小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液循環(huán)阻力測(cè)算.doc

小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液循環(huán)阻力測(cè)算 朱金樂ZHUJin-le （核工業(yè)天津工程勘察院，天津301800） （TianjinEngineeringProspectingInstituteofNuclearIndustry，Tianjin301800，China） 摘要：本文對(duì)鉆探?jīng)_洗循環(huán)阻力進(jìn)行了概述，研究了小口徑深孔鉆探鉆桿內(nèi)壓力損失計(jì)算，同時(shí)探討了小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液循環(huán)阻力測(cè)算實(shí)例，以期為小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液循環(huán)阻力測(cè)算提供一些參考，有效減少小口徑深孔鉆探過程中沖洗液所受的循環(huán)阻力，提升小口徑深孔鉆探效率和鉆探深度，推動(dòng)我國(guó)小口徑深孔鉆探的不斷發(fā)展。 Abstract：Thispapersummarizesthedrillingflushingcirculationresistance,studiesthepressurelosscalculationofsmalldiameterdeepholedrillingpipe,anddiscussestheflushingfluidcirculationresistancecalculationexamplesofsmalldiameterdeepholedrilling.Ithopestoprovidesomereferenceforflushingfluidcirculationresistancemeasurementofsmalldiameterdeepholedrilling,effectivelyreducetheflushingfluidcirculationresistanceintheprocessofsmalldeepholedrilling,promotetheefficiencyanddepthofsmalldiameterdeepholedrilling,andpromotethecontinuousdevelopmentofthesmalldiameterdeepholedrillinginChina. 關(guān)鍵詞：小口徑；深孔鉆探；沖洗循環(huán)阻力；測(cè)算 Keywords：smalldiameter；deepholedrilling；flushingfluidcirculationresistance；measurement ：P634.6：A：1006-4311（xx）34-0300-02 作者簡(jiǎn)介：朱金樂（1983-），男，河北滄州人，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)殂@探。 0引言 近年來，小口徑深孔鉆探?jīng)_技術(shù)廣泛應(yīng)用于地礦勘探中，然而小口徑深孔鉆探?jīng)_技術(shù)由于自身的獨(dú)特特點(diǎn)，鉆孔沖洗液在進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)時(shí)的循環(huán)減阻能力相對(duì)較差，在進(jìn)行小口徑深鉆探過程中通常遇到憋泵等技術(shù)難題。在進(jìn)行小口徑深孔鉆探時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低泵量和粘度，同時(shí)科學(xué)添加潤(rùn)滑劑，減少小口徑深孔鉆探過程中沖洗液所受的循環(huán)阻力，有效提升小口徑深孔鉆探效率和鉆探深度。 1鉆探?jīng)_洗循環(huán)阻力概述 近年來，科技的不斷發(fā)展，推動(dòng)了我國(guó)地礦勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，各種鉆探技術(shù)不斷應(yīng)用于地質(zhì)勘探中，尤其是小口徑深孔鉆探?jīng)_技廣泛應(yīng)用于地礦勘探中。鉆孔沖洗液在進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)時(shí)，在流過管路、鉆桿、孔底鉆具以及鉆頭和環(huán)狀間隙過程中，會(huì)出現(xiàn)一定的壓力損失，這種現(xiàn)象便是壓力損失或是壓降。鉆孔沖洗液在正常循環(huán)時(shí)，泵的壓力會(huì)克服鉆孔沖洗液在流過管路、鉆桿、孔底鉆具以及鉆頭和環(huán)狀間隙過程中的壓力損失，使得鉆孔沖洗液進(jìn)行流動(dòng)，泵上壓力表顯示的壓力即是鉆孔沖洗液流動(dòng)過程中所損失的壓力總和。然而，泵受到的受到的壓力并非一成不變，其所受壓力會(huì)隨著循環(huán)負(fù)載的變化而不斷發(fā)生變化，泵銘牌上的額定壓力便是泵在正常運(yùn)行工程中能夠承受的最大壓力。通常情況下，導(dǎo)致鉆孔沖洗液在循環(huán)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損失現(xiàn)象主要包括以下因素：第一，鉆孔沖洗液循環(huán)通道長(zhǎng)度。鉆孔的深度直接決定了鉆孔沖洗液循環(huán)通道的長(zhǎng)度，鉆孔深度越深，鉆孔沖洗液在循環(huán)流動(dòng)過程中所產(chǎn)生的壓力損失便會(huì)越大。第二，鉆孔沖洗循環(huán)液的流變性。鉆孔沖洗液在流動(dòng)時(shí)，鉆孔沖洗液粘性越大，鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的壓力損失越大。第三，泵流速或泵量。鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中，泵流速或泵量越大所產(chǎn)生的壓力損失越大。第四，過流斷面橫截面積大小。在鉆桿直徑保持一定時(shí)，鉆孔口徑越大，鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的壓力損失越大。鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的壓力損失可以用以下公式表示： 其中，P1表示鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中流經(jīng)地面管路過程中產(chǎn)生的阻力損失，P2表示鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中流經(jīng)鉆桿過程中產(chǎn)生的阻力損失，P3表示鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中流經(jīng)孔底鉆具過程中產(chǎn)生的阻力損失，P4表示鉆孔沖洗液在流動(dòng)過程中流經(jīng)環(huán)狀間隙過程中產(chǎn)生的阻力損失。 2小口徑深孔鉆探鉆桿內(nèi)壓力損失計(jì)算 同理，利用其他流體的本構(gòu)方程能夠有效推算出其他流型的小口徑深孔鉆探鉆桿內(nèi)壓力損失。 3小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液循環(huán)阻力測(cè)算實(shí)例 在開展小口徑深孔鉆工作時(shí)，其鉆孔深度（L）、鉆孔直徑（R）、鉆桿內(nèi)經(jīng)（R1）以及鉆桿外徑（R2）已經(jīng)預(yù)先定好，在實(shí)際開展小口徑深孔鉆工作過程中，為了有效控制鉆桿內(nèi)部和環(huán)空的循環(huán)阻力，應(yīng)當(dāng)有效控制變剪切應(yīng)力、粘度、平均流速、稠度系數(shù)等泥漿性能參數(shù)以及泵量、泵壓等鉆探參數(shù)。下面以實(shí)例來對(duì)鉆井液粘度、泵量與循環(huán)減阻的關(guān)系進(jìn)行研究。 某小口徑深孔鉆探施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工數(shù)據(jù)如下：終孔孔深（l）為991m，鉆孔上部下入直徑（r2）為91mm，套管深（l1）為449m，采用的直徑為（r2）為75mm繩索進(jìn)行繩索取心鉆井，鉆桿外徑（r1）為69mm，鉆桿內(nèi)徑（R）為69mm，出于對(duì)泵量影響的考慮絕對(duì)粘度去5mPas，出于對(duì)粘度影響的考慮絕對(duì)泵量取71L/min。通過以上數(shù)據(jù)計(jì)算出泥漿在鉆孔中的循環(huán)流動(dòng)阻力與泵量的關(guān)系，繪制出圖1所示的絕對(duì)粘度和泵量對(duì)循環(huán)阻力的關(guān)系曲線。 通過對(duì)絕對(duì)粘度和泵量對(duì)循環(huán)阻力的關(guān)系曲線的分析，可以得出當(dāng)鉆孔直徑、深度以及鉆桿內(nèi)、外直徑已知時(shí)，小口深孔鉆探?jīng)_洗循環(huán)液的循環(huán)阻力即是粘度與泵量乘積的正比函數(shù)。當(dāng)絕對(duì)粘度不變時(shí)，小口深孔鉆探?jīng)_洗循環(huán)液的循環(huán)阻力與泵量的關(guān)系為正比關(guān)系；當(dāng)泵量不變時(shí)，小口深孔鉆探?jīng)_洗循環(huán)液的循環(huán)阻力與粘度的關(guān)系同樣為正比關(guān)系。為了有效降低小口深孔鉆探現(xiàn)場(chǎng)沖洗循環(huán)液的循環(huán)阻力，可以采用適當(dāng)降低泵量和粘度相結(jié)合的方法。同時(shí)，在小口深孔鉆探?jīng)_過程中，沖洗循環(huán)液的潤(rùn)滑性能直接受到?jīng)_洗液配方和潤(rùn)滑劑的添加的影響。大量小口徑深孔鉆探工程實(shí)例證明：高分子聚合物如植物膠等既能夠有效提高小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液的粘度，又能夠有效減少小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液的循環(huán)阻力、增加井壁與鉆具間的潤(rùn)滑性，通過降低沖洗液與鉆桿內(nèi)壁、井壁的摩擦阻力來實(shí)現(xiàn)降低鉆孔沖洗液在進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)時(shí)受到的循環(huán)阻力。因此，為了有效降低小口深孔鉆探現(xiàn)場(chǎng)沖洗循環(huán)液的循環(huán)阻力，也可以通過科學(xué)添加潤(rùn)滑劑來實(shí)現(xiàn)。 4結(jié)束語 目前，小口徑深孔鉆探?jīng)_技廣泛應(yīng)用于地礦勘探中，然而小口徑深孔鉆探技術(shù)的鉆孔沖洗液在進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)時(shí)的循環(huán)減阻能力相對(duì)較差，在進(jìn)行小口徑深鉆探過程中通常遇到憋泵等技術(shù)難題。在進(jìn)行小口徑深孔鉆探過程中，泵量和粘度直接影響著小口徑深孔鉆探鉆孔沖洗液在進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)時(shí)所受的循環(huán)阻力。因此，在進(jìn)行小口徑深孔鉆探時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理、適當(dāng)降低泵量和粘度，同時(shí)科學(xué)添加潤(rùn)滑劑，減少小口徑深孔鉆探過程中沖洗液所受的循環(huán)阻力，有效提升小口徑深孔鉆探效率和鉆探深度。 參考文獻(xiàn)： 1段鴻海，宋金亭，趙洪.小口徑深孔鉆探?jīng)_洗液循環(huán)阻力測(cè)算J.探礦工程（巖土鉆掘工程），xx，05：4-7. 2李志強(qiáng)，黃忠高.地質(zhì)深孔鉆探技術(shù)與管理探討J.西部探礦工程，xx，04：211-214. 3冉恒謙，張金昌，謝文衛(wèi)，張永勤，宋志彬，向軍文，劉凡柏，馮起贈(zèng)，鄢泰寧，賈美玲，陶士先，胡繼良.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究J.地質(zhì)學(xué)報(bào)，xx，11：1806-1822. 4張心劍，司百堂.金屬礦床深孔鉆探技術(shù)探討J.西部探礦工程，xx，11：131-134. 5陳永忠.復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探討與實(shí)踐J.科技創(chuàng)新