潛孔錘反循環鉆探工藝在復雜地形中的運用

■賈文忠（河北省地礦局第二地質大隊河北唐山063000）

潛孔錘反循環鉆探工藝在復雜地形中的運用

■賈文忠
（河北省地礦局第二地質大隊河北唐山063000）

潛孔錘反循環鉆探的技術關鍵是如何能夠形成穩定的反循環。在開鉆前的準備階段，剛開孔鉆進以及加接鉆桿后開鉆時應調節風量和鉆進參數，以保證反循環的形成。當反循環穩定形成后方可正常鉆進，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別，文章基于此，分析潛孔錘反循環鉆探工藝在復雜地形中的運用。

潛孔錘反循環鉆探工藝復雜地形

1　反循環的形成機理

為了能更有效的形成反循環，保證反循環鉆進的順利進行，創新研發了多噴嘴引射器式反循環鉆頭，這種鉆頭的結構原理能夠使貫通式潛孔錘反循環取心鉆進系統形成穩定、可靠的反循環，在工程實踐應用中效果顯著。但在極其復雜的地層條件下，也曾出現反循環形成不徹底、中心通道發生卡堵等問題，使反循環效果受到影響，甚至導致卡鉆埋鉆等孔內事故。為形成穩定、可靠的反循環系統，總結多年來潛孔錘反循環工程實踐及多年不斷的實驗研究，經系統分析和研究提出以下技術措施：

雙壁鉆桿內管聯結處不應存在臺階，即使為小臺階，也會導致氣流流通不暢，臺階處產生渦流，而影響反循環的效果，甚至發生卡堵。雙壁鉆桿和雙通道氣水龍頭的中心通道必須保證內平式結構，雙壁鉆桿內管采用插接式的連接方式，連接處及通道內部通暢平滑，無臺階和大凹槽，鉆取出的巖心、巖屑、巖粉的孔內多相流體在中心通道內流動順暢無阻，不發生巖心屑的卡堵而導致反循環的失效。專門研發的雙通道氣水龍頭的內部流道也應平順無臺階，并且有較長使用壽命，在巖心屑的高速沖刷下不易沖蝕磨穿，也不易產生巖心屑的堵塞。

鉆進時效合理控制，不應盲目追求過高的鉆進效率。過高的鉆速會導致中心通道內巖心巖屑的濃度過大，造成反循環流體在中心通道流動不暢，阻力增大，使得反循環中心通道內的阻力大于外環狀間隙的正循環阻力，使反循環失效。

鉆進中有卡堵現象發生時，或極復雜地層條件下，可以選用防卡堵型反循環鉆頭，該鉆頭結構特點是在鉆頭底部內通孔一側設有凸臺，凸臺上嵌鑲球齒合金，阻止大直徑或大塊度巖心的進入，可有效避免或減少巖心堵塞引起的反循環失效。

繼續不斷創新新型結構的反循環鉆頭，不間斷進行反循環鉆頭的理論研究、室內實驗與測試研究，以適應各種復雜、極復雜地層條件、不同直徑（包括26”以上大直徑鉆頭）的鉆孔需求，豐富潛孔錘反循環鉆孔工藝方法，不斷提高潛孔錘反循環鉆探的工程效果。

2　復雜地層鉆探工藝措施

2.1潮濕地層鉆進

由于地層潮濕使得巖屑巖粉在地層水作用下形成泥領，將中心循環通道堵塞，使孔內鉆取的巖渣、屑無法及時排至地表，造成風壓急劇升高，潛孔錘停止工作。潛孔錘反循環鉆進潮濕地層也會發生內通道堵塞問題。堵塞的時候通常會發現排出的流體介質量逐漸減少，巖粉巖屑變為顆粒狀，最終不排渣，并伴有風壓升高，潛孔錘停止工作。造成堵塞的本質是潮濕地層鉆出的巖粉屑具有粘結性，當隨著流體介質沿著中心通道向上運移的時候，與孔壁碰撞粘結，并越粘越厚，最終堵死。堵死的位置常發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，也會發生堵塞。解決潮濕地層堵塞問題的技術措施：

（1）判斷已鉆到潮濕地層。當發現排出通道排出的巖粉巖屑比較少，用手抓可成團狀，證明已鉆至潮濕地層。此時應連續鉆進、大參數快速鉆進，不停鉆快速穿過該地層，停留時間長則易發生堵塞事故。（2）堵塞現象發生時，可先嘗試采用連續強吹孔作業，鉆具提離孔底并無需回轉，通過氣體介質體積流量增大，風速增高，吹開堵塞部分。另外鉆具內通道在高速高溫的熱氣流作用下，粘結在內壁上的泥領會逐漸失去水分，粘結性降低，經一段時間后形成小巖粉球排出地表。（3）嘗試直接向孔內注水，稀釋粘結的泥領，解除堵塞。（4）內注入泡沫劑，形成霧化鉆進或泡沫鉆進?？刂坪米⑷肓浚话悴粫绊憹摽族N的工作性能，也能對解除堵塞起到很好的作用。

2.2嚴重破碎、漏失地層鉆進

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重漏失，由鉆頭底部排出的氣體會進入到空隙或洞室中而不會全部進入到鉆具中心通道，使反循環不徹底甚至中斷。此類地層，最好選用內噴射孔防漏型反循環鉆頭，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）廢氣直接經內噴射孔斜向上噴入反循環中心通道，并對孔底構成抽吸形成反循環排渣屑。

由于破碎地層孔壁掉塊、卡堵時有發生，所以應選用防堵型反循環鉆頭，防止鉆頭內孔通道堵塞造成反循環失效。與此同時。在鉆進參數上應當減小供風量，降低沖擊功和沖擊頻率，以減輕對地層的擾動。

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

2.3鉆進遇阻、卡鉆及埋鉆的處理和預防措施

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，預防要比處理更為重要，防患于未然，應盡量避免事故的發生。鉆進過程中，當感覺有卡堵跡象時，應當及時進行強吹孔排除卡堵，或換用正反接頭實施正循環吹孔，使得沉積的巖屑巖粉、探頭石等能夠及時解卡，防止造成卡鉆和埋鉆。當鉆進遇阻，可嘗試提拉并回轉鉆具，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，應采取以下預防措施：

（1）鉆進一段時間應將鉆具提離孔底，實施強吹孔工藝，將孔底粘附在孔壁上的巖粉抽吸進入中心通道，減少巖粉在外環間隙堆積而發生卡鉆。（2）接正反接頭，把反循環切換成正循環，強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，通過回轉提拉鉆具實施掃孔鉆進，把孔壁粘接的巖粉切削下來，防止產生縮頸，并將切削下的巖粉正循環排至地面。（4）鉆具的選擇上盡量使用外平式結構的雙壁鉆桿，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。

一旦發生卡、埋鉆事故，無法回轉和上下提拉鉆具時，可缷開地面鉆桿，由心管內孔向孔內注水和泡沫，潤滑鉆具、稀釋泥皮并軟化沉積的巖粉，強力給風形成循環，回轉并提拉鉆具，逐漸排除孔壁的巖粉屑，為提拉鉆具和解卡創造條件。

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

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-200-1

賈文忠（1966～），男，本科，研究方向為巖心鉆探。