摘要：针对水平定向钻穿越施工中遇到的钻杆包钻事故，对事故原因进行了分析，并提出了相应的预防措施及解决方案。造成钻杆包钻的主要原因是泥浆性能不能满足穿越地层需要和钻具选型组合不合理。解决钻杆包钻主要有两种方式：一、通过增加外力辅助钻机拔出钻杆；二、通过套铣包裹钻杆上的泥屑达到活动钻杆的目的。现场试验表明，套铣解决包钻不仅成本投入少而且有效的降低了安全风险。
关键词：水平定向钻穿越 套铣 钻杆包钻 解决方案 预防措施
水平定向钻穿越工程是个高风险的工程，在施工过程中主要表现为地下钻具包钻，一旦发生包钻事故将给施工企业带来巨大的经济损失甚至造成穿越工程的失败。本文分析了包钻产生的原因、总结了预防包钻事故的施工措施以及事故发生后解决问题的方案。
1、钻杆包钻产生的原因
所谓包钻就是在定向穿越施工过程中，钻杆外壁上堆积钻屑或者孔壁和钻杆之间的环空过小，造成钻杆在旋转时摩擦阻力增大，因此，其产生的原因主要有以下几个方面：
1.1泥浆的性能不能满足穿越地层的需要。
在定向穿越施工中泥浆的作用主要为携带钻屑和支护孔壁，如果泥浆不能及时地将钻屑携带出地面就会孔洞内淤积，如果泥浆没有一定的支护能力，则孔洞就会垮塌，造成钻杆直接与孔壁摩擦，造成钻进时钻杆摩擦阻力增大，随着施工的不断钻进，表现为施工扭距不断增大直到超过钻机的功率或者钻杆的断裂扭距，造成工程事故的发生。
1.2钻具的组合不合理。
在定向穿越施工前是，必须认真地分析穿越地层的地质情况，预留施工过程中地层缩径的尺寸，确保施工过程中孔洞有合理的环空，如果施工过程中钻头的尺寸与钻杆的尺寸过小，施工时形成钻杆与地层的环空小于地层缩径的尺寸，就会造成钻杆的包钻。
2、钻杆包钻的预防措施
为了防止施工过程中钻杆的包钻，必须采用优质泥浆配制和合理钻杆组合这一综合预防的方式：
2.1泥浆：针对不同地层采取不同的泥浆配方，避免泥屑堆积和地层的垮塌，从而发生包钻事故。比如在海相沙层地质中，含盐量比较高容易造成失水，泥浆也容易失效，所以需要增加抗盐剂和降失水剂。若遇到塑性比较强的粘土或能自造浆的泥岩，此两种地层会自己造浆，随着钻杆的钻进，孔洞里的泥浆会越来越粘稠，粘度增大，孔洞也容易缩径，应添加润滑剂或适当降低泥浆粘度，并保障泥浆能从入钻口返出，保证钻杆的润滑和自由运动。
2.2钻具的选择：根据施工地层 的特点选择合适的钻具组合，保证钻杆与孔壁具有合理的空间尺寸，同时在长距离穿越施工时，在每隔400~500米增加补浆短接，以补充泥浆在孔洞里的漏失或失效，减少钻杆在孔洞里的摩擦力。
2.3司钻操作：在长距离穿越导向孔施工时，每前进一根钻杆，需要洗孔，并随时观察扭矩，尽可能的保证入钻点孔洞的返浆，以确认孔洞的通畅性，保障钻具的安全。
3、钻杆包钻的解决方式
如果发生钻杆包钻现象要及时地调整泥浆配方，防止钻机扭距的增大，如果不能将扭距控制在合适的数值内，则需要采取以下措施：
方案一：采用大型滑轮组反向拉，将扩孔器强行退出。但在实际操作时，要估算地下钻具的抗拉力极限和回拉速度，防止地下钻具出现意外事故。
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方案二：采用8字环正向套洗钻杆，制作8字型套洗环，一边套在被包的钻杆上，另一边连接钻机钻杆，利用钻机的推力带动前一个环在包死钻杆上滑动，同时喷射泥浆，以清洗被包钻杆上的泥屑达到钻杆解套的目的。
4、钻杆包钻解除的工程案例
4.1工程简介：南疆-唐山成品油管道工程，海河Ⅰ及海滨大道穿越工程，全长1870余米，管径主管为φ406×8.7mm L415 直缝电阻焊钢管；光缆套管为φ121×8mm 无缝钢管，穿越地层主要为粉土和细沙双管同时会拖。当导向孔完成后，一级扩孔450米时拉力和扭矩慢慢增大，最后钻机无法顺利扩孔，经过现场分析判断因孔里泥浆漏失和失效导致泥屑堆积、包裹在钻杆壁和钻杆接头上，导致钻杆与孔壁摩擦力增大，钻杆不能在孔里自由活动。
4.2解决过程及方案：先尝试采用滑轮组强行反向回拔，当滑轮组拉力拉到极限时，钢丝绳开始断裂，计算拉力已经超过500T，普通5 1/2"钻杆的最大承受拉力也就375T左右，钻杆已经无法承担再大拉力，滑轮组方案失败。
在采用普通8字环套洗头时，因为地层和实际工况等原因，当套洗至200米时（此处进入沙层），套洗钻机无法推进，套洗环的刮削能力有限无法进入沙层，导致套洗失败。
经过分析，二次套洗失败主要原因是套洗端无切削能力，无法将包死钻杆上的泥屑刮掉，解决不了泥屑问题，钻杆包死的问题就无法解决，如何解决包在钻杆上的泥屑就是问题的关键，但在现有条件和经验下没有合适的方式和工具去解决，为解决问题最大减少损失，最简单的方法就是让套洗钻杆那个环能够旋转起来，能有切削能力。按照这个思路，设计一种简单有效的传动系统，利用钻机提供的扭矩带动那个环就可以达到切削的目的。对此我们研发一种简单的齿轮传动箱来带动切削环达到此要求。经过现场验证，改进后的带传动齿轮的8字环可以快速有效的清洗被泥屑包裹的钻杆，在套洗至700米处时被包钻杆可以自由活动了，钻杆解套成功，证明此结构简单有效，达到预期目的。
5、预防钻杆包钻的施工案例
仪征至长岭原油管道复线工程南京段蒋河奶牛场水平定向钻穿越工程，地层主要是粘土，管材规格φ864×17.5mm L450直缝埋弧焊钢管，穿越长度1346米。在进行导向孔施工进行至1100米左右时，因外协原因，业主要求暂时停工待命，具体重新开工日期未定，但导向孔已经快完成了，如果将钻杆全部拔出来，前期工作的损失将是巨大的，但不拔出来又要承担钻杆包钻的巨大风险。因为之前就有预案，每400米增加一个补浆短接，水平段每根钻杆都有洗孔，入土点洞口一直有返浆，保证了孔洞的通畅性。在经过现场分析判断后，因此我们采取分段抽拔洗孔的方式（第一天拔洗一根钻杆，第二天再推回去，同时观察扭矩，在扭矩没变的情况下，第三天拔两根钻杆，第四天推回去一根，第五天再拔两根，保证入土点孔洞返浆的情况，以此类推），并改变泥浆配方增加润滑剂，缓步活动钻杆，连续待工15天后开工时，整个孔洞没有拔几根钻杆，但钻杆扭矩没有变化，推拉力也很稳定，这在保证了井下钻具安全的情况下继续施工一次性将导向孔完成。
6、总结
钻杆包钻是一种定向穿越施工中常见的工程事故，因此，在施工前要认真组织穿越地层的分析，做好施工前钻杆包钻的预防措施，同时，准备好紧急情况下钻杆包钻时的急救方案，杜绝杆钻包钻给穿越施工造成的损失。
参考文献
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[3]李国辉、马晓成、付国英.渭河水平定向钻穿越钻杆疲劳断裂分析【J】，石油工程建设，2012,38（2）：4-5.
论文作者:寇灵
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：钻杆论文; 泥浆论文; 地层论文; 孔洞论文; 钻机论文; 扭矩论文; 工程论文; 《基层建设》2017年第18期论文;