㎜,这会导致冲洗液循环时泵压高,造成循环漏失,压垮孔壁,钻具高速旋转时钻杆内壁易结垢造成打捞内管困难,上下钻具时会产生抽吸作用,易挤塌不稳定地层,为此必须采取一定的措施,提高冲洗液的质量,使其性能满足冲洗液的要求,才能保证绳索取心钻进的正常进行。
二、绳索取心钻进对冲洗液的要求
1、不含或少含固相,以防钻杆内壁结泥皮,固相含量小有利于防止漏失和提高钻速,因此有条件尽量使用无固相泥浆。
2、要有较好的润滑性,这对小口径金刚石钻进特别重要,以利开高转速,因此要重视泥浆的润滑性,在泥浆中要使用优良的润滑剂。
3、要有良好的流变性,以提高钻速,降低冲洗液的流动阻力,减少泵压损失,同时更好的排除岩粉。
4、要有低的失水量,能在孔壁上形成薄而坚韧的泥皮,并且能有效抑制水敏地层吸水膨胀的作用,防止升降钻具或打捞岩心时的抽吸作用,造成冲洗液冲垮孔壁。
三、绳索取心冲洗液的性能指标
1、低固相冲洗液比重一般控制在1.02~1.06g/㎝间。
2、金刚石小口径钻进含砂量要求严格,固相颗粒应小于20 um,大于20 um的颗粒即属清除范围。入孔泥浆中80%~90%的固相颗粒应小于20um。
3、低粘度低切力:粘度对钻进影响很大,粘度大,开
3
之
泵困难,流动困难,净化也困难。因此,在保证携带钻屑、护壁性能的基础上,尽量降低粘度。
4、失水量应适当,要求有一定的抑制水敏性地层的能力,一般API失水量应小于或等于15ml/30分钟,水敏性强的地层还要再降低(5-7ml/30分钟),地层较稳定时可以适当放宽。
5、泥浆的pH值对泥浆的性能影响很大,应尽量控制在8~11的范围内。
四、钻孔冲洗液对泵的要求
金刚石绳索取心钻进的孔壁间隙小,过大的泵量会使循环阻力增大,孔壁失稳、钻具浮动,孔底有效钻压降低,钻头易产生“打滑”现象,改善冲洗液应从改进水道设计和冲洗液质量方面着手,切忌盲目加大泵量冲洗。钻孔冲洗液对泵提出了要求,有如下几个方面:
1、在一定孔深和孔径条件下,不同钻进方法对泵的要求是不一致的。但泵压和泵量均需满足钻进工艺的要求。
2、小口径金刚石钻进与一般口径岩心钻探比较,在同样孔深条件下,小口径金刚石钻进泵压损失较大,所需的泵量较小,而后者泵压损失较小,而所需的泵量较大,因而对泵的要求不一致。目前,泵量为250L/min,而泵压为40atm的泵,只适用于一般的岩心钻进需要,对小口径金刚石钻进并不合适。有些钻场用这种泵进行小口径金刚石钻进,用三通阀调小输入孔内的泵量,大部分冲洗液由回水管回水,当孔内遇阻力较大或孔深时,就容易造成水不进入孔内甚至发
生烧钻事故。
3、因此,对千米以内孔深的小口径金刚石钻进来说,要求专配泵量较小(每分钟40~100L以内)而泵压较高(可达60~80atm)的泵,并且不要用三通阀调节泵量,而采用变量泵形式。
4、为了满足不同孔深和孔径的要求,泵的缸套应能变换,即深孔或小径时改用小缸套,以提高泵压,减少泵量。还可采用带变速箱、电机变速、液压马达无级调速等方法,制成变量泵。
5、为了使冲洗液供给均匀,减少波动,满足钻进要求,应在泵上设置空气室或其他缓冲装置。也可采用工作特性不同的螺杆泵。
6、小口径金刚石钻进时,钻杆连接处在高泵压条件(孔深时)下易产生漏失。如漏失量达10%~30%时,整个泵压损失可降低15%~40%。因此,必须重视钻杆丝扣连接的精度和密封端面的设计和加工,有些现场,在钻杆连接处采用垫圈密封,可以减少钻杆连接处的漏失量。
下表为绳索取心钻进转速及泵量推荐值
参 考 直 径 值 46㎜ 59㎜ 75㎜ 91㎜ 参 数 转速 -1/(r·min) 泵量/(L·min) -1表镶 孕镶 孕镶 400~850 600~1200 25~30 300~650 500~1000 35~40 300~500 400~800 40~70 220~430 320~640 70~90 五、绳索取心钻进常用冲洗液
1、低固相泥浆不分散冲洗液
低固相不分散泥浆是由清水、膨润土、高分子聚合物、润滑剂??组成,它既有类似清水适宜开高转速,又有较好的净化、携带岩粉和防塌抑制性能,该冲洗液具有选择性絮凝,即只絮凝岩屑和劣质粘土,而对膨润土则起保护作用,使泥浆中岩屑和劣质粘土处于不分散的絮凝成团,有利于把岩屑、劣土携带至地面沉淀或用机械固控设备将其消除。
不分散低固相泥浆的标准
a、固相总含量不大于4%(比重不大于1.06); b、岩屑/造浆粘土不大于2(配制时加入粘土20~30㎏/m);
c、动塑比1:1;
d、粘土颗粒尺寸1~30μm;
e、粘度一般为17~20s,动切力15~29mg/㎝,失水量一般不超过12ml/30min。
2、无固相冲洗液
无粘土冲洗液,也称无固相(指原浆)冲洗液,是不用粘土,仅加入化学处理剂配制的具有一定性能的冲洗液,这种冲洗液是在低固相泥浆的基础上发展起来的,它与清水相比,具有较好的携带和悬浮岩屑的能力,且能在井壁上形成薄的吸附膜,具有一定的护壁能力,有较好的润滑和减阻作用,它与含有粘土的泥浆相比,则有较低的比重,同时粘度可调整,流动性好,因而能提高孔底钻头的碎岩效率,条件
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3
许可时,绳索取心金刚石钻进应尽可能地选用无固相冲洗液。
以下是低固相、无固相泥浆在钻探工程上的几个应用实例:
例1:低固相冲洗液在寨上金矿区钻探中的应用 1. 概述
垄上矿区是我队2001年发现的金矿区,自2002年进人大规模钻探控制以来,历经8年的勘探施工,储量已经突破100t。但是,由于矿区地层复杂,钻探施工难度大,尤其是钻孔护壁难的问题一直困扰着矿区的勘探速度,成为我部找矿工作的“瓶颈”。针对钻孔护壁难题,我们先后采用了PHP、HJ-1、DWY-I和PAA型等多种冲洗液护壁,虽有一定的效果,但都不明显,不能从根本上解决矿区钻进中坍塌、缩径的问题;而裸孔钻进一径长度平均100m左右,中深孔钻进护壁主要还是依靠套管,这样就大大增加了扩孔、下套管的时间和重复钻进时间。2008年底开始,我们改用HL生物胶低固相泥浆护壁,效果显著,从根本上解决了钻进中出现的坍塌和缩径等问题,裸孔钻进一径长度平均250m以上,从而大大提高了施工效率,降低了钻探成本。
2. 地层、岩性及可钻性级别
垄上金矿区含金地质体主要分布在泥盆系及二叠系板岩、粉砂岩地层中,严格受NWW向断裂控制,容矿构造为该断裂派生的次级断裂、次级层间断裂,总体呈平行带状分布。