潛孔錘反循環(huán)鉆探工藝在復(fù)雜地形中的運(yùn)用

■賈文忠（河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)河北唐山063000）

潛孔錘反循環(huán)鉆探工藝在復(fù)雜地形中的運(yùn)用

■賈文忠
（河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)河北唐山063000）

潛孔錘反循環(huán)鉆探的技術(shù)關(guān)鍵是如何能夠形成穩(wěn)定的反循環(huán)。在開鉆前的準(zhǔn)備階段，剛開孔鉆進(jìn)以及加接鉆桿后開鉆時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)風(fēng)量和鉆進(jìn)參數(shù)，以保證反循環(huán)的形成。當(dāng)反循環(huán)穩(wěn)定形成后方可正常鉆進(jìn)，這樣才能獲得較高的巖心樣采取率。不同地形情況下，其鉆探的工藝措施也存在一定的區(qū)別，文章基于此，分析潛孔錘反循環(huán)鉆探工藝在復(fù)雜地形中的運(yùn)用。

潛孔錘反循環(huán)鉆探工藝復(fù)雜地形

1　反循環(huán)的形成機(jī)理

為了能更有效的形成反循環(huán)，保證反循環(huán)鉆進(jìn)的順利進(jìn)行，創(chuàng)新研發(fā)了多噴嘴引射器式反循環(huán)鉆頭，這種鉆頭的結(jié)構(gòu)原理能夠使貫通式潛孔錘反循環(huán)取心鉆進(jìn)系統(tǒng)形成穩(wěn)定、可靠的反循環(huán)，在工程實(shí)踐應(yīng)用中效果顯著。但在極其復(fù)雜的地層條件下，也曾出現(xiàn)反循環(huán)形成不徹底、中心通道發(fā)生卡堵等問題，使反循環(huán)效果受到影響，甚至導(dǎo)致卡鉆埋鉆等孔內(nèi)事故。為形成穩(wěn)定、可靠的反循環(huán)系統(tǒng)，總結(jié)多年來(lái)潛孔錘反循環(huán)工程實(shí)踐及多年不斷的實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)系統(tǒng)分析和研究提出以下技術(shù)措施：

雙壁鉆桿內(nèi)管聯(lián)結(jié)處不應(yīng)存在臺(tái)階，即使為小臺(tái)階，也會(huì)導(dǎo)致氣流流通不暢，臺(tái)階處產(chǎn)生渦流，而影響反循環(huán)的效果，甚至發(fā)生卡堵。雙壁鉆桿和雙通道氣水龍頭的中心通道必須保證內(nèi)平式結(jié)構(gòu)，雙壁鉆桿內(nèi)管采用插接式的連接方式，連接處及通道內(nèi)部通暢平滑，無(wú)臺(tái)階和大凹槽，鉆取出的巖心、巖屑、巖粉的孔內(nèi)多相流體在中心通道內(nèi)流動(dòng)順暢無(wú)阻，不發(fā)生巖心屑的卡堵而導(dǎo)致反循環(huán)的失效。專門研發(fā)的雙通道氣水龍頭的內(nèi)部流道也應(yīng)平順無(wú)臺(tái)階，并且有較長(zhǎng)使用壽命，在巖心屑的高速?zèng)_刷下不易沖蝕磨穿，也不易產(chǎn)生巖心屑的堵塞。

鉆進(jìn)時(shí)效合理控制，不應(yīng)盲目追求過(guò)高的鉆進(jìn)效率。過(guò)高的鉆速會(huì)導(dǎo)致中心通道內(nèi)巖心巖屑的濃度過(guò)大，造成反循環(huán)流體在中心通道流動(dòng)不暢，阻力增大，使得反循環(huán)中心通道內(nèi)的阻力大于外環(huán)狀間隙的正循環(huán)阻力，使反循環(huán)失效。

鉆進(jìn)中有卡堵現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，或極復(fù)雜地層條件下，可以選用防卡堵型反循環(huán)鉆頭，該鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在鉆頭底部?jī)?nèi)通孔一側(cè)設(shè)有凸臺(tái)，凸臺(tái)上嵌鑲球齒合金，阻止大直徑或大塊度巖心的進(jìn)入，可有效避免或減少巖心堵塞引起的反循環(huán)失效。

繼續(xù)不斷創(chuàng)新新型結(jié)構(gòu)的反循環(huán)鉆頭，不間斷進(jìn)行反循環(huán)鉆頭的理論研究、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與測(cè)試研究，以適應(yīng)各種復(fù)雜、極復(fù)雜地層條件、不同直徑（包括26”以上大直徑鉆頭）的鉆孔需求，豐富潛孔錘反循環(huán)鉆孔工藝方法，不斷提高潛孔錘反循環(huán)鉆探的工程效果。

2　復(fù)雜地層鉆探工藝措施

2.1潮濕地層鉆進(jìn)

由于地層潮濕使得巖屑巖粉在地層水作用下形成泥領(lǐng)，將中心循環(huán)通道堵塞，使孔內(nèi)鉆取的巖渣、屑無(wú)法及時(shí)排至地表，造成風(fēng)壓急劇升高，潛孔錘停止工作。潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)潮濕地層也會(huì)發(fā)生內(nèi)通道堵塞問題。堵塞的時(shí)候通常會(huì)發(fā)現(xiàn)排出的流體介質(zhì)量逐漸減少，巖粉巖屑變?yōu)轭w粒狀，最終不排渣，并伴有風(fēng)壓升高，潛孔錘停止工作。造成堵塞的本質(zhì)是潮濕地層鉆出的巖粉屑具有粘結(jié)性，當(dāng)隨著流體介質(zhì)沿著中心通道向上運(yùn)移的時(shí)候，與孔壁碰撞粘結(jié)，并越粘越厚，最終堵死。堵死的位置常發(fā)生在潛孔錘貫通孔或底部的第一、第二根鉆桿處，另外地面排渣管處因管徑大，流速低，固體顆粒易沉降，也會(huì)發(fā)生堵塞。解決潮濕地層堵塞問題的技術(shù)措施：

（1）判斷已鉆到潮濕地層。當(dāng)發(fā)現(xiàn)排出通道排出的巖粉巖屑比較少，用手抓可成團(tuán)狀，證明已鉆至潮濕地層。此時(shí)應(yīng)連續(xù)鉆進(jìn)、大參數(shù)快速鉆進(jìn)，不停鉆快速穿過(guò)該地層，停留時(shí)間長(zhǎng)則易發(fā)生堵塞事故。（2）堵塞現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，可先嘗試采用連續(xù)強(qiáng)吹孔作業(yè)，鉆具提離孔底并無(wú)需回轉(zhuǎn)，通過(guò)氣體介質(zhì)體積流量增大，風(fēng)速增高，吹開堵塞部分。另外鉆具內(nèi)通道在高速高溫的熱氣流作用下，粘結(jié)在內(nèi)壁上的泥領(lǐng)會(huì)逐漸失去水分，粘結(jié)性降低，經(jīng)一段時(shí)間后形成小巖粉球排出地表。（3）嘗試直接向孔內(nèi)注水，稀釋粘結(jié)的泥領(lǐng)，解除堵塞。（4）內(nèi)注入泡沫劑，形成霧化鉆進(jìn)或泡沫鉆進(jìn)?？刂坪米⑷肓?，一般不會(huì)影響潛孔錘的工作性能，也能對(duì)解除堵塞起到很好的作用。

2.2嚴(yán)重破碎、漏失地層鉆進(jìn)

在極破碎、大裂縫、多溶洞、極松散等地層，由于空隙或空洞致使地層嚴(yán)重漏失，由鉆頭底部排出的氣體會(huì)進(jìn)入到空隙或洞室中而不會(huì)全部進(jìn)入到鉆具中心通道，使反循環(huán)不徹底甚至中斷。此類地層，最好選用內(nèi)噴射孔防漏型反循環(huán)鉆頭，這種鉆頭只留有少量底噴孔，潛孔錘工作后排出的大部分（3/4以上）廢氣直接經(jīng)內(nèi)噴射孔斜向上噴入反循環(huán)中心通道，并對(duì)孔底構(gòu)成抽吸形成反循環(huán)排渣屑。

由于破碎地層孔壁掉塊、卡堵時(shí)有發(fā)生，所以應(yīng)選用防堵型反循環(huán)鉆頭，防止鉆頭內(nèi)孔通道堵塞造成反循環(huán)失效。與此同時(shí)。在鉆進(jìn)參數(shù)上應(yīng)當(dāng)減小供風(fēng)量，降低沖擊功和沖擊頻率，以減輕對(duì)地層的擾動(dòng)。

盡可能選用外平式鉆具結(jié)構(gòu)，避免變徑，即使孔壁坍塌掉塊也不容易發(fā)生埋鉆事故，保證鉆進(jìn)能夠正常進(jìn)行。嚴(yán)重破碎地層通常也是嚴(yán)重漏失地層，所以選擇防漏型兼防堵型反循環(huán)鉆頭是可行的。

2.3鉆進(jìn)遇阻、卡鉆及埋鉆的處理和預(yù)防措施

極破碎的地層通常都有探頭石，如果是孔壁探頭石引起的埋鉆事故，預(yù)防要比處理更為重要，防患于未然，應(yīng)盡量避免事故的發(fā)生。鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)感覺有卡堵跡象時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行強(qiáng)吹孔排除卡堵，或換用正反接頭實(shí)施正循環(huán)吹孔，使得沉積的巖屑巖粉、探頭石等能夠及時(shí)解卡，防止造成卡鉆和埋鉆。當(dāng)鉆進(jìn)遇阻，可嘗試提拉并回轉(zhuǎn)鉆具，利用潛孔錘上接頭上的合金刃齒切削和掃除卡堵物。為防止卡埋鉆事故，應(yīng)采取以下預(yù)防措施：

（1）鉆進(jìn)一段時(shí)間應(yīng)將鉆具提離孔底，實(shí)施強(qiáng)吹孔工藝，將孔底粘附在孔壁上的巖粉抽吸進(jìn)入中心通道，減少巖粉在外環(huán)間隙堆積而發(fā)生卡鉆。（2）接正反接頭，把反循環(huán)切換成正循環(huán)，強(qiáng)力吹刷孔壁粘附的巖粉并排到地面。（3）在潛孔錘上接頭處焊接合金刃齒，通過(guò)回轉(zhuǎn)提拉鉆具實(shí)施掃孔鉆進(jìn)，把孔壁粘接的巖粉切削下來(lái)，防止產(chǎn)生縮頸，并將切削下的巖粉正循環(huán)排至地面。（4）鉆具的選擇上盡量使用外平式結(jié)構(gòu)的雙壁鉆桿，可以避免變徑處巖屑巖粉堆積或孔壁掉塊、探頭石引起的卡鉆。

一旦發(fā)生卡、埋鉆事故，無(wú)法回轉(zhuǎn)和上下提拉鉆具時(shí)，可缷開地面鉆桿，由心管內(nèi)孔向孔內(nèi)注水和泡沫，潤(rùn)滑鉆具、稀釋泥皮并軟化沉積的巖粉，強(qiáng)力給風(fēng)形成循環(huán)，回轉(zhuǎn)并提拉鉆具，逐漸排除孔壁的巖粉屑，為提拉鉆具和解卡創(chuàng)造條件。

[1]劉成林,范柏江,葛巖,等.中國(guó)非常規(guī)天然氣資源前景[J].油氣地質(zhì)與采收率,2009 (5).

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-200-1

賈文忠（1966～），男，本科，研究方向?yàn)閹r心鉆探。