泥浆正循环钻探工艺的发展历史及参数

2.1泥浆正循环钻探工艺

 

  近年来，反循环钻探、冲击钻探、潜孔锤钻探等钻探工艺得到了普遍的应用及发展，但钻探工艺依然是以正循环回转钻进为主，具有最广泛的适用性。2.1.1工艺参数（1）钻压。在较深地热井钻探中，钻压加不足是最常见的，这是影响钻探效率的主要因素之一。例如，中软地层用Φ216mmHA537钻头，推荐钻压应为107~226kN，但在生产中因钻铤和钻杆质量问题，所加压力一般都比上述值要小。

 

  钻压不足对机械钻速的影响较明显，尤其是钻进中硬以上地层时，一般钻压仅使岩石实现体积破碎，此时，上返岩屑颗粒较大。因此，要提高钻探效率，应使用质量好的钻具，加足钻压钻进。

 

  （2）转速。牙轮钻头主要以牙齿对岩石的冲击、压碎和剪力作用来破碎岩石。硬和极硬地层主要靠牙齿对岩石的冲击、压碎作用来破碎；极软和软地层主要靠牙齿对岩石的剪切作用来破碎；中软、中硬地层靠这两种作用同时破碎地层。因而，对于极软和软地层应采用低压高速，转速为85~90r/min；对于硬和极硬地层应采用高压低速,转速为60r/min左右。

 

  （3）泥浆参数。泥浆的主要作用是保持孔底清洁，并维护孔壁稳定。地热井钻进中，一般较好的泥浆性能为：失水量10~15mL/30min，密度1.05~1.15g/cm3，粘度25~32s，泥皮厚度0.5~1mm，pH值8~10。对于泥岩地层，应加入降失水剂，泥浆性能应为：粘度20~25s，失水量＜10mL/30min，用好的粘土造浆或提高粘土颗粒含量（能防泥岩造浆）。现场须配有振动除砂器和旋流除砂器，提高泥浆的质量并及时替出废浆。

 

  （4）泵量。泵量应保证孔底干净，无残留岩屑。孔内岩屑过多，不但会出事故，而且影响效率。一般常配的泥浆泵排量由小到大为3NB-350或BW-1200、石油3NB-500、3NB-1300泵。泵量越大携带岩屑效果越好。

 

  2.1.2常用钻具组合Φ445mm或Φ311mm钻头+Φ178mm钻铤+Φ127mm钻杆；

  Φ216mm钻头+Φ159mm钻铤+Φ89mm钻杆；Φ152mm钻头+Φ121mm钻铤+Φ89mm钻杆。2.1.3钻探技术难点

 

  （1）粘钻及缩径。地热井钻进较厚的第三系泥岩地层及页岩夹层时，因泥页岩为水敏性溶胀分散地层，膨胀缩径、泥浆增稠，钻头泥包，在钻井中常遇到不同程度的遇阻、卡钻、缩径等情况。

 

  三牙轮钻头钻进泥页岩时，岩屑常存于牙齿之间，形成“泥包”。其主要原因是：泵量小；由于造浆作用，孔底泥浆粘度较大；牙轮自转不灵活。

 

  克服粘钻和缩径的措施有：加大泥浆泵排量，选用大排量泥浆泵，优质泥浆等技术措施。有条件时应选用大排量石油系列泵，如3NB-500、3NB-1300泵等。

 

  （2）漏失。在热水层中钻进时，会遇到漏失情况，有时漏失严重不返浆。热水储层为白云岩、灰岩、砂岩时，孔壁稳定性较好，因而可采用清水顶漏钻进。在取水目的层以上钻进时，对于小漏失，可以在泥浆中加锯未或堵漏剂进行堵漏；较大漏失时，可向孔内投入粘土球或用水泥堵漏。对于难于堵住的大漏失，可改用气举反循环钻进，也可下管封隔，或采用泡沫泥浆钻进。堵漏方法较多，可根据地层和实践经验进行选择。2.2气举反循环钻探工艺

 

  气举反循环钻探工艺能避免泥浆对环境的污染及对含水层的淤塞，并能克服地层漏失。在目的层钻进时采用该工艺不但可以免去化学洗井工序，而且能最大限度提高岩层的产水能力。

 

  气举反循环钻探工艺在硬件配备上只需空压机、气水混合器、双壁钻杆、双壁主动钻杆及配套水龙头。对于较深的钻孔，需配备大马力的空压机。难点是双壁钻杆的密封问题。

 

  钻具组合：Φ311mm、Φ216mm或Φ152mm钻头+钻铤+钻杆+气水混合器+Φ114mm或Φ127mm双壁钻杆+双壁主动钻杆。

 

  钻探工艺参数：沉没比＞0.5。一般应配置较大马力的空压机。其功率为190kW,空气压力排量最大为25MPa。

 

  例如，某地热井取水目的层采用气举反循环钻探工艺。采用GZ-2600型钻机，WY-7.5/40型空压机，设计孔深2400m；钻具组合（取水目的层）：Φ152mm钻头+Φ121mm钻铤+Φ73mm钻杆+气水混合器+Φ127mm双壁钻杆+双壁主动钻杆。气举反循环钻探工艺施工井段从2070.07~2401.02m，共计进尺330.95m，钻探总台时400.34h，单位辅助时间0.52h/m，纯进尺效率提高到1.45m/h。