繩索取芯在頂漏鉆進施工中的實踐與認識

楊丕祥，童 強,吳 博

（貴州地礦局117地質大隊，貴州貴陽550008）

繩索取芯在頂漏鉆進施工中的實踐與認識

楊丕祥*，童 強,吳 博

（貴州地礦局117地質大隊，貴州貴陽550008）

介紹了繩索取芯鉆進工藝在漏失地層中選用頂漏鉆進方法，提出了頂漏鉆進施工的難點、現場施工的解決方法，以及通過現場施工的實例來驗證安裝節流閥是可以同時能解決內管投送和減少燒鉆事故的發生。

繩索取芯；漏失地層；頂漏鉆進；節流閥

貴州大部分地區屬于喀斯特地貌，溶洞裂隙發育，鉆孔漏失現象頻發，經常出現一孔多漏、連續性漏失的情況，造成堵漏效果不理想，并且耗費時間，影響生產效率，故我隊施工的大部分漏水孔都采用繩索取芯工藝頂漏鉆進。

1 頂漏鉆進的難題

1.1 易發生燒鉆事故

頂漏鉆進中，鉆柱內泥漿液面與孔內液面有一個衡定壓差，壓差較低，鉆柱內的泥漿一般處于不滿管狀態，通過鉆頭的泥漿流量不均勻，易發生燒鉆事故。

圖1 鉆孔漏失示意圖

如圖1所示，當泵入泥漿流量體積Q1時，由于泥漿通過內管與外管間的過流面積較小，漏失流量體積Q2開始較小。經過一定的時間后，當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，鉆桿內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要求。一旦地層破碎、變軟甚至線速度變大了，這個平衡就會立刻被破壞，而建立的新平衡需要一定時間，這樣就易造成泥包、砂包鉆頭，發生燒鉆事故。

1.2 內管投放

在繩索取芯鉆進中，投放內管是必不可少的工序。由于孔內水位低，特別是剛遇到漏失地層時，孔內甚至無水位，投放內管就無法進行。用打撈器將內管送到位后，也不能投放脫卡器，打撈器也無法脫卡（目前國產的打撈器基本上沒有自動脫卡裝置，只能用脫卡器脫卡）。

1.3 孔內潤滑減阻

如圖1所示，頂漏鉆進中，漏失層上部的鉆桿無泥漿潤滑，與孔壁處于干摩擦狀態。這樣不僅影響孔壁的穩定性，而且鉆進中的負荷也會變大，鉆柱承受的扭矩也會變大，鉆桿的磨損消耗也會變大，這些因素時刻都可能導致鉆桿脫扣事故的發生。

1.4 孔內護壁

頂漏鉆進中，孔壁在地應力的作用下處于失穩狀態，而鉆柱在孔內轉動，時刻與孔壁干摩擦，嚴重地破壞了孔壁的穩定性，易發生因孔壁坍塌、掉塊而引發的卡鉆事故。

2 施工現場的處理

繩索取芯鉆進工藝在頂漏鉆鉆進中，如何解決上述難題，要根據施工現場的具體情況而定，是一個從實踐到理論、理論到實踐的過程。

2.1 安裝節流閥

這種方法是通過在內管總成上安裝節流閥來減小泥漿的過流截面積，從而提高鉆柱內的泥漿液面高度、鉆進施工工作的泥漿壓力和增大通過鉆頭的泥漿流速。用這種方法同時能解決內管投送和減少燒鉆事故的發生。

2.1.1 采用節流閥的原理

根據伯努利方程式：

式中：Q——體積流量；

A——泥漿過流截面積；

α——流量系數；

ε——可膨脹系數；

P1-P2——壓差；

ρ——密度。

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

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

根據流量與流速的公式：

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，這樣就增大了通過鉆頭的泥漿流速，增強了泥漿的冷卻能力，減少燒鉆事故的發生。

2.1.2 安裝節流閥的方法

在內管總成懸掛架內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流面積。

圖2 自制節流閥

圖3 節流閥安裝位置

2.2 注入潤滑減阻材料

通過在鉆柱與孔壁間注入潤滑減阻材料，減低鉆桿與孔壁的摩擦、鉆機的負荷和鉆桿的扭矩，減少孔內事故的發生。

根據鉆孔地層情況、扭矩的大小來選用以下2個材料。

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滑脂

適用于地層較破碎，孔深較深的鉆孔。

2.3 鉆孔護壁

在頂漏鉆進中，漏失層上的孔壁沒有泥漿護壁，孔壁處于欠平衡狀態，不穩定，根據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、裂隙中封水泥無效和遇到溶洞。

3 鉆進參數的選擇

在漏失地層頂漏鉆進時，鉆進參數應偏小，并在一定的地層中鉆進時，保持穩定的線速度，不要隨意改變鉆進參數。通常鉆孔使用的鉆進參數見表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，泥漿配方見表2。

性能指標：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，現從事地質鉆探工作。