深井满眼钻进工艺的实践

李耀珠

摘要：满眼钻进的基本原理是根据钻进是需要的钻压，在下部钻具的适当位置，加焊或安装几个直径较大的、刚性强的、与井孔只有很小间隙的扶正器，从而使下部钻杆即使在较大的钻压下，因为有扶正器支撑井壁，使钻杆保持不弯曲，减小或消除钻头的斜向力，达到钻进速度快、钻孔直的目的。根据这一原理和地质条件，我们在实践中采用的基本参数见表1。

关键词：满眼钻进,钻铤,钻头,泥浆

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号

Abstract: The basic principle of drilling eyeful is according to the drilling is need drilling pressure, the lower the drilling tools in proper place, add welding or install several larger diameter, strong rigidity, and only a small gap between the borehole lifter, so that the lower pipe even in large drill press, because there are lifter wall support, make the drill pipe keep not bend, reduce or eliminate the bit of the inclined to force to drilling speed, the purpose of the drilling straight. According to this principle and geological conditions, there is in practice the basic parameters of the see table 1.

Key Words: eyeful drilling, drilling collar, drill, mud

钻进质量

满眼钻进工艺只要使用得当，对钻孔的质量是可以得到保证的。特别是和传统的水井钻进工艺相比较，其可靠程度更高。这一工艺对井身质量的保证是通过刚性较的大的钻柱居中来实现的，而增加钻柱的刚性是在钻柱上加焊或安装扶正器获得的。

1.1扶正器的形式、尺寸及数量

采用Φ127钻铤加装三道（或四道）扶正器，其形式见图1，扶正器的尺寸均为50×800mm，由扁钢表面铺焊钨钢粉制成，每四块扁钢对焊在钻铤上组成一道扶正器，其外径比钻铤小2mm。

图1

1.2扶正器位置的确定

扶正器安装位置是否正确对保证钻孔质量是很关键的，安装位置合适防斜作用显著，否则就不明显。其安装位置与钻具结构及所选用钻压有一定的关系。确定方法如下：

首先确定上扶正器的位置：

式中hc—上扶正器与钻头的距离（m）

I—钻铤横断面惯性矩（cm4）

式中D—钻铤外径（cm）

d—钻铤内径（cm）

P—钻压（t）

由（1）式可以看出，每一钻压应必有一扶正器安装位置，所以确定扶正器安装位置，必须首先根据钻进工艺的需要和机具设备状况，合理选择钻压，该钻压即要保证快速钻进，又要使钻头有最小的增斜力。使钻具在小于一次弯曲和大于二次弯曲的临界压力下钻进最为有利但由于一次临界压力太小，不利于快速钻进，通常多采用二次临界压力的钻压工作。临界压力由下式确定：

P1=2.04mq (3)

式中P1—钻铤一次弯曲临界压力（t）

2.04—无因次单位数

m—无因次单位长度（m）

式中E—钢的弹性系数2.1×106

I—钻铤横断面惯性矩（cm4）

q—单位长度钻铤在泥浆中的重量（kg/m）

P2=4.05mq (5)

符号同上

使用Φ127钻铤总重为6t。根据（3）、（5）式计算得该钻铤的P1=1.7t，P2=3.4t，为了快速钻进，选用钻压为5t，据此按公式（1）计算得hc=19.65m，取20m为上扶正器位置。

hm＜hc／2 (6)

hm——下扶正器距钻头的距离（m）

一般取hc／2稍小一些的数作为hm值，根据hc／2 =9.8m，取7.5m作为下扶正器位置。

由以上计算可知：用Φ127钻铤合理加压范围为：

<1.7t >3.4t

禁压范围为1.7—3.4t。四道扶正器位置分别为：40m、20m、7.5m、0.5m。

1.3使用效果和体会

最终测斜结果见表2：

表2测 斜 结 果

由以上测量结果看出

采用满眼钻进工艺防斜效果好，井斜度小，方位变化少

井斜度随井的深度而增加原因是扶正器在钻进中磨损

1.4防斜注意事项

1.4.1扶正器安装位置要适当；

1.4.2扶正器与井壁间隙要始终保持在10mm以内；

1.4.3满眼钻进工艺的防斜是利用扶正器增加钻杆柱的刚性来完成的，所以井孔开孔时一定要保证特别直；

1.4.4为操作统一，加壓合理，必须加装灵敏可靠的指重表；

1.4.5钻进过程中要定时测斜；

1.4.6因采用扶正器而使钻具复杂化，所以要特别注意安全；

2、钻进速度

采用满眼钻进工艺，质量有了保障，钻进速度势必加快，所以尽力采取强化钻进措施，满足工艺要求，实现快速钻进。

2.1钻压、转速的配合与使用

大钻压是提高钻速的有效措施之一，以往所用钻压单靠钻杆自重来实现，考虑防止井斜又不敢全压，钻进速度得不到提升。满眼钻进工艺的应用彻底解决了这一问题，它是利用钻铤的重量在钻具下部实施加压，只要根据加压量和钻具情况加装适宜的扶正器，即可解决孔斜问题，大大提高了钻速。

另外，转速的提高对钻速的影响也很大。在第三纪地层中转速由88转／分钟提高到170转／分，在其他条件相同的情况下，钻速也成倍增加。但转速不是越快越好，转速快慢必须根据不同条件（如井深、地层岩性、钻头形式等）合理选择，才能达到最好效果。

2.2泵压、泵量与水功率的利用

水功率的利用是提高钻速的又一有效措施，水功率的实现方法有二：一是尽量加大泵量；而是、二是在满足冲洗液排量的基础上适当减小钻头水眼的截面积，增大冲洗液的喷射速度，提高泥浆泵的压力。以使用600／60泥浆泵为例，通过实验得知钻头水眼直径与泵压关系如下：

水眼直径泵压

Φ14.5mm约为7kg／cm

Φ12.8mm约为40kg／cm

Φ12.0mm约为50kg／cm

Φ10.0mm约为60kg／cm

考虑管线压力损失，选择Φ13mm的水嘴，其喷射速度为24.4m／s，泵压约为30—40kg／cm。虽然冲洗液的喷射速度并不太高，但是对较软地层仍有一定的破坏力，起到辅助钻头破岩的作用，对较硬的岩层能起到比低压冲洗液更有效的清除井底岩屑，减少重复破碎，从而无论是软还是硬的底层钻速都有提高。

提高水功率要特别注意喷射角度，直径较大的钻头，喷嘴中心线与井底交点，应在井孔半径1／2处，直径较小钻头可放到井孔半径2／3处。

2.3钻头

影響钻速的关键因素是钻头，选择使用适宜，将会大大提高钻进效率，实践中选择了两种钻头：

2.3.1双切削角双刃角的三刮刀钻头，主要使用在第四系和第三系地层，自制钻头最高进尺231.88m，外购钻头最高进尺364.12m，自制钻头主要问题是，硬质合金为手工镶焊质量差，遇硬岩层合金脱落较多，有待进一步提高合金镶焊质量。

2.3.2球齿牙轮钻头，这种钻头在水文凿井中常遇到的硬脆石灰岩中钻进是比较适宜的，其钻速快、动力省、扭矩小、安全、低成本，减少提下钻次数，辅助时间大大减少，综合效率有很大提高，在基岩中钻进钻头最高寿命达65.81m，最高时速1.4m／h，平均0.81 m／h，最高班进尺9.08m.

3 泥浆的使用与体会

3.1泥浆的使用

实践过程中使用钙化泥浆作为冲洗液，其性能和使用情况如下：

原浆性能：比重1.24；粘度27s；PH=7；切力35—47。

处理后性能：比重1.13；粘度21.5s；PH=9；切力0。

处理剂：石灰水0.2%、铁铬盐0.1%、火碱0.1%。

第四系松散地层针对可能坍塌孔段，泥浆采用粘土粉加纯碱进行处理，保证适当的比重，快速通过。当进入第三系造浆性能强的泥岩井段，则采用钙化处理，抑制泥浆水化，用药剂或清水控制泥浆性能，减小粘度和切力，保证快速钻进。当钻孔较深，钻机负荷大时，在泥浆措施上采取适当提高泥浆粘度和切力，增大其悬浮岩屑的能力，添加0.1%火碱，将粘度由21.5s提高到32s，切力由0提高到20，有效地预防了事故。

3.2几点体会

3.2.1钻井工程，特别是深井钻井，选用和配置优质泥浆，对钻井效率、钻井安全、减轻设备负荷都有非常重要的作用。

3.2.2钻进过程中，必须根据不同地层岩性的变化，及时调节泥浆性能，经常检测泥浆性能参数，注意井下情况，保证钻进正常、快速进行。

参考文献：

1、《供水管井设计与施工》——中国建筑工业出版社

2、《优质快速钻井》——石油化学工业出版社

3、《钻井测试手册》——石油化学工业出版社

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。