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金刚石钻探孔内分析判断与故障预防

作者：张伟日期：2014-05-07 09:43 来源：中国科技博览

(辽宁省有色地质局一0三队钻探公司 118008)
[摘要]分析了目前国内金刚石钻进、绳索取心及固体矿产钻探技术的发展；低成本钻孔的钻进护理，孔内分析与判断；归纳总结了近10年来所遇各种复杂
钻孔的预防处理方法；并对钻探技术提出了建议。
[关键词]钻井液；设备；分析与判断；预防；
中图分类号:P634.8 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)17-0283-02
金刚石钻探孔内分析判断与故障预防
一．钻井液基本知识
钻井液俗称泥浆，是用各种原料和化学添加剂配制而成的一种流体，其各
项性能均可调控。钻井液工艺是运用各种物料、原材料处理剂的科学配伍，合理
的使用各种设备，以最经济的成本满足钻井工程的目的。钻井液工艺不但是设
计和配制最理想的钻井液，而且要以最经济的投资，成功地完成每口井的钻井
任务。
1.钻井液分类
钻井液按分散体系的标准分为水基钻井液、油基钻井液和气体钻井液。
2.钻井液功能
钻井液的功能：a.清除井下钻屑并携带至地面；b.平衡地层压力，以防地层
流体进入井內；c.保持井壁稳定；d.冷却与润滑钻头、钻具；e.传递水功率。
3.钻井液设计
钻井液设计是钻井工程设计的重要组成部分，主要依据包括以下几个方
面：
a.以钻井地质设计、钻井工程设计及其他相关资料为基础，依据有关技术
规范、规定和标准进行钻井液设计。
b.钻井液设计应在分析影响钻探作业安全、质量和效益等因素的基础上，
制定相应的钻井液技术措施。主要有：地层岩性、地层应力、地层岩石理化性能、
地层流体、地层压力（孔隙压力、坍塌压力和破碎压力）、地温梯度等信息。
c.保存本区相邻已完成钻孔的地质信息和钻井液使用配方。
4.钻井液配方
在盲区中钻进建议使用配方：聚丙烯酰胺+高效润滑剂（含沥青成分）粘度
按实际情况调配(造价比较低）；根据钻孔的复杂性可随时调为重泥浆和堵漏泥
浆，因为钻孔是需要日常护理的，等到井內有情况才想到用泥浆是不可以的。
[M] 介绍几种复杂钻孔的钻井液配方（造价相对比较高）：
4 . 1 钻流塑土地层配方（重泥浆）：
1m3水，30k g预水化膨润土，3kgXC，300～500kg重晶石粉（800目），
15kgDFD。
4 . 2 钻孔止涌配方（重泥浆）：
1m3水+200kg重晶石粉+500kg膨润土+5kgCMC+3kg纯碱+6kg腐植酸
钾。解决水压高，涌水量大的承压含水层涌水问题。
4 . 3 砂性、卵砾性、破碎带泥浆
4.3.1 Na-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆
配方：优质造浆粘土70～100kg，水1m3,纯碱6～10kg,Na-CMC 10～
15kg。
4.3.2 腐植酸泥浆（KHm，NaHm)
配方：1m3水，50～100kg煤碱剂（干量），优质造浆粘土100～120kg，3～
5kgNaCO3
4.3.3 LG植物胶泥浆
配方：1m3水，55kg膨润土，20kgLG，2kg纯碱，1kgXC.
4.3.4 堵漏泥浆
泥浆中加入惰性材料随钻堵漏；堵漏剂有：棉纤维、木质纤维、锯末、塑料碎
片、云母片、木片、核桃壳等。
钻井液的粘度、流变性、虑失性、PH值以及钻井液的维护和处理在此不做
详细的介绍和说明了。钻井液的调配不是一成不变的，随着钻孔地层的不断变
化，以最廉价的材料调制出安全可靠、高效优质的泥浆；以安全生产、护壁堵漏
为原则，最终调出本钻孔的通用泥浆。钻井液的使用是钻探生产中尤为重要的
环节，是钻孔钻进和井故处理不可缺少的组成部分。
二．利用钻探设备对孔内进行分析判断
钻探设备包括：钻塔、钻机、泥浆泵、钻杆钻具、绞车、扭管机、配电箱等等。
在钻进时，操作者是看不见井內任何情况的，只有靠从井內传到井外的相
关信息以及异常声响，来分析判断井內状况，确保正常钻进，预防井故、避免钻
孔故障。确实加强钻探设备的维护与保养，保证设备的完好率，才能正常进行钻
探施工任务。下面总结了多年来钻进时的一些现象，以此说明井內分析和判断
的重要性。
1.利用设备运行状况和伴随现象对钻孔进行分析(表1）
泵压的变化反映井內返水是否通畅，井壁有无渗漏情况；电流的变化反映
钻机的负荷大小。
2.利用内管总成和岩心对孔内进行分析判断
内管总成是绳索取心钻进中不可缺少的重要组成部分；它的结构主要包
括：弹卡机构部分（矛头、矛头座、滑轴、滑套、卡板、卡板弹簧、挡肩和备帽等）、
转轴部分（芯轴、调整备帽、调整垫片、轴承盒、压力轴承、压套、调整弹簧、下压
力轴承、锁紧螺母等）、内管部分（内管连接手和内管）、锁心部分（卡簧座、卡簧、
卡簧挡圈）。钻进时操作者看不到井內岩层的任何情况，只有靠每次取上来的
岩心和内管总成的使用状况来对岩层进行分析、对钻头磨损情况进行判断。
2.1 直观、检测岩心，分析回次钻进全过程。
a.直观岩心判定岩层岩石种类。
b.直观岩心表面光滑度，调整钻进参数。正常钻取的岩心表面应光滑、平
整、笔直。硬质岩心表面出现波纹状，进尺太快；岩心弯曲、出现阶梯状，钻压太
大易跑斜。
c.岩心表面周围有立体划痕，说明卡簧配置太紧应当调整，否则会降低进
尺速度、内管压弯、损坏压力轴承而导致内管总成回扣。
d.岩心端面有明显磨平、磨凹、表面不匀称，证明内管旋转（压力轴承损坏
或内管弯曲）。
e.新钻头第一次工作时，岩心出现椭圆形，说明钻头工作面与轴线垂直度
不好；岩心太细，证明钻头内外径同轴度不好或内径有突出点；应当轻压慢磨修
复平整，严重的情况下必须更换钻头；否则会造成井斜或岩心脱落。
f.检测岩心变粗，钻头内径变大；φ75mm径钻头正常钻取的岩心为φ
48mm，如果岩心外径＞φ48.5mm，应更换钻头。
2.2 检查内管总成，分析井內状况。
a检查矛头的完好性、灵活度，确保绳索取心顺利进行。
b.检查卡板弹簧的弹性，保证其弹性、张力。
c.检查卡板顶角压痕：压痕不均匀，卡板受力不均匀，压力轴承易损；压痕
过深，卡簧配置太紧或堵塞进尺造成，及时更换。卡板顶角磨圆、破损，钻具异径
挡卡端损坏，立即上钻检查，防止换新卡板也卡不住。
d.检测挡肩的磨损度和有无松动现象，总成挡肩和钻具挡环磨损过大，防
止钻头破损后总成掉落井底。挡肩、内管接手、卡簧座回扣任意一种情况发生都
会造成内管总成在钻具中锁死，绳索取心时，拉不上来。
e.回次检查压力轴承的完好性，避免内管旋转消耗岩心和总成回扣现象。
f.检查窜销和锁紧备帽有无松动现象。
g.内管总成在钻具中的弹卡间隙为3～4mm。在总成间隙调整机构上做好
测量标记。
3.利用钻杆钻具和井內返水情况分析钻孔
3.1 检查钻杆，分析井內情况
a.检查钻杆的密封性，确保其无跑水现象，防止烧钻。
b.检查钻杆及连接手内外扣的牢固性，防止脱扣跑钻。
c.检查钻杆的磨偏度，确认钻杆的弯曲度，减小钻进阻力，防止钻孔跑斜。
d.观察钻杆的划痕和严重磨痕情况，确认钻孔掉块、缩颈、探头石具体位
置。
e.观察钻杆表面挂浆情况，分析泥浆护臂效果，判定钻孔跑漏水的具体位
置。
3.2 检查钻具，做到安全无隐患。
a.全钻提升后，检查好钻具的各项指标（包括：异径、短管、扶正器、上下环、
外管、扩孔器和钻头），做到有问题随时更换，无问题定期更换。
b.测量好钻头与扩孔器的级配，扩孔器外径应比钻头外径大0.3mm～0.
5mm。新扩孔器外径比换掉的扩孔器外径大0.1mm～0.2mm，确保下钻无插
夹，井径无缩小。
c.正常钻进时，每次下放钻具不要直接到底；要求合车后通水正常，下放钻
具，离井底一定距离（大概在1m左右），夹住、低转慢进扫到底，防止岩粉插扦。
3.3了解孔内返水情况，分析钻孔。
了解井口返水情况，掌握返水量的大小，分析钻孔各段的水文资料；了解上
返泥浆粘度和携带岩粉情况，掌握岩石对粘度剂的影响。
观测钻杆内的水位变化，了解井內涌漏水情况，有无地下水涌出，做出相应
的治理。
三．钻探专用工具的配备和制作有助于故障处理
在非正常钻进时，也就是说井內出现故障的时候，我们要用到一些特殊工
具，利用这些工具能及时有效的处理井內的突发事故。专用工具包括：公锥、母
锥、捞管器、磨孔钻头、扩孔钻具、吊锤、捞钩、崴钩、一把抓和强力磁铁等。
1.公锥：主要用于井內套管、钻杆钻具等管状物体，因折断、脱扣而脱落井
内来进行捞取。
2.母锥：主要用于井內遗落的内管总成、打捞器等小径物体进行套取。
3.捞管器是井內的专用捞管工具。
4.磨孔钻头：主要用于对遗留井底的金属物进行磨削；或对因断钻引发的
裂头，进行平整。
5.扩孔钻具：主要用于井內扩孔下套管，所使用的专用导正钻具。
6.吊锤：主要用于井內夹钻、套管卡夹时的冲击工具。
7.捞钩：分井內捞钩和管内捞钩，主要用于绳索取心时钢丝绳折断而进行
捞取的工具。
8.崴钩：用于钻折时，公锥摸不到断头或内管总成断头处切边，而进行扶
正、挂提的工具。
9.一把抓和强力磁铁：一把抓是用薄壁管制成，下端切成锯齿状稍内倾，用
来压抓井內落物；强力磁铁是用来吸取井內落物。
总之，切实加强钻孔的日常护理，保证钻探设备的正常运行；分析钻进过程
中出现的任何现象和问题存在的因素，从而提高操作者对井內的分析与判断能
力；不违规钻进、不盲目钻进。保持清醒的头脑，从多方面考虑出现的同一问题；
丰富钻探知识，加强学习，把理论与实践结合起来。不断创新、不断完善，做到钻
孔分析判断率百分百，故障率降到最低点。
参考文献
[1] [M] 4.1 4.2 4.3 钻探新技术及泥浆新工艺培训资料乌效鸣教授，
中国地质大学（武汉）钻井液实验室。
[2] 《固体矿产钻探工》国土资源部人力资源开发中心，地质出版社出版
1999-10.