绳索取芯在顶漏钻进施工中的实践与认识

杨丕祥，童 强,吴 博

（贵州地矿局117地质大队，贵州贵阳550008）

绳索取芯在顶漏钻进施工中的实践与认识

杨丕祥*，童 强,吴 博

（贵州地矿局117地质大队，贵州贵阳550008）

介绍了绳索取芯钻进工艺在漏失地层中选用顶漏钻进方法，提出了顶漏钻进施工的难点、现场施工的解决方法，以及通过现场施工的实例来验证安装节流阀是可以同时能解决内管投送和减少烧钻事故的发生。

绳索取芯；漏失地层；顶漏钻进；节流阀

贵州大部分地区属于喀斯特地貌，溶洞裂隙发育，钻孔漏失现象频发，经常出现一孔多漏、连续性漏失的情况，造成堵漏效果不理想，并且耗费时间，影响生产效率，故我队施工的大部分漏水孔都采用绳索取芯工艺顶漏钻进。

1 顶漏钻进的难题

1.1 易发生烧钻事故

顶漏钻进中，钻柱内泥浆液面与孔内液面有一个衡定压差，压差较低，钻柱内的泥浆一般处于不满管状态，通过钻头的泥浆流量不均匀，易发生烧钻事故。

图1 钻孔漏失示意图

如图1所示，当泵入泥浆流量体积Q1时，由于泥浆通过内管与外管间的过流面积较小，漏失流量体积Q2开始较小。经过一定的时间后，当Q2=Q1，也就是泵入泥浆的流量体积与漏失的流量体积相等时，钻杆内外的液柱有着一定的平衡压差P（P=P1-P2），这样就建立了一个新的平衡。这种平衡基本上能满足在同一种较完整地层、同一线速度中的钻进要求。一旦地层破碎、变软甚至线速度变大了，这个平衡就会立刻被破坏，而建立的新平衡需要一定时间，这样就易造成泥包、砂包钻头，发生烧钻事故。

1.2 内管投放

在绳索取芯钻进中，投放内管是必不可少的工序。由于孔内水位低，特别是刚遇到漏失地层时，孔内甚至无水位，投放内管就无法进行。用打捞器将内管送到位后，也不能投放脱卡器，打捞器也无法脱卡（目前国产的打捞器基本上没有自动脱卡装置，只能用脱卡器脱卡）。

1.3 孔内润滑减阻

如图1所示，顶漏钻进中，漏失层上部的钻杆无泥浆润滑，与孔壁处于干摩擦状态。这样不仅影响孔壁的稳定性，而且钻进中的负荷也会变大，钻柱承受的扭矩也会变大，钻杆的磨损消耗也会变大，这些因素时刻都可能导致钻杆脱扣事故的发生。

1.4 孔内护壁

顶漏钻进中，孔壁在地应力的作用下处于失稳状态，而钻柱在孔内转动，时刻与孔壁干摩擦，严重地破坏了孔壁的稳定性，易发生因孔壁坍塌、掉块而引发的卡钻事故。

2 施工现场的处理

绳索取芯钻进工艺在顶漏钻钻进中，如何解决上述难题，要根据施工现场的具体情况而定，是一个从实践到理论、理论到实践的过程。

2.1 安装节流阀

这种方法是通过在内管总成上安装节流阀来减小泥浆的过流截面积，从而提高钻柱内的泥浆液面高度、钻进施工工作的泥浆压力和增大通过钻头的泥浆流速。用这种方法同时能解决内管投送和减少烧钻事故的发生。

2.1.1 采用节流阀的原理

根据伯努利方程式：

式中：Q——体积流量；

A——泥浆过流截面积；

α——流量系数；

ε——可膨胀系数；

P1-P2——压差；

ρ——密度。

从上方程式看出，Q不变，减小A，压差就会增大，钻柱内的泥浆体积也会增加，钻杆内的泥浆高度就会变大。这样就可以投入脱卡器给打捞器脱卡了。

投送内管的操作方法：先用打捞器将安装好节流阀的内管送入孔底，到位后，注入泥浆几分钟；待钻柱内的泥浆液面提高一定高度时，再投入脱卡器进行脱卡。在投入脱卡器的同时，继续注入泥浆。

根据流量与流速的公式：

式中：Q——体积流量；

A——截面积；

υ——流速。

从上公式可以知：Q不变，A变小，υ就变大，这样就增大了通过钻头的泥浆流速，增强了泥浆的冷却能力，减少烧钻事故的发生。

2.1.2 安装节流阀的方法

在内管总成悬挂架内安装一块钻有小孔的薄铁片（如图2、图3所示），铁片上小孔的面积就是泥浆的过流面积。

图2 自制节流阀

图3 节流阀安装位置

2.2 注入润滑减阻材料

通过在钻柱与孔壁间注入润滑减阻材料，减低钻杆与孔壁的摩擦、钻机的负荷和钻杆的扭矩，减少孔内事故的发生。

根据钻孔地层情况、扭矩的大小来选用以下2个材料。

2.2.1 聚丙烯铣胺水溶液

适用于地层完整，孔深较浅的钻孔。

2.2.2 涂抹二硫化钼锂基润滑脂

适用于地层较破碎，孔深较深的钻孔。

2.3 钻孔护壁

在顶漏钻进中，漏失层上的孔壁没有泥浆护壁，孔壁处于欠平衡状态，不稳定，根据钻孔地层情况选用以下2种方法：

（1）封水泥：破碎带、裂隙；

（2）下套管：在破碎带、裂隙中封水泥无效和遇到溶洞。

3 钻进参数的选择

在漏失地层顶漏钻进时，钻进参数应偏小，并在一定的地层中钻进时，保持稳定的线速度，不要随意改变钻进参数。通常钻孔使用的钻进参数见表1。

4 泥浆的选用

一般较完整的地层主要采用聚丙烯酰胺低固相泥浆，泥浆配方见表2。

性能指标：密度为1.03～1.05g/cm3；漏斗粘度为14～16；pH值为9～10。

P634.5

B

1004-5716(2015)09-0083-03

2015-02-09

2015-02-09

杨丕祥（1982-），男（侗族），贵州黎平人，工程师，现从事地质钻探工作。