泡沫钻进在深孔水文水井钻探中的应用

2021-11-29吴文

中国金属通报 2021年10期

吴文

（贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队，贵州贵阳 550081）

在干旱缺水的地方进行水文钻探中，使用的是纯净水和泥浆的污垢当作是介质。由于地表水的供应困难，泥浆流入坑中会使钻探复杂化。在这种情况下，泡沫是最适合作为冲洗的介质。自从1950年代中期以来，泡沫钻进作为一种新的钻井工艺，泡沫钻井是一种适用于在复杂地质条件下进行钻井的新型钻井工艺。在钻孔过程中使用均匀的泡沫作为循环介质，由于其特性，它有效地解决了在干旱和稀缺水域的钻井问题。泡沫流上返速度低,对井壁的冲刷作用小。这样，可以有效地防止接头孔中的事故，该事故容易被破坏并且胶结性能差。本文一开始介绍了泡沫钻进在深孔水文水井钻探中的重要性，接着对空气泡沫钻进技术特点展开了论述，以及空气泡沫钻进技术在地质岩心钻探中的应用要点，最后对泡沫钻进的一些应用及效果做出了说明。

1 泡沫钻进在深孔水文水井钻探中的重要性

在地质核钻探中，合理使用气孔钻探技术非常重要，可以有效降低地质核钻探成本，提高地质核钻探的整体效率。为了确保在地质岩心钻探中最好地利用泡沫钻探技术，操作人员必须不断改进原油钻探方法，以确保将泡沫钻进系统的操作与实际工作相结合，以确保地质岩芯的钻探质量。在此基础上，可以有效地提高泡沫钻进系统的效率，并且可以顺利进行地质岩芯的钻探。另外，将空气泡沫钻探技术应用于主要的地质钻探，可以为操作员提供更准确的钻探信息，降低操作员的操作压力，并进一步提高地质岩心钻探的效率。空气泡沫钻孔技术比传统的冲洗钻孔技术更易于操作。钻机的平均运行速度可提高0.98～1.62倍，地质核积累率可提高约15%，这会污染岩芯。由于在钻孔过程中空气钻杆的长度较短，因此将减少钻杆断裂事故的发生。

2 空气泡沫钻进技术特点

2.1 提升钻井速度

空气泡沫钻进技术可在应用过程中有效提高钻孔速度。由于发泡介质的密度低，井中的压力相对较低，因此可以减少井中泄漏的发生，从而有效地提高了钻井速度。如果该区域的地层结构相对复杂并且地层中的侵蚀力相对较大，则使用泡沫钻井技术可使主井的地质壁结构更加稳定。另外，由于岩石颗粒的表面被空气泡沫覆盖，因此在岩石颗粒的表面上可以形成良好的保护表面，这增加了岩石结构的可靠性并减少了泥包的出现。

2.2 护壁能力较强

空气泡沫钻井技术比干空气钻井技术更易于操作。例如，在含水层中使用空气泡沫钻探技术，可以有效地防止在钻探区域周围发生岩屑。由于钻探位置中的相对较高的压力，砂浆的亲水基团可以在泡沫过程中吸收岩屑，从而在钻探位置中更好地吸收了岩屑。此外，将空气泡沫钻进技术应用到地质岩心钻探过程当中，能够有效提升护壁的稳定性，当空气泡沫的流动速度比较低时，对孔壁的冲刷作用较小，保证泡沫能够更好的吸附到孔壁表面。

2.3 经济效益较好

使用泡沫钻进技术可以节省一些运输成本，并确保有效利用水资源。由于空气泡沫的低消耗量和可循环利用的特性，它可以减少原材料的损失并减少污染。对操作员使用空气泡沫钻井技术的要求相对较低，这确保了地质资源的评估可以照常进行。随着科学技术的不断发展，空气泡沫钻井技术也在不断发展，可以有效减少施工时间并带来良好的经济效益。

3 空气泡沫钻进技术在地质岩心钻探中的应用要点

3.1 科学配置泡沫剂

研究表明，由于发泡剂的科学配置，可以确保在重大地质钻探过程中，合理使用空气泡沫钻探技术。在选择发泡剂的过程中，操作员必须结合发泡剂的发泡效果，并仔细选择发泡剂。研究表明，ADF-3泡沫具有良好的强度，强大的发泡能力和在水中的良好溶解性。科学地安装密封和偏转装置，并在口密封件上使用方钻杆144 * 144，严格控制孔的直径。在选择空气压缩机的过程中，操作员必须结合高压空气管线的运行条件，将钢管永久性地连接到用钢丝编织的软管上。

3.2 合理控制转速

对于地质钻头，在应用空气泡沫钻探技术时，必须谨慎地控制钻柱的速度和强度，以有效地增加钻杆的强度，并使钻进具更加有效率。在正常情况下，钻探量较小，管道外部的泡沫系统更稳定。如果在该区域很难钻探地质杆，则操作人员应结合井壁的设计特点并选择钻具的型号，以有效地提高钻具的效率。在钻凿岩石的过程中，操作员可以提高钻具的工作速度。但是，钻孔工具的最大运行速度不应超过800 rpm。如果钻孔工具的工作速度超过800 rpm，则容易发生堵塞。

通过仔细地控制钻具的旋转速度，可以确保钻探地质棒的质量并减少下沉的情况。为了在钻井压力期间更好地将钻井部分压在岩石上，操作员必须根据地层特征控制钻井工具的速度，并因此降低钻井压力以提高地质钻杆的效率。该地区的岩石侵蚀相对较低，操作人员必须显著提高钻井压力，以改善地质岩芯的钻井效果。

在选择空气压缩机的过程中，操作员必须结合气泡的排量，以确保更好地开发地质岩芯的钻探效率。如果该区域的钻孔深度较大，则操作员必须结合空气压缩机的操作条件，并根据孔中静态流体柱的高度不断调整气泡的钻孔速度，以便在地质上继续进行主要的钻孔操作。

3.3 空气泡沫钻进技术的发展方向

为了确保空气泡沫钻井技术的最佳发展，研究人员需要继续改进填充系统并有效收集地面管道，以确保管道内的空气和泡沫混合，并进一步提高泡沫系统的可靠性。由于钻探地质岩心的困难越来越大，研究人员应在当前工作中结合该地区地层结构的特征，以可接受的方式选择钻探部位，并充分影响泡沫钻探技术的利益。此外，研究人员应相应地加大放大器领域的工作，并根据空气压缩机的运行来科学地控制放大器的内部压力。当空气压缩机压力达到2.5 MPa时，增压泵的内部工作压力可以达到3.9 MPa。研究人员根据流体供应的状态继续改善空气压缩机的内部结构。因此，研究人员需要结合放大设备的操作，在指定位置安装额外的泵送设备。

4 泡沫钻进的一些应用

4.1 BWZ- 1100 50型水泵泡沫技术

BWZ- 1100 50型水泵泡沫分别将空气和低压液态泡沫的混合物泵入水泵，并利用高压水泵的动力在泡沫上产生压力。基于对深水井中泡沫钻井的现代要求，开发基于原始BWZ-1100 50单向泵的功能强大的高性能泡沫放大器非常重要。

许多国家认为，泡沫钻探是在干燥和稀缺的水域，山区供水困难的地区，低压噪声和持续冻结的地方进行钻探有效的方法。泡沫钻探在固体矿床勘探和钻探中的内部应用已取得了良好的效果。

对于水文井，当钻井遇到泄漏或破裂层时，将发生严重的泥浆泄漏。当黏土随着水的增稠而变薄时，污垢的密度应增加，这样污垢会带来石屑并返回到表面。如果泥浆的密度过高，则会在泥浆中放置切口以形成黏稠的泥浆，这会减小孔的直径并使其粘连。在钻探水文井时，黏土用于在破碎，丢失和湍流的水层中进行钻探。使用粗泥浆会增加在井中发生事故的可能性，并且如果水层被堵塞，则很难更换砂浆并留下井眼。管道破裂，油井完工，导致毁坏，在该模具中使用泡沫钻孔具有明显的优势。泡沫不会在井壁上形成污垢，并且泡沫本身的钻孔具有冲洗井的功能，不会关闭水层，并且可以避免井内发生不必要的事故。泡沫钻孔的使用解决了在缺失层中钻孔的问题。与相同的岩层相比，钻井效率高于泥浆，节省了大量的钻井用水，降低了钻井成本。因此，在泡沫层上钻孔比在漏水，破裂，浸水地层上钻孔具有明显优势。将来，这种钻井技术需要不断改进，并且需要大力推广泡沫中的钻井方法，并且该泡沫可以用进行清洗和修复。

4.2 泡沫潜孔锤钻进技术

DTH气锤钻探是一种将高压空气引入DTH锤，并通过泡沫泵将少量泡沫液体泵入气流中，以再循环介质中提供大量泡沫的钻探方法。当打孔锤运行时，空气压缩机的高压空气出口从钻具（钻杆或钻头）进入锤的端部，然后通过控制阀进入气缸并推动气缸锤。排渣后，废气通过位于该孔下方地面中的一个小钻孔。

4.3 空气-泡沫牙轮钻进技术

井眼中的空气泡沫钻孔过程是指空气泡沫循环介质，而不是传统的钻孔过程。当空气压缩机从孔底部的钻杆吹出高压空气时，少量泡沫从泡沫泵中泵出，然后水从钻头下方的井中排出。在这段时间内，泡沫不仅消除了井眼中钻探部分的裂缝，而且还冷却了钻探部分。空气泡沫锥的钻孔更适合在沉积岩石中钻孔，这种类型的地层中的水流量通常很大。随着坑的深度增加，进入坑的水量将增加。用空气泡沫锥钻孔可以达到更大的深度。可以将少量纤维素和混合泡沫溶液添加到高压空气中，以提高空气停止熔渣的能力。它对保护蒸汽壁很有用，另外一个则用于减少空气泄漏。

5 钻进程序及其效果

在100m～800m区域的整个钻井过程中，都使用泡沫进行钻井。其中，在100m～650 m的场地上形成了高强度砂岩，并使用了带有泡沫的DTH射孔器。形成了650m～1200m的煤块，并采用了可达到800m的页岩和空气泡沫锥钻技术。由于大量的水从储层中流出，井中的背压非常高，钻井停止。在最后一个孔中用泥锥钻了800m～1500 m的孔。

在100m～200m的范围内用泡沫进行钻孔的过程中，使用了两个空气压缩机来并行供气。随着钻井深度的增加，水压力逐渐增加。用于释放井中的水压并联连接了两个空气压缩机，在通过增压器施加压力后，空气进入井中，该增压器不仅提供钻井所需的空气量。泡沫在储液罐中均匀混合，然后使用配备有钻机的泡沫泵倒入钻柱头的动力中，并通过高压空气通过钻杆输送到井底。用空气泡沫锤钻技术不仅可以最大程度地发挥DTH锤破坏硬岩石的高效率，而且还可以充分反映出岩石粉尘的泡沫性质，这对于稳定石墙很有用。泡沫钻进技术消除了以下缺点：在岩石的软层中钻探潜孔钻探效果较弱，并且由于受地下水影响的反压增加，钻探深度相对不足。