地質(zhì)巖心鉆探中空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

張世元，郭海超，祁召軍

（青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810000）

空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)屬于多工藝空氣鉆井技術(shù)的一種，在石油鉆探、地質(zhì)巖心鉆探領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，能夠保證提升鉆探效率。由于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，礦產(chǎn)資源需求量不斷增加，礦產(chǎn)資源勘察工作已經(jīng)引起人們的關(guān)注，為了保證空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)在地質(zhì)巖心鉆探中得到更好的應(yīng)用，本文主要分析空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，為地質(zhì)巖心勘探人員提供更加精確的勘察數(shù)據(jù)，促進(jìn)我國鉆探行業(yè)的快速的發(fā)展。

1 地質(zhì)巖心鉆探中應(yīng)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的重要性

在地質(zhì)巖心鉆探中，合理運(yùn)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)至關(guān)重要，能夠有效降低地質(zhì)巖心鉆探成本，提升地質(zhì)巖心的總體鉆探效率。想要保證空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)在地質(zhì)巖心鉆探中得到更好的應(yīng)用，操作人員在實(shí)際工作當(dāng)中，要結(jié)合地表灌注系統(tǒng)的運(yùn)行情況，不斷改進(jìn)原油的鉆進(jìn)方法，在保證地質(zhì)巖心鉆探質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，有效提升地表灌注系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保證地質(zhì)巖心鉆探工作得以順利開展。除此之外，將空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)巖心鉆探中，能夠?yàn)椴僮魅藛T提供更加精確的鉆探數(shù)據(jù)，減輕操作人員的工作壓力，進(jìn)一步提升地質(zhì)巖心鉆探效果。與傳統(tǒng)的沖洗鉆進(jìn)技術(shù)相比，空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的操作流程更加簡單，鉆進(jìn)設(shè)備的平均運(yùn)行速度能夠提高0.98-1.62倍，地質(zhì)巖心的采取率能夠提高15%左右，對(duì)巖心的污染特別小。在鉆進(jìn)的過程中，由于空氣泡沫鉆桿長度較短，會(huì)降低鉆桿斷裂事故的發(fā)生[1]。

2 空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)

（1）提升鉆井速度。在應(yīng)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的過程中，能夠有效提升鉆井速度。由于泡沫介質(zhì)的密度較低，鉆孔內(nèi)部的壓力比較小，能夠減少孔內(nèi)漏洞現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證鉆井速度得到有效提升。如果該地區(qū)地層結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)地層的沖刷作用力較大，運(yùn)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)，能夠保證地質(zhì)巖心鉆井孔壁結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。另外，由于巖體顆粒外表已經(jīng)被空氣泡沫包裹住，能夠在巖體顆粒表面形成良好的保護(hù)膜，提升巖體結(jié)構(gòu)的可靠性，減少泥包現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）護(hù)壁能力較強(qiáng)。與干空氣鉆進(jìn)技術(shù)相比，空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的操作流程更加簡單。例如，在含水層中，運(yùn)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)，能夠有效避免巖粉包鉆頭現(xiàn)象的發(fā)生，由于鉆頭部位的壓力比較大，泡沫流動(dòng)過程中，溶液的親水端能夠有效吸附巖粉，保證巖粉更好的吸附到鉆頭中。此外，將空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)巖心鉆探過程當(dāng)中，能夠有效提升護(hù)壁的穩(wěn)定性，當(dāng)空氣泡沫的流動(dòng)速度比較低時(shí)，對(duì)孔壁的沖刷作用較小，保證泡沫能夠更好的吸附到孔壁表面。

（3）經(jīng)濟(jì)效益較好。通過合理運(yùn)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)，能夠節(jié)省一定的運(yùn)輸成本，保證水資源得到合理利用。由于空氣泡沫的消耗量較少，具有重復(fù)回收利用的特點(diǎn)，能夠減少原材料的浪費(fèi)，對(duì)周圍環(huán)境的污染較小。在應(yīng)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的過程中，對(duì)操作人員的要求較低，保證地質(zhì)資源評(píng)估工作得以順利進(jìn)行。伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)也在不斷改進(jìn)，能夠有效縮短施工時(shí)間，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

3 空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)在地質(zhì)巖心鉆探中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 科學(xué)配置泡沫劑

研究表明，通過科學(xué)配置泡沫劑，能夠保證空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)在地質(zhì)巖心鉆探中得到合理利用。在選擇泡沫劑的過程中，操作人員要結(jié)合泡沫劑的發(fā)泡性能，合理選擇泡沫劑。研究表明，ADF-3泡沫劑的穩(wěn)定性較好，發(fā)泡能力特別強(qiáng)，具有良好的水溶性能。泡沫劑的添加比例在3‰到4‰之間，在1t水添加4kg的ADF-3泡沫劑，并進(jìn)行合理攪拌，保證泡沫劑的化學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定[3]。另外，操作人員還要合理選擇空氣泡沫鉆進(jìn)設(shè)備，PB-30型泡沫泵的壓力為3MPa，排量為40L/min。

在孔口密封處，科學(xué)安裝密封導(dǎo)流裝置，結(jié)合144＊144方鉆桿的使用情況，嚴(yán)格控制鉆孔直徑。在選擇空壓機(jī)的過程中，操作人員要結(jié)合高壓空氣管路的運(yùn)行情況，將無縫鋼管與鋼絲編織膠管進(jìn)行有效連接。

3.2 合理控制轉(zhuǎn)速

對(duì)于地質(zhì)巖心鉆探人員來講，在應(yīng)用空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的過程中，要合理控制鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率，有效提升鉆桿強(qiáng)度，保證鉆具更加穩(wěn)定。一般情況下，鉆具體積小，管道外部的泡沫體系更加穩(wěn)定。如果該地區(qū)的地質(zhì)巖心鉆探難度較大，操作人員要結(jié)合孔壁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理選擇鉆具型號(hào)，有效提升鉆具的運(yùn)行效率。在巖石鉆進(jìn)過程中，操作人員可以適當(dāng)提高鉆具的運(yùn)行速度，但是，鉆具的最大運(yùn)行速度不宜超過800r/min，如果鉆具的運(yùn)行速率超過800r/min，很容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

通過合理控制鉆具的轉(zhuǎn)速，能夠保證地質(zhì)巖心鉆探質(zhì)量，減少坍塌事故的發(fā)生。在鉆壓過程中，為了保證鉆頭能夠更好的擊碎巖石，操作人員要根據(jù)地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理控制鉆具速度，并適當(dāng)減小鉆壓，有效提升地質(zhì)巖心鉆探效率。當(dāng)該地區(qū)的巖石研磨性比較小時(shí)，操作人員則需要合理加大鉆壓，提升地質(zhì)巖心鉆探效果。

在選擇空壓機(jī)的過程中，操作人員要結(jié)合空氣泡沫的排量，保證地質(zhì)巖心鉆進(jìn)效率得到更好的提升。如果該地區(qū)的鉆孔深度較大，操作人員要結(jié)合空壓機(jī)的運(yùn)行情況，并根據(jù)孔內(nèi)靜液柱高度，不斷調(diào)整空氣泡沫鉆進(jìn)速度，保證地質(zhì)巖心鉆探工作得以順利進(jìn)行。

3.3 空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向

為了保證空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)能夠更好的發(fā)展，研究人員要不斷完善灌注系統(tǒng)，并將地表管道進(jìn)行有效匯總，保證管道內(nèi)部的空氣與泡沫液混合均勻，進(jìn)一步提升泡沫系統(tǒng)的可靠性。由于地質(zhì)巖心鉆探難度不斷加大，研究人員在實(shí)際工作當(dāng)中，要結(jié)合該地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理選擇鉆頭，充分發(fā)揮空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的鉆進(jìn)優(yōu)勢。此外，研究人員還要適當(dāng)加大對(duì)增壓裝置的研究力度，結(jié)合空壓機(jī)的運(yùn)行情況，科學(xué)控制增壓機(jī)內(nèi)部壓力。當(dāng)空壓機(jī)的壓力達(dá)到2.5MPa時(shí)，增壓泵內(nèi)部運(yùn)行壓力能夠達(dá)到3.9MPa，研究人員結(jié)合供液情況，不斷改進(jìn)空壓機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，研究人員要結(jié)合增壓設(shè)備的運(yùn)行情況，在指定位置安裝增加泵裝置。

4 結(jié)語

綜上，通過科學(xué)配置泡沫劑、合理控制轉(zhuǎn)速，并詳細(xì)介紹空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向，能夠幫助操作人員更好的了解空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)操作流程，提升地質(zhì)巖心鉆探效果。對(duì)于操作人員來說，在實(shí)際工作當(dāng)中，要不斷改進(jìn)原有的空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)，在保證地質(zhì)巖心鉆進(jìn)質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，有效減少地質(zhì)鉆探坍塌事故的發(fā)生。