摘 要：在深孔巖心鉆探的過程中，孔壁穩(wěn)定是其核心問題，鉆探開始前需要進行各項預(yù)測，當中包括：地層應(yīng)力、破裂壓力、地層孔隙壓力、地層坍塌壓力，這些數(shù)據(jù)是保證深孔巖心鉆探安全、優(yōu)質(zhì)、高效以及低成本的關(guān)鍵所在，也決定了套管強度、套管程序、孔身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度和其流變性能的設(shè)計。在孔壁穩(wěn)定的前提條件下，從孔身結(jié)構(gòu)與套管程序、鉆探設(shè)備、鉆具組合等幾方面探討深孔巖心在工作過程中存在的問題，以及提出相應(yīng)的改善措施。

關(guān)鍵詞：深孔巖心鉆探 孔壁穩(wěn)定 鉆探設(shè)備 鉆具組合

中圖分類號：P634文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0119-01

傳統(tǒng)的巖心鉆探和深孔巖心鉆探存在著很大的區(qū)別，這不僅體現(xiàn)在孔深的增加，還有鉆孔難度與單位鉆進成本的增加，這就要求鉆探工程技術(shù)人員必須要變革傳統(tǒng)的思想，必須建立安全第一的觀念，設(shè)計孔身結(jié)構(gòu)與選擇鉆進工藝孔壁穩(wěn)定一定要作為前提。以巖心鉆探來講，孔壁穩(wěn)定是一項全新的課題，在鉆探之前預(yù)測涉及到地層應(yīng)力、地層孔隙壓力、破裂壓力、地層坍塌壓力，這綜合了地質(zhì)構(gòu)造、巖石物性、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、鉆探工藝以及孔內(nèi)測井等多種學(xué)科，也是保證深孔巖心鉆探安全、高效、優(yōu)質(zhì)以及低成本的關(guān)鍵所在，決定了套管程序與強度、鉆井液密度、孔身結(jié)構(gòu)與其流變性能的設(shè)計，還有鉆探設(shè)備和鉆進工藝的選擇。文章把孔壁穩(wěn)定作為前提基礎(chǔ)，從孔身結(jié)構(gòu)、套管程序與鉆具組合、鉆探設(shè)備幾方面探討深孔巖心鉆探過程中存在的問題以及提出相應(yīng)的改進辦法。

1 孔壁穩(wěn)定性

在鉆探工程中普遍存在的問題就是孔壁穩(wěn)定，其包含中基本類型：孔壁坍塌或者縮徑、地層壓裂或者破裂。由于沒有合理的掌握井壁的穩(wěn)定情況很容易造成井噴、井漏、固井不返水泥漿以及粘彈性地層變形等諸多孔內(nèi)問題。在深孔巖心的鉆探過程中，人們一定要對孔壁穩(wěn)定性多加關(guān)注，從而減少經(jīng)濟損失。能夠引起孔壁失去穩(wěn)定性的因素主要有地質(zhì)因素和工程因素兩個方面。地質(zhì)因素主要包括：原地應(yīng)力的大小、地質(zhì)構(gòu)造類型以及地層強度等組多因素。而鉆井液的性能、孔徑的大小、鉆井液的環(huán)空返速等等構(gòu)成了工程的主要因素。孔壁巖石所承受的應(yīng)力超出了他在孔眼狀態(tài)下所能承受的強度，這是發(fā)生孔壁失效的根本原因。在孔內(nèi)鉆井液壓力過低的狀態(tài)下，孔壁周圍的巖石所承受的力量超過了其所能承受巖石的剪切強度，則孔壁的巖石便會發(fā)生不同程度的破壞；當孔內(nèi)鉆井液密度過大時，巖石所承受的力超過了本身的拉伸力度，從而發(fā)生了地層的破裂。

2 鉆機的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國在實際的鉆探施工中，所使用鉆探設(shè)備仍存在許多不足，這就需要設(shè)計人員對這種現(xiàn)象提高警惕，并給予高度的重視。

2.1 驅(qū)動方式落后

在動力頭鉆機沒有產(chǎn)生之前，人們主要應(yīng)用的是立軸式巖心鉆機以及轉(zhuǎn)盤式石油鉆機。但是經(jīng)過長期的實踐，兩種鉆機均顯現(xiàn)了不同的缺陷，在20世紀70年代，國外發(fā)明了動力頭鉆機，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是我國自主研發(fā)的全液壓動力頭鉆機發(fā)展十分緩慢，目前國內(nèi)所生產(chǎn)的全液壓動力頭鉆機并沒有達到所需的程度。結(jié)合我國深孔巖心鉆探的特點，筆者認為，應(yīng)該將如何能夠在石油鉆塔上進行全液壓動力頭鉆機工作作為深孔巖心鉆機的發(fā)展方向，即使用轉(zhuǎn)盤+高速頂驅(qū)的驅(qū)動方式，頂驅(qū)的最高轉(zhuǎn)速要達到500r/min以上，最低轉(zhuǎn)速要與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速有部分的交叉，大概在80r/min左右，在進行全面鉆孔和擴孔時使用轉(zhuǎn)盤鉆進，高速頂驅(qū)則用于取心鉆進。

2.2 鉆塔高度低

在深孔鉆探作業(yè)中，回次進尺長度以及起下鉆的時間是影響取心鉆進成本的主要因素。設(shè)備成本的高低影響著巖心鉆機的好評度，我們以KZ3000型巖心鉆機所配鉆塔為例，選用有效高度為31m的鉆塔和43m的鉆塔，兩者的差價不到40萬元，如果把鉆塔運費計算在內(nèi)，價格差也是一口鉆孔的起下鉆的成本差，但是起下鉆的勞動強度確有明顯的降低。由于以上情況，筆者認為，深孔巖心鉆機的鉆塔應(yīng)選擇有效高度為43m的鉆塔，鉆塔的地盤高速要不小于4米。

3 設(shè)備及加壓方式

3.1 固相控制設(shè)備

鉆探技術(shù)在不斷取得進步的同時，鉆井液也引起了廣大鉆探技術(shù)人員的重視。目前對鉆井液性能進行調(diào)整的最有效方式是將鉆井液中的巖屑和劣質(zhì)粘土進行清除。鉆井液固控技術(shù)的發(fā)展為調(diào)控鉆井液性能提供了有效地方法。固控設(shè)備主要包括除砂器、以及除泥器、振動篩和離心機，這些固控設(shè)備都能夠?qū)@井液中的無用固相有效的清理掉，保持優(yōu)質(zhì)的粘土含量，以達到調(diào)整鉆井液性能的目的。

3.2 加壓方式

深孔取心鉆探所采用的加壓方式應(yīng)該為鉆鋌加壓方式，該方式能夠有效控制鉆孔的“狗腿”度，確保套管能夠準確的到達所設(shè)計的深度。人們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，鉆體第一次彎曲的鉆壓P為：

P

在公式中：E——鋼的彈性模量；I——鉆柱的截面慣性矩；qa——鉆柱在空氣中的重力；Kb——浮力系數(shù)。

從計算公式中可以看出，鉆鋌出現(xiàn)第一次彎曲的鉆壓要比鉆桿大得多，這就是為什么選擇鉆鋌加壓的重要原因之一。在使用鉆鋌設(shè)計時，需將以下因素考慮在內(nèi)：鉆鋌組合的剛度要比所下套管的剛度大；至少有一柱鉆鋌的外徑尺寸足夠大，這樣才能確保套管順利的下入孔內(nèi)；在進行打撈作業(yè)時，最大的鉆鋌外徑要足夠大，確保能夠?qū)ζ溥M行套銑。

4 結(jié)語

深孔巖心鉆探與以往的巖心鉆探相比較，其具有自身的規(guī)律性，鉆探工程技術(shù)人員要尊重深孔巖心鉆探的規(guī)律性，樹立起鉆探設(shè)備服從于鉆探工藝需求的觀念。本文主要從孔壁穩(wěn)定入手進過細致的分析和研究，對能夠引起孔壁失去穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素進行了解析，之后就孔取心鉆探所采用的加壓方式進行了探討，最后針對實際情況就鉆探設(shè)備給出了一些建議和意見。

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