复杂地层金刚石绳索取芯钻进的应对技术措施

摘要：介绍了通过金刚石绳索取芯钻进在复杂地区所遇问题及采取的相应措施。

关键词：绳索取芯；复杂地层；技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

随着金刚石绳索取心钻进技术的推广，在易塌、易漏、易斜和难取心等地层的钻进工作量也相应增加。显然，研究在这些复杂条件下的钻进技术措施，对扩大绳索取心钻进的使用范围，有着巨大的现实意义。

1、钻进塌、缩、漏等杂地层

绳索取心钻进遇到松散破碎、胶结差或吸水膨胀的水敏地层时，经常会出现泵压升高，排粉难，孔壁失稳和钻杆折断等现象，要突破复杂地层的难关，笔者认为必须采取下列综合措施：

1.1采用多级口径和多种钻进方法：根据岩层的复杂程度和孔深情况，在确定钻孔结构时，上部可以适当增大钻孔直径到91或110mm，采用合金钻头钻进，然后下人必要的技术套管，换φ75mm绳索取心钻具通过复杂层。当钻孔较深，地层又稳定，则可用φ60（或φ59）绳索取心钻具钻至终孔。

如果上部地层条件允许，也可考虑采用无岩心钻进．这样做可提高纯钻时间利用率，提高台效。有利于快速通过复杂层，缩短施工周期，降低钻探费用。

这种多径成孔的结构，既可发挥上部地层用合金钻进或无岩心钻进的优越性，又可避免用单一小口径绳钻钻进难以达到地质要求和设计孔深等问题。

1.2采用超径钻头，适当增大钻具与孔壁间隙。如正规的S75绳钻钻具，其钻头外径为φ75mm，扩孔器外径为φ75.5mm，外管为φ73mm。这样，扩孔器与外管问的间隙只有1.25mm，考虑实际情况，可能增大到2mm左右。间隙太小，在复杂孔段就容易出现排粉困难、泵压高和孔壁失稳等情况。这时若将钻头外径增大2～2.5mm，则钻头直径相应为φ77～φ77.5mm，扩孔器外径为φ77.5～φ78mm。这样，扩孔器外径与外管间隙可蝉大到2.25～2.5mm，实际情况还可能增大到3～3.5mm．钻孔环状间隙在钻杆部分则更大一些，间隙加大以后，上述—系列问题，就能得到较好地解决。

1.3采用超低固相泥浆钻进：当前绳钻在复杂层钻进时，一般使用无固相或低固相钻井液。无固相钻井液虽有许多优点，但通过几年来的实践，也暴露一些问题，如岩粉吸附严重，净化不及时就会变成岩粉浆，另外失水大，对水敏性地层护壁不利，低固相泥浆性能较稳定，容易控制，但净化措施跟不上，容易在钻杆内壁结垢，影响内管打捞，岩粉过多对钻头工作寿命也不利。我们在使用绳钻时就有这个教训。开始使用PHP—KHm无固桐冲洗液，钻遇水敏性千枚岩后，接连几个钻孔都出现孔内岩粉多、钻杆折断等事故。后来换用PHP-KHm超低固相泥浆，配合正确选择钻头，加大环状间隙等措施，孔内事故大大减少，台月效率显著提高。采用超低固相泥浆钻进时，还可加入0.1～0.3%的剂，以保证金刚石钻进开高速的需要。

1.4采用瞬凝水泥“干法”堵漏：在处理钻孔冲洗液漏失时，最常用的方法之用水泥浆堵漏。但一般用泵送方法灌水泥浆时，由于不可避免地受孔内冲洗液稀释的影响，使水泥浆水灰比增加，凝结时间延长，强度下降，使堵漏效果受到严重影响，有时甚至全部漏失，而导致堵漏失败。在小口径钻孔中，由于环状间隙小，用泵送水泥浆堵漏时，还容易蹩漏地层，或提钻时造成抽吸作用，堵漏效果更差。

为了克服上述缺点，当前国外推广速凝干粉水泥堵漏。使用时将干水泥用工具送到孔内漏失段，然后开泵送水，将水泥挤出，并用相应的工具就地进行加工处理。

2、提高难取心地层采取率的措施

一般说来，岩心采取率是随着地层复杂程度的增加而下降的，尽管绳索取心钻具有利于提高岩矿心采取率，但在松散破碎或胶结性差的岩层，由于冲洗液的不断冲洗，岩心破碎成岩块，进入岩心管后可能卡在某一位置而影响岩心进入，于是岩心被磨碎，而经过环状间隙被排走，使岩心采取率降低。此外，在提捞内管过程中，管内松散细小颗粒组成的岩心，有从管底脱落的危险，也使采取率降低。

要园满地解决难采心地层的采取率问题，应从完善绳索取心钻具的结构，选用适合于复杂条件下的金刚石钻头，使用优质冲洗液等多方面来考虑。

从完善钻具结构来看，首先要防止岩矿心堵塞内管或卡簧，其次要改善岩矿心在内管的储存条件。根据经验，这方面的措施有如下几点：

（1）用镀铬的方法增加内管内表面的硬度和光洁度，这样可减少与岩心接触面的摩擦力。

（2）在内管中装上喷射式装置和水力振动器，以防止岩矿心自卡。

（3）设计特制的岩心提取器，使卡簧的延长部分，对内管中的岩心起到良好的导向作用，防止岩心碎块阻塞和卡塞。

（4）为了在岩心管内保留住岩石碎屑，岩心提取器上装弹片系统，在提取时，完全堵住内管，以防岩心从岩心管内脱落。

（5）增加岩心自堵信号装置，当岩心自堵或岩心充满内管时，冲洗孔限关闭，使地面泵压表压力瞬时增高。

（6）采用半合管、三层管和内管超前的绳索取心钻具，以获得与地层结构大致相同的岩矿心。

在松敞、未胶结的地层钻进，经验证明，用双锥形阶梯式金刚石钻头钻进，效果最好。这种钻头端部半径小，内保径部分短，钻头外面切有“泄水孔”，使大部分冲洗液直达钻头底部。这种钻头在钻进时可减少磨碎岩心和冲洗液冲坏岩心的危险．也可选用多阶梯形钻头，这种钻头在岩心破碎时能保证顺利钻进，有利于提高钻速。

3、防止钻孔弯曲的措施

在钻进中当遇到复盖层，软硬互层、裂隙、节理、片理或层理发育和溶洞层时，小口径绳索取心钻进也会发生钻孔弯曲的现象。为了顺利通过这些地层，除采取如安装、换径、操作等常规防斜措施外，关键是要选择合理的钻具结构、保持钻具在运动状态下的稳定性．同时还应有完善的工艺措施，如采用防斜钻头，控制钻进规程参数，限制钻速等。

4、结束语

复杂条件下的绳索取心钻进，由于地层因素的影响，不可避免地会给施工带来一些困难。但是如能正确选择钻孔结构，适当增大环空间隙、采用超低固相泥浆和新的护堵材料与工艺、完善绳钻结构，下部钻具组合合理，是有可能顺利通过复杂层的。

当前国内绳钻技术正处在一个蓬勃发展的新时期，绳钻使用范围和钻进深度不断增加。及时制定出相应的通过复杂层的对策和完善的技术措施，对于加速绳索取心钻进技术的发展，具有重大意义。