绳索取芯钻杆内壁泥皮的成因及预防.pdf

四川地质学报 V01．33 2013 垫望型箜!!鲞塑型 Suppl．May 绳索取芯钻杆内壁泥皮的成因及预防 邓清松，张中 (四川省金核地质勘查工程有限公司，成都 610503) 摘要：本文分析了由于钻进液中的固相颗粒成份的粘附性、钻井液中固相颗粒受钻杆柱高速回转的离心力 作用和设备本身的一些f-I题导致绳索钻探过程中产生泥皮，并指出几点预防钻探过程中产生泥皮的措施。 关键词：钻探绳索取芯；钻井液；泥皮 1 概述 绳索取芯钻进工艺相对于普通的单、双管钻探工作具有钻进效率高、岩(矿)芯采取质量好、劳动强 度低、单位进尺成本低等诸多优点，在实际钻探中得到了广泛的应用。但在实际钻进施工过程中，由于 钻进液的应用，常导致钻杆的内壁产生泥皮，缩小了钻杆内径，直接影响了打捞器和取芯内管总成在钻 杆柱中运行，造成投不下打捞器或在捞取打捞器过程中造成卡阻，更甚者发生打捞器在上提过程中卡死， 导致钢丝绳拉断的情况，严重影响了施工的正常进行。因此在绳索取芯钻探工作中正确认清泥皮的产生 原因，尽力预防泥皮的发生具有重要的意义。 2泥皮的成份及规律 在应用绳索取芯钻进施工过程中，其钻杆内壁通常会产生泥皮，泥皮的厚度一般在2mm，3mm，有 时会超过5mm，钻杆内壁结泥皮通常有以下规律： 1)泥皮的成份主要为钻井液中的固相颗粒(粘土)和岩粉所组成。 2)形成泥皮的部位大部分在上部的2。4根立根的钻杆内壁上。泥皮在钻杆接箍部位的上下比效厚， 而钻杆中间部位通常较薄，甚至没有。在主动钻杆与绳索取芯钻杆连接处，泥皮特别严重。 3)泥皮凝结的厚度自上而下逐渐由厚变薄，泥皮中的固相颗粒也由粗到细㈣斗m。70斗m)。 4)泥皮并不是一次所形成的，而是一层一层叠加起来的；泥皮的凝结呈螺旋状，并且钻杆转速愈快， 泥浆质量越差，形成泥皮速度陕愈厚，螺旋角也逐渐变小。 3泥皮产生的原因 3．1钻进液中的固相颗粒成份的粘附性 野外地质钻探工作中，绳索取芯钻进通常根据地层的特点、钻孔的深度、施工的要求等来选择不同 类型的钻井液。随着不断地钻进，1钻井液中没能沉淀下来的固相颗粒不断增加。这些颗粒极其细小，有 时甚或达到纳米级；相对其它化学剂分子其体表面积特大，通常会在其上吸附溶剂而形成网状结构物， 使固相颗粒吸附能力增强，进而使冲洗液的粘性增大。特别是在水敏性地层施工钻进，该现象最为明显。 其固相颗粒的吸附力强是泥皮形成的主要内部原因。 3．2钻井液中固相颗粒受钻杆柱高速回转的离心力作用 从泥皮的成份中我们知道：钻井液中的固相颗粒和岩粉的聚集是形成泥皮的基础。钻井液中固相颗 粒在回转的钻杆内流动承受的力作用主要有以下二个方面： 1)垂直方向：钻井液中固相颗粒本身的重力和泥浆泵传递给钻井液垂直往下的力及其垂直向上钻井 液与钻杆内壁的摩擦阻力。 2)钻进中，钻井液中的固相颗粒随着钻杆做高速旋转而产生较高的离心力，其离心力(F)的大小 收稿日期：2013-04 作者简介：邓清松(1989一)，男，四川达州人，助理工程师，研究方向：钻探技术及管理工作 138 绳索取芯钻杆内壁泥皮的成因及预防 与钻井液中固相颗粒质量的大小(M)、钻杆旋转的角速度(∞)、颗粒质点离钻杆中心线的距离(R)成正比关 X‘1)2×R。 系，可用下式表示：F=M 钻井液中细小固相的颗粒在以上述二力的合力作用下，在钻杆的内部作螺旋向下运动的同时不断地 被抛向钻杆的内壁，由于泥浆中的处理剂具有粘结性，便把固体颗粒牢牢地粘附在管壁上，并逐渐挤密 压实，越积越厚，形成了坚韧的泥皮。这是泥皮形成的外力条件。 3．3设备结构的一些问题 钻探设备存在的问题主要出现在主动钻杆与钻杆及钻杆与钻杆的相互连接过程。在不同口径钻杆相 连的过程中往往会造成一定的死角。特别是在主动钻杆与绳索取芯钻杆连接处，由于主动钻杆的内径与 绳索取芯管径的差异较大，存在的死角也较大。造成循环过程中钻进液会在此处停留堆积一会而不能被 直接输送到孔底循环。随着钻探的工作流程：钻进——取芯——钻进的不断发生，停留在这些死角处的 钻井液将会