繩索取芯在頂漏鉆進(jìn)施工中的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

楊丕祥，童 強(qiáng),吳 博

（貴州地礦局117地質(zhì)大隊(duì)，貴州貴陽(yáng)550008）

繩索取芯在頂漏鉆進(jìn)施工中的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

楊丕祥*，童 強(qiáng),吳 博

（貴州地礦局117地質(zhì)大隊(duì)，貴州貴陽(yáng)550008）

介紹了繩索取芯鉆進(jìn)工藝在漏失地層中選用頂漏鉆進(jìn)方法，提出了頂漏鉆進(jìn)施工的難點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工的解決方法，以及通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)例來(lái)驗(yàn)證安裝節(jié)流閥是可以同時(shí)能解決內(nèi)管投送和減少燒鉆事故的發(fā)生。

繩索取芯；漏失地層；頂漏鉆進(jìn)；節(jié)流閥

貴州大部分地區(qū)屬于喀斯特地貌，溶洞裂隙發(fā)育，鉆孔漏失現(xiàn)象頻發(fā)，經(jīng)常出現(xiàn)一孔多漏、連續(xù)性漏失的情況，造成堵漏效果不理想，并且耗費(fèi)時(shí)間，影響生產(chǎn)效率，故我隊(duì)施工的大部分漏水孔都采用繩索取芯工藝頂漏鉆進(jìn)。

1 頂漏鉆進(jìn)的難題

1.1 易發(fā)生燒鉆事故

頂漏鉆進(jìn)中，鉆柱內(nèi)泥漿液面與孔內(nèi)液面有一個(gè)衡定壓差，壓差較低，鉆柱內(nèi)的泥漿一般處于不滿管狀態(tài)，通過(guò)鉆頭的泥漿流量不均勻，易發(fā)生燒鉆事故。

圖1 鉆孔漏失示意圖

如圖1所示，當(dāng)泵入泥漿流量體積Q1時(shí)，由于泥漿通過(guò)內(nèi)管與外管間的過(guò)流面積較小，漏失流量體積Q2開(kāi)始較小。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，當(dāng)Q2=Q1，也就是泵入泥漿的流量體積與漏失的流量體積相等時(shí)，鉆桿內(nèi)外的液柱有著一定的平衡壓差P（P=P1-P2），這樣就建立了一個(gè)新的平衡。這種平衡基本上能滿足在同一種較完整地層、同一線速度中的鉆進(jìn)要求。一旦地層破碎、變軟甚至線速度變大了，這個(gè)平衡就會(huì)立刻被破壞，而建立的新平衡需要一定時(shí)間，這樣就易造成泥包、砂包鉆頭，發(fā)生燒鉆事故。

1.2 內(nèi)管投放

在繩索取芯鉆進(jìn)中，投放內(nèi)管是必不可少的工序。由于孔內(nèi)水位低，特別是剛遇到漏失地層時(shí)，孔內(nèi)甚至無(wú)水位，投放內(nèi)管就無(wú)法進(jìn)行。用打撈器將內(nèi)管送到位后，也不能投放脫卡器，打撈器也無(wú)法脫卡（目前國(guó)產(chǎn)的打撈器基本上沒(méi)有自動(dòng)脫卡裝置，只能用脫卡器脫卡）。

1.3 孔內(nèi)潤(rùn)滑減阻

如圖1所示，頂漏鉆進(jìn)中，漏失層上部的鉆桿無(wú)泥漿潤(rùn)滑，與孔壁處于干摩擦狀態(tài)。這樣不僅影響孔壁的穩(wěn)定性，而且鉆進(jìn)中的負(fù)荷也會(huì)變大，鉆柱承受的扭矩也會(huì)變大，鉆桿的磨損消耗也會(huì)變大，這些因素時(shí)刻都可能導(dǎo)致鉆桿脫扣事故的發(fā)生。

1.4 孔內(nèi)護(hù)壁

頂漏鉆進(jìn)中，孔壁在地應(yīng)力的作用下處于失穩(wěn)狀態(tài)，而鉆柱在孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)刻與孔壁干摩擦，嚴(yán)重地破壞了孔壁的穩(wěn)定性，易發(fā)生因孔壁坍塌、掉塊而引發(fā)的卡鉆事故。

2 施工現(xiàn)場(chǎng)的處理

繩索取芯鉆進(jìn)工藝在頂漏鉆鉆進(jìn)中，如何解決上述難題，要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況而定，是一個(gè)從實(shí)踐到理論、理論到實(shí)踐的過(guò)程。

2.1 安裝節(jié)流閥

這種方法是通過(guò)在內(nèi)管總成上安裝節(jié)流閥來(lái)減小泥漿的過(guò)流截面積，從而提高鉆柱內(nèi)的泥漿液面高度、鉆進(jìn)施工工作的泥漿壓力和增大通過(guò)鉆頭的泥漿流速。用這種方法同時(shí)能解決內(nèi)管投送和減少燒鉆事故的發(fā)生。

2.1.1 采用節(jié)流閥的原理

根據(jù)伯努利方程式：

式中：Q——體積流量；

A——泥漿過(guò)流截面積；

α——流量系數(shù)；

ε——可膨脹系數(shù)；

P1-P2——壓差；

ρ——密度。

從上方程式看出，Q不變，減小A，壓差就會(huì)增大，鉆柱內(nèi)的泥漿體積也會(huì)增加，鉆桿內(nèi)的泥漿高度就會(huì)變大。這樣就可以投入脫卡器給打撈器脫卡了。

投送內(nèi)管的操作方法：先用打撈器將安裝好節(jié)流閥的內(nèi)管送入孔底，到位后，注入泥漿幾分鐘；待鉆柱內(nèi)的泥漿液面提高一定高度時(shí)，再投入脫卡器進(jìn)行脫卡。在投入脫卡器的同時(shí)，繼續(xù)注入泥漿。

根據(jù)流量與流速的公式：

式中：Q——體積流量；

A——截面積；

υ——流速。

從上公式可以知：Q不變，A變小，υ就變大，這樣就增大了通過(guò)鉆頭的泥漿流速，增強(qiáng)了泥漿的冷卻能力，減少燒鉆事故的發(fā)生。

2.1.2 安裝節(jié)流閥的方法

在內(nèi)管總成懸掛架內(nèi)安裝一塊鉆有小孔的薄鐵片（如圖2、圖3所示），鐵片上小孔的面積就是泥漿的過(guò)流面積。

圖2 自制節(jié)流閥

圖3 節(jié)流閥安裝位置

2.2 注入潤(rùn)滑減阻材料

通過(guò)在鉆柱與孔壁間注入潤(rùn)滑減阻材料，減低鉆桿與孔壁的摩擦、鉆機(jī)的負(fù)荷和鉆桿的扭矩，減少孔內(nèi)事故的發(fā)生。

根據(jù)鉆孔地層情況、扭矩的大小來(lái)選用以下2個(gè)材料。

2.2.1 聚丙烯銑胺水溶液

適用于地層完整，孔深較淺的鉆孔。

2.2.2 涂抹二硫化鉬鋰基潤(rùn)滑脂

適用于地層較破碎，孔深較深的鉆孔。

2.3 鉆孔護(hù)壁

在頂漏鉆進(jìn)中，漏失層上的孔壁沒(méi)有泥漿護(hù)壁，孔壁處于欠平衡狀態(tài)，不穩(wěn)定，根據(jù)鉆孔地層情況選用以下2種方法：

（1）封水泥：破碎帶、裂隙；

（2）下套管：在破碎帶、裂隙中封水泥無(wú)效和遇到溶洞。

3 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇

在漏失地層頂漏鉆進(jìn)時(shí)，鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)偏小，并在一定的地層中鉆進(jìn)時(shí)，保持穩(wěn)定的線速度，不要隨意改變鉆進(jìn)參數(shù)。通常鉆孔使用的鉆進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表1。

4 泥漿的選用

一般較完整的地層主要采用聚丙烯酰胺低固相泥漿，泥漿配方見(jiàn)表2。

性能指標(biāo)：密度為1.03～1.05g/cm3；漏斗粘度為14～16；pH值為9～10。

P634.5

B

1004-5716(2015)09-0083-03

2015-02-09

2015-02-09

楊丕祥（1982-），男（侗族），貴州黎平人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)鉆探工作。