摘要
套铣打捞是一种以保护事故钻杆为目的的卡埋钻事故处理技术。优化套铣打捞各项工艺参数可以提高卡埋钻事故处理的成功率，降低经济损失。通过对套铣打捞的钻具级配、钻进工艺参数和工艺方法进行分析研究，提出在钻具级配选择时的注意事项，套铣过程中转速、钻压和钻速的控制要求，冲洗液的选择、配比和钻进过程中扫孔作业要求。结合研究在玉溪矿和临涣矿进行套铣作业，在严格控制各项参数的前提下，成功将事故钻具打捞出井，证明了该技术措施对提高套铣打捞成功率具有良好的效果。
煤矿井下钻探施工是一项具有高度风险的隐蔽性工程，随着钻孔深度的增加，受煤层复杂的地质条件、操作不当及其他突发原因造成的卡埋钻事故频发。若事故处理不当，不仅会影响定向钻进钻孔的施工周期，增加施工成本，而且易发生二次事故，影响效率，造成经济损
目前比较常见的井下卡钻事故原因主要有：沉渣卡钻、坍塌卡钻、缩径卡钻。针对卡钻事故，采取的处理措施主要有3种：强力起拔、强力起拔+回转、套铣打捞。采用前2种措施进行处理，易在钻孔高弯曲度段造成钻杆弯曲疲劳，使该段钻杆磨损加重，导致二次事故发生；采用套铣打捞措施，通过合理调节套铣打捞各项技术参数，可靠性和成功率
套铣打捞是指煤矿井下发生卡埋钻事故时，采用内通孔直径较大的打捞钻杆与打捞钻头，利用孔内卡埋钻具的导向作用，回转钻进至卡点，通过疏通卡点处的沉渣，达到解卡的目
套铣打捞如
图1 套铣打捞示意
Fig.1 Schematic diagram of washover fishing
使用套铣打捞进行事故钻具打捞，能够保证孔内钻具的完整性，不损坏孔内钻具，降低经济损失。
（1）一般适用于整体孔段较完整，部分孔段塌孔造成的卡埋钻事故。
（2）适用于定向钻孔全孔段的全弯曲强度较小（一般不超过2°/6 m）的卡埋钻事故，或钻具断裂但断裂点前后钻具未分离的工况。
（3）由于套铣钻具钻杆壁较薄，在高弯曲段容易折断发生二次事故，且孔深越深，钻具抗拉和抗弯能力越差，结合目前配套工艺，建议深度≯500 m。
为提高套铣打捞的成功率，需要选择合适规格的套铣钻杆和钻头，现阶段常用钻具的打捞钻具组合见
此外还需要配备与套铣钻杆规格相匹配的卡盘卡瓦和夹持器卡瓦。
第一步：将钻机上外露Ø89 mm钻杆拆掉，更换Ø127 mm卡盘卡瓦和Ø127 mm夹持器卡瓦，重新稳固钻机。
第二步：采用“Ø89 mm普通水便+Ø127 mm套铣钻杆+Ø168/100 mm套铣钻头”钻具组合进行套铣，具体套铣深度以实际压力变化情况为准。套铣过程中注意观察被套钻具是否随着套铣钻具转动，若转动则套铣结束。
第三步：若套铣中途压力异常无法继续套铣，更换Ø89 mm卡盘卡瓦和Ø89 mm夹持器卡瓦，重新稳固钻机，采用钻机回转起拔再次进行处理，若成功则打捞结束。
第四步：若套铣成功提钻，采取先提出套铣打捞钻具，再提出事故钻具的方式退钻；提钻前期事故钻具会随着套铣钻具同时提出，此时，采取交替提出套铣钻具和事故钻具，套铣钻具采取钻机回转方式拆卸，被套钻具采取人工拆卸；若因强力回转处理后导致钻具拆卸困难，也可采用钻机拆卸方式，拆卸过程中需严格控制钻机参数。
第五步：更换Ø89 mm卡盘卡瓦和Ø89 mm夹持器卡瓦，重新稳固钻机，提出孔内所有事故钻具，套铣打捞结束。
以打捞Ø89 mm钻杆为例，为了更好地实施套铣打捞，同时保证套铣打捞钻杆的安全，经现场应用研究表明，配备Ø127 mm套铣打捞钻杆+Ø168 mm套铣打捞钻头事故处理成功率高于其他钻具组合方式。套铣打捞钻头和打捞钻杆见
图2 套铣打捞钻头和钻杆
Fig.2 Washover drilling bit and pipe
（1）转速。钻机是为打捞施工提供扭矩与给进起拔力的动力设备，套铣打捞作业时要严格控制钻机转速。在钻孔相对平滑段，转速要尽可能地调低，避免转速过大使钻具产生累计疲劳，影响套铣进度，甚至出现折断套管的情况；在钻孔弯曲段，高转速易产生较大弯曲应力，导致套管磨损加重甚至套管断裂。研究表明：一般情况下煤层中控制在30~40 r/min，岩层中控制在20~30 r/min。
（2）钻压和钻速。对于钻孔弯曲值≤1.5°/6 m，一般可作为平缓段，在保持正常转速的基础上，钻速和钻压可适当增加；钻孔弯曲值≥2°/6 m要调低钻压和钻速，避免因回转压力增加或有波动导致钻具磨损加重，严重者导致断裂。研究表明：岩层中钻速宜控制在6~9 m/h；煤层中9~15 m/h；钻压根据钻孔深度和地层的不同进行调整，岩层中较煤层中要低。
（1）冲洗液。冲洗液起到清运沉渣的作用，有利于钻孔减阻。套铣钻进时，要求采用定向钻进专用冲洗液，以提高冲洗介质粘度，提高排渣能力降低钻具之间的磨损。专用冲洗液配方为：清水+5%钠膨润土+0.05%水解聚丙烯酰胺+2%烧碱+2%腐植酸钾+0.4%CMC+1%磺化沥青粉。该配方流变性好，可有效降低失水量和抑制粘土水化膨
（2）扫孔作业。套铣钻进过程中注意观察回转压力和泥浆泵压力变化，正常钻进回转压力和泥浆泵压力均应在空载回转压力基础之上不超过1 MPa；若出现压力异常严禁继续钻进，采取回转滑动扫孔等方式进行处理，待系统压力正常之后再钻进。套铣和扫孔全程使用冲洗液，确保孔内排渣通道畅通，孔内返出水后再进行套铣，严禁孔口未返水直接套铣。
事故钻孔为本煤层钻孔，使用钻机为ZDY15000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机，该钻机是一种低转速、大扭矩、适用于大直径近水平深孔钻进的自行式全液压钻机。目标层为3号煤层，该煤层平均厚度5.8 m。设计开孔倾角3°，方位角5°，勘探线方位角5°，设计孔深410 m。钻孔孔身结构如
图3 玉溪矿钻孔孔身结构
Fig.3 Structure of the borehole section in Yuxi Mine
事故发生经过：接班开始正常下钻至孔底测深357 m，泵压5 MPa，回转压力10 MPa，排量300 L/min；正常钻进1 m至测深358 m时出现憋泵（15 MPa），副泵回转压力20 MPa，遂提钻7 m至测深351 m处发生卡钻。当班和下一班采取回转起拔处理没有效果，二泵回转压力26 MPa，给进起拔压力15 MPa，主泵回转压力20 MPa，事故钻具扭转变形量约2.5圈，伸缩变形量约15 cm。
钻孔实钻轨迹经过计算全孔段平均全弯曲强度为0.33°/m，其中，24~36 m平均全弯曲强度为0.41°/m；75~120 m平均全弯曲强度为0.46°/m；168~198 m平均全弯曲强度为0.49°/m；312~354 m平均全弯曲强度为0.42°/m。全弯曲强度较小，适宜用套铣打捞进行打捞处理。
套铣钻进之前采用地锚稳固好钻机，并且每个班次施工之前都要检查钻机稳固情况，若发现钻机稳固松动，重新稳固好钻机再开钻，套铣钻进采用扭矩6000 N·m，严禁采用15000 N·m。
钻孔轨迹的剖面图和平面图见
图4 玉溪矿钻孔轨迹剖面图
Fig.4 Sectional view of the borehole trajectory
in Yuxi Mine
图5 玉溪矿钻孔轨迹平面图
Fig.5 Plan view of the borehole trajectory in Yuxu Mine
钻孔套铣打捞孔身结构如
图6 玉溪矿钻孔套铣孔身结构
Fig.6 Structure of the washover borehole section in Yuxi Mine
事故钻孔为高位钻孔，现场施工所用钻机为ZDY15000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机。钻孔施工至348 m见煤，穿煤6 m施工至354 m后在停电前将钻杆提出煤段。下一班接班后开始续钻冲孔，冲孔至孔底后停钻清理煤粉3 h后继续施工，出现憋泵，随后提钻，提钻1.5 m左右钻杆卡死。经过连续几个班的处理未能解卡。钻头在地层中的位置见
图7 临涣矿钻孔钻头位置示意
Fig.7 Position of the drilling bit in Linhuan Mine
（1）套铣打捞适用于定向钻孔全孔段的全弯曲强度较小（一般不超过2°/6 m）的卡埋钻事故处理或孔段整体平滑但部分区域存在少数极弯段的工况，处理事故可靠性强、成功率高。
（2）要注意钻具级配的选择，以保证孔内活动空间够大，有效避免因弯曲强度过大造成的套管断裂二次事故。
（3）转速在一般情况下煤层中控制在30~40 r/min，岩层中控制在20~30 r/min。岩层中钻速宜控制在6~9 m/h；煤层中9~15 m/h；钻压根据钻孔深度和地层的不同进行调整，岩层中较煤层中要低。
（4）为保证套铣过程中的排渣质量，应选用专用冲洗液，并在每个行程结束后进行扫孔作业，尽可能地排净岩渣，以提高套铣成功率。
参考文献（References）
石智军，姚克，田宏亮，等.煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备现状及展望［J］.煤炭科学技术，2019，47（5）：22-28. [百度学术]
SHI Zhijun， YAO Ke， TIAN Hongliang， et al. Present situation and prospect of directional drilling technology and equipment while drilling measurement in underground coal mine［J］. Coal Science and Technology， 2019，47（5）：22-28. [百度学术]
石智军，刘建林，李泉新.我国煤矿区钻进技术装备发展与应用［J］.煤炭科学技术，2018，46（4）：1-6. [百度学术]
SHI Zhijun， LIU Jianlin， LI Quanxin. Development and application of drilling technique and equipment in coal mining area of China［J］. Coal Science and Technology， 2018，46（4）：1-6. [百度学术]
牟培英，董萌萌，许翠华，等.定向钻进套铣打捞钻杆的设计［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2013，40（8）：64-66. [百度学术]
MOU Peiying， DONG Mengmeng， XU Cuihua， et al. Design of sleeve fishing rod for directional drilling［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2013，40（8）：64-66. [百度学术]
李泉新，石智军，许超，等.2311m顺煤层超长定向钻孔高效钻进技术［J］.煤炭科学技术，2018，46（4）：27-32. [百度学术]
LI Quanxin， SHI Zhijun， XU Chao， et al. Efficient drilling technique of 2311m ultra‑long directional borehole along coal seam［J］. Coal Science and Technology， 2018，46（4）：27-32. [百度学术]
郝世俊，张晶.我国煤层气钻井技术及装备现状与展望［J］.煤炭科学技术，2018，46（4）：16-21，32. [百度学术]
HAO Shijun， ZHANG Jing. Status and prospect of coalbed methane drilling technique and equipment in China［J］. Coal Science and Technology， 2018，46（4）：16-21，32. [百度学术]
王昕.套铣打捞技术在矿井钻具断裂事故中的应用［J］.煤矿安全，2014，45（9）：155-157. [百度学术]
WANG Xin. Application of milling and fishing technology in mine drilling tool fracture accident［J］. Safety in Coal Mines， 2014，45（9）：155-157. [百度学术]
姚克，田宏亮，姚宁平，等.煤矿井下钻探装备技术现状及展望［J］.煤田地质与勘探，2019，47（1）：1-5，14. [百度学术]
YAO Ke， TIAN Hongliang， YAO Ningping， et al. Present situation and prospect of drilling equipment technology in coal mine［J］. Coal Geology & Exploration， 2019，47（1）：1-5，14. [百度学术]
王清峰，陈航.瓦斯抽采智能化钻探技术及装备的发展与展望［J］.工矿自动化，2018，44（11），18-24. [百度学术]
WANG Qingfeng， CHEN Hang. Development and prospect on intelligent drilling technology and equipment for gas drainage［J］. Industry and Mine Automation， 2018，44（11），18-24. [百度学术]
石智军，姚克，姚宁平，等.我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望［J］.煤炭科学技术，2020，48（4）：1-34. [百度学术]
SHI Zhijun， YAO Ke， YAO Ningping， et al. 40 years of development and prospect on underground coal mine tunnel drilling technology and equipment in China［J］. Coal Science and Technology， 2020，48（4）：1-34. [百度学术]
孙荣军，李泉新，方俊，等.采空区瓦斯抽采高位钻孔施工技术及发展趋势［J］.煤炭科学技术，2017，45（1）：94-99，213. [百度学术]
SUN Rongjun， LI Quanxin， FANG Jun， et al. Construction technology and development tendency of high level borehole for gas drainage in goaf［J］. Coal Science and Technology， 2017，45（1）：94-99，213. [百度学术]
许超，石智军.煤矿井下定向钻进钻孔事故的预防和处理［J］.煤田地质与勘探，2014，42（3）：100-104. [百度学术]
XU Chao， SHI Zhijun. Prevention and treatment of drilling accident in underground coal mine［J］. Coal Geology & Exploration， 2014，42（3）：100-104. [百度学术]
赵建国，刘建林，董昌乐，等.顶板高位大直径定向钻孔扩孔新技术探索［J］.煤炭科学技术，2018，46（4）：40-45. [百度学术]
ZHAO Jianguo， LIU Jianlin， DONG Changle， et al. New reaming technology for high position and large diameter directional drilling in roof［J］. Coal Science and Technology， 2018，46（4）：40-45. [百度学术]
张杰，蒋尔玺，姚宁平.九里山矿井下定向钻孔卡钻事故处理与实践［J］.煤矿安全，2012，11（6），125-127. [百度学术]
ZHANG Jie， JIANG Erxi， YAO Ningping. Treatment and practice of sticking accident of directional drilling in Jiulishan Mine［J］. Safety in Coal Mines， 2012，11（6），125-127. [百度学术]
王建强，张杰.煤矿井下定向深孔大孔径套铣打捞技术及工艺参数［J］.煤炭科学技术，2019，47（8），189-193. [百度学术]
WANG Jianqiang， ZHANG Jie. Large aperture milling and salvage technology and technic parameters of directional deep‑hole in underground coal mine［J］. Coal Science and Technology， 2019，47（8），189-193. [百度学术]
牟培英.套铣打捞钻杆的研究及应用［J］.煤矿机械，2016，37（10）：88-91. [百度学术]
MOU Peiying. Research and application on sleeve fishing rod for directional drilling［J］. Coal Mine Machinery， 2016，37（10）：88-91. [百度学术]
