。冲孔时根据实际情况选择泵量为150～250L/min，同时可配合钻机带动钻具回转，转速控制在40～80r/min。
3.3、事故处理工艺
a.强力回转、起下钻法由于沉渣卡钻事故属于轻微卡钻事故，一般可直接通过强力回转和起下钻就可使钻具解卡。b.套铣打捞如果发生严重的沉渣卡钻事故，则可考虑采用套铣打捞来处理事故。
4、結语
煤矿井下定向钻进施工中，对待钻孔事故应时刻坚持以“预防为主、处理为辅”的原则，严格遵守操作规程和采取有效的预防措施，把事故消灭在萌芽状态，不能单纯依赖先进的钻孔事故处理工艺和装备。然而，由于煤矿井下定向钻进工艺及装备的特殊性导致这些经验、技术及装备很难满足孔内事故处理的需要，因此有必要开展针对煤矿井下定向钻进钻孔事故处理的专用技术及装备的研究。
参考文献：
[1]石智军，田宏亮，田东庄，等.煤矿井下随钻测量定向钻进使用手册[M].北京：煤炭工业出版社，2012.
[2]乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，等.钻井液与岩土工程浆液[M].武汉：中国地质大学出版社，2002.
[3]蒋希文.钻井事故与复杂问题（第二版）[M].2版.北京：石油工业出版社，2006.
【关键词】 煤矿井下定向钻进；钻孔事故预防；钻孔事故处理
近年来，定向钻进技术已广泛应用于煤矿井下本煤层瓦斯抽采钻孔施工，并取得了显著的成效。然而，在钻孔施工过程中，由于种种原因，常常发生各种孔内故障而中断正常钻进，通常把这些故障统称为钻孔事故。钻孔事故如果处理不当，还会损坏机器设备、仪器等，造成经济损失。卡钻事故是定向钻进过程中常见的钻孔事故，可发生在钻进、起钻、下钻、循环冲孔以及设备检修等过程中，由多种原因造成。
1、孔壁坍塌卡钻
孔壁坍塌卡钻是由于钻孔孔壁失稳垮塌而造成的卡钻事故，一般都是瞬间发生，没有明显的前期预兆。孔壁坍塌卡钻事故处理难度大，极易导致钻具、仪器掉入孔内而无法捞出的严重后果。
1.1、事故成因
a.地质原因，地应力影响。当钻孔钻穿煤层后，钻孔孔壁产生自由面，此时应力重新分配，当孔壁应力超过煤层强度极限时便会发生破裂，导致钻孔孔壁坍塌，引发卡钻事故。b.物化原因，定向钻进冲洗介质多以清水为主，而钻进地层多为含水量较少的煤层和岩层。大量研究试验表明，当煤层和岩层遭遇水浸时，由于水化、毛细作用等，会削弱煤的结构强度，这是造成钻孔坍塌的另一重要原因。
1.2、事故预防措施
a.合理布置钻孔，钻孔设计时，在可满足煤层瓦斯抽采需要的前提下，钻孔布置应尽可能避开断层、陷落柱、褶皱、高地压等异常区域。b.探明并避开危险层，在地层资料不全的情况下，定向钻进应主动探测危险层位，通过钻进参数、孔口返水掌握其特点，并采用定向钻进开分支技术避开危险层位。c.采用窄翼片定向钻头，钻具严重卡死的位置一般位于钻头体肩部。相同卡钻的情况下，连接宽翼片钻头的钻具回拖阻力要高于窄翼片钻头。两种定向钻头。d.及时发现并处理孔内异常，钻进过程中应注意给进、起拔、回转压力、泥浆泵压等工艺参数以及孔口返水的变化情况。任何一项指标发生突变应立即停钻分析原因，并及时采取处理措施，防止卡钻事故发生。
1.3、事故处理工艺
a.强力回转和起下钻法，强力回转、起下钻法是处理坍塌卡钻事故的首选方法。钻具在孔内的变形不断地快速变化，从而产生挤压和震击效果，使钻具松动，从而达到解卡的目的。b.套铣打捞，该方法使用专用套铣打捞钻具，采用回转钻进工艺套取孔内定向钻具，打通卡钻部位阻塞，从而实现解卡，完成打捞。c.采掘打捞，如果卡钻位置处于待采掘区域，则可考虑在后期的煤层开采或巷道掘进时打捞卡钻钻具。d.强力拧断安全接手，在以上3种方法均无法有效实现打捞的情况下，可考虑强力拧断连接孔底马达并下无磁钻杆和安全接手来处理卡钻事故。e.倒扣并采用反丝（左螺旋）公母锥打捞，在以上4种方法均打捞无效的情况下，可采用钻机反转倒扣，使钻具解扣，将解扣处至孔口段钻具提出
2、缩径卡钻
缩径卡钻事故也是煤矿井下定向钻进中常见的孔内事故，因其发展缓慢、征兆较明显，预防、处理均较坍塌卡钻容易一些。
2.1、事故成因
煤矿井下定向钻进过程中，缩径卡钻事故普遍由水敏性泥页岩遇水膨胀、变形导致钻孔缩径造成。另一种情况是有些煤层顶、底板中存在含水的软泥岩，这种泥岩表现出很强的塑性，当钻穿岩层后，软泥岩在地压的作用下向孔内挤压，导致钻孔孔径缩小发生卡钻。
2.2、事故预防措施
a.查明并避开缩径泥岩所在层位通过查阅地质资料和定向钻进主动探测的方法探明缩径泥岩所在层位，再通过钻进参数及孔口返水掌握其特点，采用开分支孔的方法避开缩径泥岩层。b.加强循环冲孔和扫孔钻进至水敏性泥页岩时，由于泥岩水化速度较慢，因此在钻进中一般不会立即出现缩径卡钻情况，但在后期的钻进、冲孔、起下钻时会出现阻卡现象。因此在不得不穿越泥岩层的情况下，应加强泥岩孔段冲孔和扫孔，必要时采用扩孔手段来预防卡钻事故发生。c.发现并处理孔内异常钻进含水软泥岩层时，由于其塑性强，在这种情况下应及时停止钻进，开泵循环，并大幅度活动钻具，将钻具提离危险孔段。
2.3、事故处理工艺
a.强力活动、钻具在遇卡初期，可尝试采用类似坍塌卡钻“强力回转、起下钻法”大幅度活动钻具，争取解卡。在起钻过程中遇卡，应大力下压；在钻进中遇卡，应多提或强扭，下压是没有意义的。这种时候，捕捉时机非常重要，要在钻具安全的前提下，敢于用大力，有可能迅速解决问题。如果活动数次（一般不超过10次）未能解卡，不应强干而应采用其他措施。b.注入润滑剂、若采用上述措施仍无法解卡，可用泥浆泵向孔内注入油类和清洗剂或润滑剂，再配合活动钻具，尝试解卡。c.震击解卡、震击解卡是一种对付缩径卡钻的有效处理方法。在孔深≤100m时，可采用孔口打吊锤的方法尝试解卡；在孔深>100m时，孔口打吊锤的震击力量难以满足缩径解卡的需要，此时采用孔口震击器来处理缩径卡钻事故。d.倒扣配合反丝公母锥打捞、在以上3种方法均不能解卡时，可考虑采用类似坍塌卡钻的处理方法，采用倒扣配合反丝公锥或母锥打捞剩余钻具。
3、沉渣卡钻
沉渣卡钻指钻屑在钻孔内沉积，发生埋钻导致的卡钻事故。沉渣卡钻相对坍塌卡钻和缩径卡钻事故的严重程度较低，也更容易处理。
3.1、事故成因分析
a.地层因素、在节理发育的煤层中钻进，煤屑颗粒较大，不易被返水携出钻孔，容易在孔内堆积，造成沉渣卡钻。b.工艺因素、造成沉渣卡钻的工艺因素主要包括：给进速度、泥浆泵排量选择、冲孔作业等。c.钻孔结构、在上仰孔段，由于水流方向和钻屑重力分量与下滑力方向相同，有利于返水将钻屑携出钻孔；在下斜孔段，水流方向和下滑力方向相反，水流需要克服钻屑的下滑力才能将钻屑携出，这大大降低了返水携渣的能力；水平孔段返水携渣能力介于上仰孔段和下斜孔段之间。
3.2、事故预防措施
a.施工准备、工作施工前，仔细检查设备，排除存在的故障隐患；定期对设备进行保养，保证设备正常运转。b.设计合理的钻孔结构、钻孔设计阶段，选择合理的钻场位置，尽可能将钻孔设计为上仰钻孔或水平钻孔，避免下斜钻孔。c.选择合理钻进工艺参数、钻进施工中，应根据现场实际情况，选择合理的给进速度和泥浆泵量，保证在不产生大量大颗粒钻屑的情况下实现高效钻进。d.定期冲孔、正常定向钻进中应定期进行冲孔，一般每钻进30m冲孔一次，冲孔时间控制在20～40min。冲孔时根据实际情况选择泵量为150～250L/min，同时可配合钻机带动钻具回转，转速控制在40～80r/min。
3.3、事故处理工艺
a.强力回转、起下钻法由于沉渣卡钻事故属于轻微卡钻事故，一般可直接通过强力回转和起下钻就可使钻具解卡。b.套铣打捞如果发生严重的沉渣卡钻事故，则可考虑采用套铣打捞来处理事故。
4、結语
煤矿井下定向钻进施工中，对待钻孔事故应时刻坚持以“预防为主、处理为辅”的原则，严格遵守操作规程和采取有效的预防措施，把事故消灭在萌芽状态，不能单纯依赖先进的钻孔事故处理工艺和装备。然而，由于煤矿井下定向钻进工艺及装备的特殊性导致这些经验、技术及装备很难满足孔内事故处理的需要，因此有必要开展针对煤矿井下定向钻进钻孔事故处理的专用技术及装备的研究。
参考文献：
[1]石智军，田宏亮，田东庄，等.煤矿井下随钻测量定向钻进使用手册[M].北京：煤炭工业出版社，2012.
[2]乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，等.钻井液与岩土工程浆液[M].武汉：中国地质大学出版社，2002.
[3]蒋希文.钻井事故与复杂问题（第二版）[M].2版.北京：石油工业出版社，2006.