涌漏地層潤滑減阻的應(yīng)用

宋安祥

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局706隊(duì)阿勒泰836500）

涌漏地層潤滑減阻的應(yīng)用

宋安祥

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局706隊(duì)阿勒泰836500）

圍繞全孔返水或局部漏水、鉆具潤滑減阻、鉆具與井壁的摩擦阻力太大，轉(zhuǎn)數(shù)開不起來等問題，對(duì)涌、漏地層的潤滑減阻做了實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行了細(xì)致的探討。

金剛石鉆進(jìn)涌漏地層潤滑減阻鉆具潤滑

金剛石鉆進(jìn)施工以來，千變?nèi)f化的地層給金剛石鉆進(jìn)工藝提出了新的課題。全孔返水或局部漏水的地層問題，可以采用乳化液潤滑鉆具。如果遇到涌水或全孔漏水的地層，鉆具潤滑減阻就成為一個(gè)突出的問題：如果不用乳化液，鉆具與井壁的摩擦阻力太大，轉(zhuǎn)數(shù)開不起來，用孕鑲鉆頭打不出水平；如果使用乳化液，在涌水孔，很快被稀釋；在漏水孔全部被漏光；任其消耗，經(jīng)濟(jì)損失太大。同時(shí)，由于稀釋或漏失，即使花得起本錢，仍然起不到潤滑鉆具的作用。由此可知，潤滑減阻對(duì)金剛石鉆進(jìn)有著重要的影響，因此，不解決涌漏地層的鉆具潤滑減阻問題，即使是其它條件都適應(yīng)金剛石鉆進(jìn)，也無法擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在鉆具潤滑方面，也存在一些的問題。

1 概況

我隊(duì)開始進(jìn)行金剛石鉆進(jìn)中，選擇了比較好的地層，井壁完整，全孔返水，偶而漏失，用水泥灌注即可解決問題。全孔使用乳化液，效果很好，順利的打下了一個(gè)721 m的深孔。施工地區(qū)改變以后，遇到了比較嚴(yán)重的漏失地層。如鉆探分隊(duì)612機(jī)臺(tái)施工的5線40孔，鉆進(jìn)中乳化液大量漏失，每米鉆孔僅乳化液費(fèi)用曾高達(dá)15元之多。經(jīng)多次用超早強(qiáng)水泥堵漏，才勉強(qiáng)將鉆孔結(jié)束。后來又上了兩個(gè)新礦區(qū)，一個(gè)是鉆探分隊(duì)某鐵礦區(qū)，主要巖層為輝長巖。井壁較完整。604機(jī)臺(tái)施工第一個(gè)孔時(shí)全孔返水，而第二孔卻從井深245 m處開始漏水。經(jīng)測(cè)定，涌水量達(dá)35 kg/min左右，與正常鉆進(jìn)的水量相對(duì)，以致無法使用乳化劑。另一個(gè)是鉆探分隊(duì)施工的某鉛鋅礦區(qū)，主要巖層為灰?guī)r、白云母及泥質(zhì)、炭質(zhì)灰?guī)r和石英砂巖等，巖石破碎、裂隙發(fā)育，除幾米表土層返水外，一到基巖，全部漏失，即使用特效堵漏方法，在時(shí)間上、經(jīng)濟(jì)上損失也太大，加之Ca、Mg離子多，乳化液破乳問題也難以解決。因此，我們先后采用了3種涂敷辦法，取得了比較滿意的效果，使金剛石小口徑打出了一定的水平，2008年鉆頭平均壽命達(dá)99.98 m，金剛石鉆進(jìn)臺(tái)月效率最高的612機(jī)臺(tái)，達(dá)565 m。

2 幾種潤滑減阻方法的嘗試

眾所周知，提高轉(zhuǎn)數(shù)可以增加單位時(shí)間內(nèi)鉆頭中顆粒微小的金剛石磨削巖石的機(jī)會(huì)，是孕鑲金剛石鉆頭提高鉆進(jìn)效率的有效措施之一。提高轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)鍵是減少鉆具與井壁的摩擦阻力。這一點(diǎn)，在完整巖層，只要用好不同類型的乳化液即可做到。而在涌、漏地層用乳化液便不能奏效。我隊(duì)先后采用了以下幾種涂敷辦法，現(xiàn)加以介紹：

2.1 潤滑脂涂敷法

潤滑脂的種類很多，性能各有不同。受原條件所限，只采用ZG-3鈣基潤滑脂和少量ZL45-5鋰基潤滑脂。鈣基脂貨源廣，價(jià)格便宜，采用的較多。鋰基脂與鉆具的結(jié)合強(qiáng)度較鈣基脂高，但由于價(jià)格較高，采用的較少。在鉛鋅礦區(qū)施工的機(jī)臺(tái)沒有使用涂敷法潤滑鉆具之前，機(jī)臺(tái)試圖提升轉(zhuǎn)數(shù)，井深200 m左右時(shí)，到470 r/min時(shí)，電流達(dá)40 A，到655 r/min，電流達(dá)50 A以上，且鉆具振動(dòng)很大，鉆桿折斷頻繁，啟動(dòng)補(bǔ)償器經(jīng)常跳閘。1 096 r/min是根本無法啟動(dòng)。采用3號(hào)鈣基潤滑脂涂敷后，開同樣的轉(zhuǎn)數(shù)，電流明顯下降，鉆具回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，鉆桿折斷次數(shù)顯著減少。到1 099 r/min，電流只有28A～30 A；到655 r/min，電流下降到25 A左右，滿足了金剛石鉆進(jìn)高轉(zhuǎn)數(shù)的需要。

使用方法很簡單：即在降下鉆具時(shí)，將潤滑脂涂到粗徑鉆具和鉆桿上。經(jīng)鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)后，潤滑脂便均勻的粘敷在鉆具和孔壁上，在鉆具和孔壁上各形成了一層油膜，大大地減少了鉆具與井壁的摩擦阻力，起到了潤滑減阻作用。但是由于鉆具與井壁之間有一定的間隙，鉆具回轉(zhuǎn)過程中，受到扭力與軸心壓力的作用，鉆具各部位與井壁之間，有時(shí)是點(diǎn)接觸，有時(shí)線接觸，造成局部位置單位面積壓力較大。因此，壓力超過油膜的抗壓強(qiáng)度，油膜即被破壞，升上鉆具后會(huì)發(fā)現(xiàn)有被磨光之處。如出現(xiàn)這種情況，降下時(shí)再重新涂上即可。

鋰基潤滑脂的用法與鈣基脂一樣。用這種方法，曾施工了一個(gè)848.50 m的涌水鉆孔。在漏水地層施工了大量鉆孔。

2.2 機(jī)油、松香、瀝青、石蠟涂敷劑

因?yàn)橛脻櫥F(xiàn)場(chǎng)較臟，有關(guān)資料介紹，用機(jī)油、松香、瀝青、石蠟，按1∶1∶0.5∶0.35的比例，加溫混合攪拌制成涂敷劑，使用方法與潤滑脂相同。經(jīng)在一個(gè)孔實(shí)驗(yàn)，孔淺時(shí)效果較好，隨著鉆孔加深和施工時(shí)間的延長，因鉆具高速回轉(zhuǎn)與井壁摩擦產(chǎn)生的高溫促使涂敷劑老化的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，鉆桿上粘結(jié)了一層厚厚的油垢，潤滑性能顯著降低。降下時(shí)，粘在井壁上的涂敷劑，被鉆頭刮到巖心管內(nèi)，造成敲心困難。這種方法在深孔不宜使用。

2.3 ABS涂敷劑

ABS（十二烷基苯磺酸鈉），是陰離子型表面活性劑的一種。這種活性劑抗鈣鹽性能較強(qiáng)，碰到含鈣離子較多的巖層，不會(huì)產(chǎn)生膠狀沉淀物。遇到硬水，也不需進(jìn)行軟化處理。它是自制乳化液的主要原料之一。在完整巖層，可以用清水稀釋后直接作乳化液使用。而在漏失地層，則無法直接使用。通過使用機(jī)油、松香、瀝青、石蠟合成涂敷劑得到啟示，利用瀝青融化后與金屬物質(zhì)粘接性能較強(qiáng)，機(jī)油潤滑性能好，ABS抗鈣能力強(qiáng)而且又有潤滑劑的特點(diǎn)，混合制成ABS涂敷劑。配方見表1。

表1 混合制成ABS涂敷劑配方%

具體加工方法：先將廢機(jī)油（用好機(jī)油成本高）和瀝青放在敞口容器中加溫?cái)嚢瑁葹r青溶化后，將稱量好的ABS加入容器中繼續(xù)加溫?cái)嚢?，待全部溶化攪勻后冷卻待用。涂敷方法與使用潤滑脂相同。

實(shí)踐表明，用Ⅰ號(hào)配方加工的ABS涂敷劑效果最佳。據(jù)觀察，鉆具表面油層很薄，結(jié)合強(qiáng)度較高，用手摸滑膩感很強(qiáng)，鉆具回轉(zhuǎn)阻力很小。400m以內(nèi)，可用1096r/min鉆進(jìn)，井深以后，也可用655r/min鉆進(jìn)。不足之處：浸在孔底水中的少量鉆具表面涂層易被水沖洗掉，每個(gè)回次都要補(bǔ)涂，因而消耗量偏大；Ⅱ號(hào)和Ⅲ號(hào)配方，ABS減少，瀝青增加，涂敷劑與鉆具的粘結(jié)能力增強(qiáng)，ABS消耗量有所減少，潤滑效果也較理想，同時(shí)克服了潤滑脂老化后形成油垢和堵塞粗徑鉆具不易敲巖心的缺點(diǎn)，是漏失地層金剛石鉆進(jìn)的較好潤滑材料之一。

3 存在的問題

⑴在涌漏地層進(jìn)行金剛石鉆進(jìn)，用上述涂敷辦法，鉆具潤滑問題可以得到初步解決，但與使用乳化液潤滑鉆具相比，金剛石鉆頭潤滑部分得不到潤滑，因而鉆頭壽命不及能使用乳化液的地層所用的鉆頭壽命高，相對(duì)而言，鉆探成本有所提高。

⑵鉆具被涂敷后，鉆具發(fā)生的缺陷易被掩蓋，難以在井外檢查出來，在升降過程中一旦發(fā)生斷鉆，由于孔內(nèi)無水，極易造成嚴(yán)重的跑管事故。

⑶用涂敷法潤滑鉆具，由于鉆具上、提引器具、扭卸工具上和操作人員的手上，都沾滿了油污，不便操作，這一點(diǎn)不受操作工人歡迎，給普通推廣應(yīng)用帶來困難。

4 結(jié)束語

金剛石鉆進(jìn)方法在涌、漏地層施工必不可免，為此，解決涌、漏地層的鉆具潤滑問題，是鞏固和發(fā)展金剛石鉆進(jìn)技術(shù)，提高金剛石鉆進(jìn)在各種地層的適應(yīng)能力所必須解決的技術(shù)難題之一。

收稿：2014-02-24