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【摘要】本文概述了复杂地质条件下金刚石钻进时遇到的几个问题,提出了解决问题的几种方法及应采取的措施。
【关键词】复杂地质条件;金刚石钻进;方法对策
Analysis of countermeasures for diamond drilling problems under complicated geological conditions
Li Dong-po
(Liaoning Province Metallurgical and Geological Exploration Bureau Northeast Geotechnical Engineering Investigation General Cooperation AnshanLiaoning114002)
【Abstract】This article summarized complicated geological conditions of diamond drilling encountered several issues raised are several ways to solve the problem and the measures to be taken.
【Key words】Complicated geological conditions; Diamond drilling; Methods and countermeasures
勘探施工过程中经常会遇到松散破碎、胶结差或吸水膨胀的水敏地层,这种地层钻孔易塌、易漏、易斜,易出现泵压升高,排粉难,孔壁失稳和钻杆折断等现象,随着金刚石钻进技术的发展,这些复杂地质条件下这种技术在钻进工作中也得到了广泛的应用。所以,如何在这些复杂地质条件下钻进,既保证质量,又安全可靠,同时又提高经济效益是一个亟待解决的问题,笔者认为以下方法可以借鉴。
1. 采用多级口径和多种钻进方法
根据岩层的复杂程度和孔深情况,正确选择钻孔结构,一般情况上部适当增大钻孔直径到91mm或110mm钻进,然后下入必要的技术套管,换成75mm或60mm钻具通过复杂层,直至终孔。这种多径成孔的结构,既可发挥上部地层用金刚石钻进的优越性,又可避免用单一口径钻进难以达到地质要求和设计孔深等问题。
2. 采用超低固相泥浆钻进
在复杂地层钻进时,一般使用无固相或低固相钻井液。无固相钻井液虽然有许多优点,但通过几年来的实践,也暴露一些问题,如岩粉吸附严重,净化不及时就会变成岩粉浆;另外失水大,对水敏性地层护壁不利。低固相泥浆性能比较稳定,容易控制。但净化措施跟不上,容易在钻杆内壁结垢,影响内管打捞,岩粉过多对钻头工作寿命也不利。2004年我们在辽宁黑石砬子铁矿区使用金刚石钻进时就是一个教训。开始使用PHP-KHM无固相钻井液,当遇到水敏性千枚岩后,接连几个钻孔都出现孔内岩粉多、钻杆折断等事故。后来换用PHP-KHM超低固相泥浆,配合正确选择钻头,加大环状间隙等措施,孔内事故大大减少,台月效率显著提高。表1是无固相和超低固相性能比较。
表1两种钻井液性能比较
从表1可以看出,以2%膨润土粉配置的超低固相泥浆,它具有无粘土钻井液的一些特点,又兼有低固相泥浆的优点,特别是失水量较小,对保护孔壁非常有利。另外,由于固相含量极低,不易在钻杆内壁结皮,一年的工作实践充分说明了这一点。
3. 减少抽吸和激动压力
金刚石钻进,由于条件的限制,钻具与孔壁的环状间隙比较小,所以起下钻具时就会产生抽吸和激动压力,对复杂地层钻进不利。因此,起下钻具时要慢提慢放,有效减少抽吸和激动压力,降低孔壁的人为破坏,取得预期效果。
4. 选择合理的钻进参数
金刚石在复杂地层中钻进,选择合理的钻进参数是非常重要的。一般复杂地层的岩石都比较软,为了有利于孔壁保护,钻进参数应比正常钻进时小一点,轴向压力控制在800～1000Kg,60㎜口径控制在500～700Kg。轴向压力小,可以减少钻具对孔壁的撞击点,低转速可以减少钻具对孔壁的撞击力。
5. 采用瞬凝水泥“干法”堵漏
在处理钻孔冲洗液漏失时,最常用的方法之一是用水泥堵漏。但一般用泵送方法灌水泥浆时,由于不可避免地受孔内冲洗液稀释的影响,使水泥浆水灰比增加,凝结时间延长,强度降低,使堵漏效果受到严重影响,有时甚至全部漏失,而导致堵漏失败。为了克服这些缺点,当前推广速凝干粉水泥堵漏。使用时将干水泥用工具送到孔内漏失段,然后开泵送水,将水泥挤出,并用相应的工具就地进行加工处理。
6. 防止钻孔的弯曲
在钻进中当遇到复盖层、软硬互层、裂隙、节理、片理或层理发育和溶洞层时,小口径钻进也会发生钻孔弯曲的现象。为了顺利通过这些地层,除了把好机械设备安装关、第四系层开口关、钻孔换径关、金刚石钻进关等常规防斜措施外,关键是要选择合理的钻具结构,保持钻具在运动状态下的稳定性。
采用满眼防斜钻具,其防斜原理是利用钻具的导直性产生的纠斜力来克服地层造斜力,使地层造斜力和满眼钻具纠斜力达到动态平衡,从而对钻孔弯曲率有一定抑制作用,在相同的弯曲孔道中,满眼钻具产生的纠斜反力愈大,其防斜保直效果越好。我们在辽宁北台铁矿区采用满眼钻具钻进,使钻孔弯曲率得到很好控制,孔斜满足了地质要求。
总之,在复杂地层钻进中施行综合治理,对于发挥金刚石钻进工艺的优越性,满足钻孔设计要求,提高钻探的经济效益,一定会收到很好的效果。
[文章编号]1006-7619(2009)11-24-1026
[作者简介]李东坡,男,汉族,高级工程师。
【关键词】复杂地质条件;金刚石钻进;方法对策
Analysis of countermeasures for diamond drilling problems under complicated geological conditions
Li Dong-po
(Liaoning Province Metallurgical and Geological Exploration Bureau Northeast Geotechnical Engineering Investigation General Cooperation AnshanLiaoning114002)
【Abstract】This article summarized complicated geological conditions of diamond drilling encountered several issues raised are several ways to solve the problem and the measures to be taken.
【Key words】Complicated geological conditions; Diamond drilling; Methods and countermeasures
勘探施工过程中经常会遇到松散破碎、胶结差或吸水膨胀的水敏地层,这种地层钻孔易塌、易漏、易斜,易出现泵压升高,排粉难,孔壁失稳和钻杆折断等现象,随着金刚石钻进技术的发展,这些复杂地质条件下这种技术在钻进工作中也得到了广泛的应用。所以,如何在这些复杂地质条件下钻进,既保证质量,又安全可靠,同时又提高经济效益是一个亟待解决的问题,笔者认为以下方法可以借鉴。
1. 采用多级口径和多种钻进方法
根据岩层的复杂程度和孔深情况,正确选择钻孔结构,一般情况上部适当增大钻孔直径到91mm或110mm钻进,然后下入必要的技术套管,换成75mm或60mm钻具通过复杂层,直至终孔。这种多径成孔的结构,既可发挥上部地层用金刚石钻进的优越性,又可避免用单一口径钻进难以达到地质要求和设计孔深等问题。
2. 采用超低固相泥浆钻进
在复杂地层钻进时,一般使用无固相或低固相钻井液。无固相钻井液虽然有许多优点,但通过几年来的实践,也暴露一些问题,如岩粉吸附严重,净化不及时就会变成岩粉浆;另外失水大,对水敏性地层护壁不利。低固相泥浆性能比较稳定,容易控制。但净化措施跟不上,容易在钻杆内壁结垢,影响内管打捞,岩粉过多对钻头工作寿命也不利。2004年我们在辽宁黑石砬子铁矿区使用金刚石钻进时就是一个教训。开始使用PHP-KHM无固相钻井液,当遇到水敏性千枚岩后,接连几个钻孔都出现孔内岩粉多、钻杆折断等事故。后来换用PHP-KHM超低固相泥浆,配合正确选择钻头,加大环状间隙等措施,孔内事故大大减少,台月效率显著提高。表1是无固相和超低固相性能比较。
表1两种钻井液性能比较
从表1可以看出,以2%膨润土粉配置的超低固相泥浆,它具有无粘土钻井液的一些特点,又兼有低固相泥浆的优点,特别是失水量较小,对保护孔壁非常有利。另外,由于固相含量极低,不易在钻杆内壁结皮,一年的工作实践充分说明了这一点。
3. 减少抽吸和激动压力
金刚石钻进,由于条件的限制,钻具与孔壁的环状间隙比较小,所以起下钻具时就会产生抽吸和激动压力,对复杂地层钻进不利。因此,起下钻具时要慢提慢放,有效减少抽吸和激动压力,降低孔壁的人为破坏,取得预期效果。
4. 选择合理的钻进参数
金刚石在复杂地层中钻进,选择合理的钻进参数是非常重要的。一般复杂地层的岩石都比较软,为了有利于孔壁保护,钻进参数应比正常钻进时小一点,轴向压力控制在800～1000Kg,60㎜口径控制在500～700Kg。轴向压力小,可以减少钻具对孔壁的撞击点,低转速可以减少钻具对孔壁的撞击力。
5. 采用瞬凝水泥“干法”堵漏
在处理钻孔冲洗液漏失时,最常用的方法之一是用水泥堵漏。但一般用泵送方法灌水泥浆时,由于不可避免地受孔内冲洗液稀释的影响,使水泥浆水灰比增加,凝结时间延长,强度降低,使堵漏效果受到严重影响,有时甚至全部漏失,而导致堵漏失败。为了克服这些缺点,当前推广速凝干粉水泥堵漏。使用时将干水泥用工具送到孔内漏失段,然后开泵送水,将水泥挤出,并用相应的工具就地进行加工处理。
6. 防止钻孔的弯曲
在钻进中当遇到复盖层、软硬互层、裂隙、节理、片理或层理发育和溶洞层时,小口径钻进也会发生钻孔弯曲的现象。为了顺利通过这些地层,除了把好机械设备安装关、第四系层开口关、钻孔换径关、金刚石钻进关等常规防斜措施外,关键是要选择合理的钻具结构,保持钻具在运动状态下的稳定性。
采用满眼防斜钻具,其防斜原理是利用钻具的导直性产生的纠斜力来克服地层造斜力,使地层造斜力和满眼钻具纠斜力达到动态平衡,从而对钻孔弯曲率有一定抑制作用,在相同的弯曲孔道中,满眼钻具产生的纠斜反力愈大,其防斜保直效果越好。我们在辽宁北台铁矿区采用满眼钻具钻进,使钻孔弯曲率得到很好控制,孔斜满足了地质要求。
总之,在复杂地层钻进中施行综合治理,对于发挥金刚石钻进工艺的优越性,满足钻孔设计要求,提高钻探的经济效益,一定会收到很好的效果。
[文章编号]1006-7619(2009)11-24-1026
[作者简介]李东坡,男,汉族,高级工程师。