小口徑深孔繩索取心鉆探用泥漿泵性能參數(shù)計(jì)算

柴喜元，雷澤勇，劉曉陽，歐陽志強(qiáng)，鄧健

(1.南華大學(xué)，湖南衡陽 421001；2.衡陽中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司，湖南衡陽 421002；3.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029)

0 引言

泥漿泵是地質(zhì)巖心鉆探中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其主要作用是在巖心鉆探過程中向鉆孔內(nèi)供給沖洗液(泥漿或清水)，使之在鉆孔內(nèi)循環(huán)，以達(dá)到攜帶巖屑返回地面、保持孔內(nèi)干凈、冷卻和潤滑鉆頭及鉆具、保護(hù)孔壁防止垮塌以及幫助鉆進(jìn)等目的。泥漿泵性能的優(yōu)劣，選用泵的參數(shù)是否與施工工藝匹配得當(dāng)，將直接影響鉆探施工質(zhì)量(成孔率)、效率、成本和安全性。因此，根據(jù)小口徑深孔繩索取心鉆探工況需要，科學(xué)地估算所需泥漿泵的主要性能參數(shù)，不論對鉆探施工隊(duì)伍，還是對泥漿泵設(shè)計(jì)人員都很有必要。本文通過對小口徑深孔繩索取心鉆探工況進(jìn)行分析，討論了泥漿泵主要性能參數(shù)的計(jì)算方法，為鉆探施工隊(duì)伍選擇泥漿泵和廠家設(shè)計(jì)泥漿泵提供了理論依據(jù)，并以2000 m金剛石繩索取心鉆探為例，進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。

1 繩索取心工藝對泵性能的要求

向鉆孔內(nèi)輸送沖洗液的流量(泵量)取決于巖性和鉆進(jìn)工藝，即巖石性質(zhì)、沖洗液性能、鉆進(jìn)方法、鉆具的匹配、鉆頭的尺寸及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和鉆壓等鉆進(jìn)參數(shù)。隨著這些因素的變化，所需沖洗液量的差異很大。因此，泥漿泵的泵量應(yīng)能在較大范圍內(nèi)方便而迅速地進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同鉆進(jìn)條件下對沖洗液量的需要[1]。

沖洗液要在鉆孔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，就必須克服各種液流阻力。阻力的大小可根據(jù)沖洗液循環(huán)管路的特點(diǎn)和條件，運(yùn)用流變學(xué)中有關(guān)液流阻力計(jì)算求出。在實(shí)際工作中，沖洗液在循環(huán)管路中的流動(dòng)阻力，常常會(huì)由于巖性的變化、孔壁坍塌掉塊、巖心堵塞等因素而發(fā)生變化，有時(shí)變化幅度很大。為了克服流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)沖洗液的循環(huán)，泥漿泵輸送的沖洗液必須有足夠的壓力[1]。地質(zhì)巖心鉆探鉆具與孔壁的環(huán)狀間隙較小，使沖洗液在環(huán)狀間隙的沿程阻力大為增加，故要求泥漿泵必須具有較高的泵壓。

泵量和泵壓是泥漿泵的兩個(gè)主要性能參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)循環(huán)洗孔的目的，在一定工況下，泥漿泵應(yīng)具有泵量不受壓力變化影響的性能，即泥漿泵的壓力隨著管路阻力的變化而變化時(shí)，泵量應(yīng)保持不變。

2 泵量的估算

鉆探所需的泵量是指單位時(shí)間內(nèi)通過孔底和鉆桿與孔壁環(huán)狀空間上返的沖洗液的體積量。如果沖洗液在鉆桿柱中流動(dòng)時(shí)沒有泄漏，在環(huán)狀空間上返時(shí)也沒有向孔壁滲漏，那么該沖洗液量就是由泥漿泵向鉆孔內(nèi)輸送的沖洗液量。

鉆探泵量的確定是以保證有效地排出巖粉和冷卻鉆頭為前提。泵量不足，巖屑就不能及時(shí)排出孔底，造成巖屑的重復(fù)破碎，影響鉆進(jìn)效率，甚至碎巖受阻。泵量不足還會(huì)導(dǎo)致鉆頭與巖石摩擦產(chǎn)生的熱量不能被及時(shí)帶走，溫度會(huì)不斷上升，以致鉆頭上的磨料被軟化而失去克取巖石的能力，甚至釀成“燒鉆”事故。泵量過大，會(huì)增加對孔壁和巖心的沖刷破壞作用，并產(chǎn)生不必要的能量消耗。因此，在實(shí)際鉆探中，合理地確定泵量，是保證正常鉆進(jìn)，獲得良好鉆進(jìn)效果的重要環(huán)節(jié)[1]。

在地質(zhì)巖心鉆探中，泵量以每分鐘排出若干升計(jì)算，它與鉆孔直徑及所要求的沖洗液自孔底上返速度有關(guān)，即孔徑越大，所需泵量越大。要求沖洗液的上返速度能夠把鉆頭切削下來的巖屑、巖粉及時(shí)沖離孔底，并可靠地?cái)y帶到地表。沖洗液的上返速度必須大于重量最大的巖屑在沖洗液中的沉降速度。具體理論計(jì)算方法，可查閱相關(guān)資料，本文不再贅述。一些資料中提到可根據(jù)美國的最優(yōu)沖洗液返速經(jīng)驗(yàn)公式(1)，具體計(jì)算出不同孔段的最佳沖洗液返速：

式中：vh為最佳沖洗液返速，m/s；Dh為孔徑，mm；ρm為沖洗液密度，g/cm3。

按照《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》，金剛石繩索取心鉆探應(yīng)保持沖洗液的上返速度為0.5～1.5 m/s[2]。上返速度確定后，即可根據(jù)公式(2)計(jì)算出不同孔徑所需的理論泵量：

式中：Q為泵量，L/s；Dh為孔徑，mm；Dp為鉆桿外徑，mm；vh為沖洗液返速，m/s。

在選擇和設(shè)計(jì)泥漿泵時(shí)，泵量應(yīng)能在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)在不同鉆進(jìn)條件下對沖洗液用量的需要。

3 泵壓的估算

鉆孔沖洗液在循環(huán)流動(dòng)過程中，流經(jīng)地面管路、鉆桿、孔底鉆具、鉆頭和環(huán)狀間隙時(shí)，形成一定的水力損失或稱壓力損失，也稱為壓降。正常循環(huán)時(shí)，泵的泵壓用來克服上述壓力損失，迫使循環(huán)液流動(dòng)。泵上的壓力表所顯示的壓力就是上述各部分壓力損失的總和。泵壓是隨循環(huán)負(fù)載的變化而變化的[4]。泥漿泵的額定壓力是指泵所能承受的最大壓力，其值必須大于沖洗液的循環(huán)壓降。

沖洗液循環(huán)壓降可由下式確定：

p=k∑pi=k(p1+p2+p3+p4+p5)

(3)

式中：k為附加阻力系數(shù)(由于巖粉顆粒使沖洗液比重增大而增加的壓力損失)，取k=1.1；p1為鉆桿內(nèi)的流動(dòng)壓降，p2為環(huán)狀空間中的流動(dòng)壓降；p3為在孔底鉆機(jī)具和鉆頭中的壓降；p4為在接頭處的壓降；p5為地面管路內(nèi)的壓降。

沖洗液循環(huán)壓降取決于流體的流變性、流態(tài)和空間幾何尺寸。循環(huán)壓降的大小可根據(jù)沖洗液循環(huán)管理的特點(diǎn)和條件，運(yùn)用流變學(xué)中有關(guān)液流阻力計(jì)算的方法求出。

在流變學(xué)研究過程中，許多研究者作了大量的科學(xué)試驗(yàn)，根據(jù)不同的流變曲線給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系式，提出了相應(yīng)的流變計(jì)算模型。在鉆井工程中比較常用的較為接近流動(dòng)狀態(tài)的流體基本上有以下幾種流變模式：牛頓模式、賓漢塑性模式、冪律模式、卡森模式和赫謝爾-巴爾克萊模式等[3]。

上述五種流變模式已經(jīng)能夠涵蓋絕大部分沖洗液的流變特性，究竟采用何種流變模式描述沖洗液的流變規(guī)律，取決于沖洗液體系及其內(nèi)部組分的相對含量。相關(guān)系數(shù)的取值至關(guān)重要，因?yàn)樗歉髁髯兡Ｊ接?jì)算誤差的一個(gè)綜合度量值，并且可以精確描述各流變模式變量間的緊密結(jié)合程度[3]。

繩索取心鉆探中，為防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢，沖洗液性能要求低固相、低黏、低切。目前，對于所有非時(shí)變性均勻流體的流動(dòng)，其管道流動(dòng)壓降通常都是根據(jù)由范寧(Fanning)摩阻系數(shù)方程得到的達(dá)西方程進(jìn)行計(jì)算。通過對五種不同流變模式計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)，賓漢塑性模式的計(jì)算結(jié)果與繩索取心鉆探實(shí)際工作情況比較接近。當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論還有值得商榷的地方，這不是本文討論的重點(diǎn)。

下文以賓漢塑性模式進(jìn)行鉆桿內(nèi)和環(huán)狀空間中的流動(dòng)壓降估算，孔底鉆機(jī)具和鉆頭內(nèi)外以及接頭處、地面管路中的壓降單獨(dú)計(jì)算。

3.1 鉆桿內(nèi)流動(dòng)壓降p1 [3]

3.1.1 流速計(jì)算

根據(jù)不同井段的空間尺寸確定各部分的流速，鉆桿內(nèi)流速可由下式求得：

式中：vp為鉆桿內(nèi)流速，m/s；Q為泵量，L/s；D為鉆桿內(nèi)徑，mm。

3.1.2 雷諾數(shù)與流態(tài)判別

Osborne Reynolds經(jīng)過實(shí)驗(yàn)指出：液體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，可以用一個(gè)無因次的量，即雷諾數(shù)(Re)來確定其流動(dòng)情形，無論什么流體，若雷諾數(shù)相同，流動(dòng)情形就相同。雷諾數(shù)超過一定數(shù)值，層流就變?yōu)槲闪?。鉆桿內(nèi)，雷諾數(shù)為：

式中：Re為雷諾數(shù)；ρ為沖洗液密度，kg/m3；vp為鉆桿內(nèi)流速，m/s；D為鉆桿內(nèi)徑，mm；μe為沖洗液有效黏度，MPas。

工程應(yīng)用中，流體在管內(nèi)的流動(dòng)如果Re<2100通常認(rèn)為是層流，如果Re>4000認(rèn)為是紊流，而Re=2100～4000時(shí)，流體實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)是處于層流與紊流之間的過渡狀態(tài)。下文中，為便于計(jì)算，將過渡狀態(tài)視為紊流。只有正確判斷了沖洗液的流態(tài)，才能進(jìn)一步計(jì)算循環(huán)系統(tǒng)的壓力損失。

3.1.3 流動(dòng)壓降計(jì)算

層流狀態(tài)下，賓漢塑性流體在鉆桿內(nèi)的壓力降梯度通過下式計(jì)算：

紊流狀態(tài)下，摩阻系數(shù)f定義如下，可通過計(jì)算機(jī)迭代計(jì)算：

.395

(7)

計(jì)算出摩阻系數(shù)后，即可通過以下式計(jì)算鉆桿內(nèi)的壓力降梯度：

式(6)～式(8)中：?p/?L為鉆桿內(nèi)摩擦壓力降梯度，Pa/m；μp為塑性黏度，MPas；vp為鉆桿內(nèi)流速，m/s；τ0為屈服值，Pa；D為鉆桿內(nèi)徑，mm；f為摩阻系數(shù)；ρ為沖洗液密度，kg/m3。

在實(shí)際工作中，μp、τ0兩個(gè)參數(shù)，可由Fann黏度計(jì)在穩(wěn)定沖洗液中測得300 r/min和600 r/min刻盤讀數(shù)，根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式得出。式(5)中的有效黏度μe，可由有效黏度估計(jì)公式求出。

因此，不同井段的壓降，可根據(jù)其井身結(jié)構(gòu)空間尺寸依次計(jì)算出。鉆桿內(nèi)流動(dòng)壓降p1為：

式中：p1為鉆桿內(nèi)流動(dòng)壓降，Pa；?p/?l為鉆桿內(nèi)摩擦壓力降梯度，Pa/m；l為鉆孔深度或沖洗液流經(jīng)鉆桿的長度，m。

3.2 環(huán)狀空間中的流動(dòng)壓降p2

同理，按照賓漢塑性模式下循環(huán)壓降計(jì)算環(huán)狀空間中的流動(dòng)壓降。

環(huán)狀空間中流速為：

環(huán)狀空間中，雷諾數(shù)為：

層流狀態(tài)下，賓漢塑性流體環(huán)狀空間中的壓力降梯度通過下式計(jì)算：

紊流狀態(tài)下，摩阻系數(shù)f定義與公式(7)相同。

則環(huán)狀空間的壓力降梯度為：

環(huán)狀空間中流動(dòng)壓降為：

公式(10)～公式(14)中：va為環(huán)狀空間中流速，m/s；Q為泵量，L/min；Dh為孔徑，mm；Dp為鉆桿外徑，mm；Re為雷諾數(shù)；ρ為沖洗液密度，kg/m3；μe為沖洗液有效黏度，MPas；?p/?l為鉆桿內(nèi)摩擦壓力降梯度，Pa/m；μp為塑性黏度，MPas；τ0為屈服值，Pa；f為摩阻系數(shù)；l為鉆孔深度或沖洗液流經(jīng)環(huán)狀空間的長度，m；p2為環(huán)狀空間中流動(dòng)壓降，Pa。

3.3 孔底鉆機(jī)具和鉆頭中的壓降p3

孔底鉆機(jī)具和鉆頭中的壓降包括沖洗液通過巖心和巖心管之間環(huán)狀間隙流動(dòng)的壓力損失；通過鉆頭流動(dòng)的壓力損失；通過巖心管與鉆桿壁環(huán)狀間隙流動(dòng)的壓力損失；通過孔底動(dòng)力機(jī)具的壓力損失。

這些損失中，鉆頭噴嘴壓力降可根據(jù)水力學(xué)原理，由能量方程推出[3]：

式中：Δpbit為鉆頭噴嘴壓力降，Pa；ρ為沖洗液密度，kg/m3；Q為泵量，L/min；C為噴嘴流量系數(shù)；Abit為鉆頭水口總面積，mm2。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在工程應(yīng)用中，一般取流量系數(shù)C為0.91～0.98。鉆頭部分的壓力損失由于造成射流沖擊作用，也可以說是有益的壓力損失。

參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)可得，一般單管巖心鉆進(jìn)時(shí)，通過巖心、巖心管、鉆桿壁之間環(huán)狀間隙和鉆頭的各項(xiàng)壓力損失之和約為0.05～0.12 MPa[1]。

繩索取心鉆探中，在堅(jiān)硬、破碎巖層以及中等硬度的粗粒不均質(zhì)巖層中鉆進(jìn)時(shí)，常會(huì)使用液動(dòng)沖擊器，使用液動(dòng)沖擊器時(shí)，孔內(nèi)壓力一般需要疊加2.0～2.5 MPa。

根據(jù)以上分析，繩索取心鉆探中將孔底鉆機(jī)具和鉆頭中的壓降p3可取值為3 MPa。

3.4 接頭處的壓降p4

沖洗液通過鉆桿具接頭處的壓力損失屬于局部阻力損失，其計(jì)算公式為：

(16)

式中：l為鉆孔深度或鉆桿柱總長度，m；l1為單根鉆桿長度，m；vt為沖洗液流經(jīng)接頭處的流速，m/s；Q為泵量，m3/s；ρ為沖洗液密度，kg/m3；g為重力加速度，g=9.81 m/s2；ζ為局部阻力系數(shù)，計(jì)算見公式(17)：

式中：α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取α=2；D為鉆桿內(nèi)徑，m；d為接頭或接箍內(nèi)徑，m。

實(shí)際工作中，繩索取心鉆桿接頭處的壓降損失很小，不影響對泵壓的估算結(jié)果，因此，接頭處的壓降p4本文中忽略不計(jì)。

3.5 地面管路內(nèi)的壓降p5

在實(shí)際鉆探中，泥漿泵的排出管路的末端是孔口，而孔口與泥漿泵的沖洗液面之間的標(biāo)高差很小，往往予以忽略。因此，在本文估算時(shí)沖洗液流經(jīng)地面管路時(shí)的壓力損失p5也忽略不計(jì)。

在估算泵壓時(shí)，考慮鉆探實(shí)際情況，為提高設(shè)計(jì)安全性，補(bǔ)償忽略的p4、p5這些壓降損失，將公式(3)中的附加阻力系數(shù)k適當(dāng)取大，取k=1.2。

4 實(shí)例計(jì)算

通過以上分析可知，在實(shí)際鉆探中以下因素對泵量和泵壓起著重要作用：①環(huán)狀間隙越大，要求的沖洗液上返速度越大，所需泵量越大；②鉆孔越深，壓力損失越大；③沖洗液黏性越大，壓力損失越大；④泵量或沖洗液流速越大，壓力損失越大；⑤環(huán)狀間隙越大，壓力損失越小。且在紊流狀態(tài)時(shí)，沖洗液流速的變化對沿程壓力損失影響較明顯。

下面，以2000 m金剛石繩索取心鉆探為例，進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。

4.1 假設(shè)條件設(shè)定

為簡化計(jì)算，在進(jìn)行沖洗液流變學(xué)計(jì)算時(shí)，通常作如下假設(shè)：①鉆具在孔內(nèi)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)；②鉆具與鉆孔同軸；③流體作穩(wěn)定流動(dòng)，即流動(dòng)不隨時(shí)間變化；④流動(dòng)過程中流體的溫度不隨時(shí)間變化。按照以上假設(shè)，不管是管流還是環(huán)空流，其流場都是對稱分布的，而且不隨時(shí)間變化[5]。

在實(shí)際鉆探工作中，需要根據(jù)實(shí)際孔身結(jié)構(gòu)、鉆具尺寸和試驗(yàn)測量的實(shí)際沖洗液流變參數(shù)才能正確計(jì)算管內(nèi)和環(huán)空的循環(huán)壓降。本文計(jì)算循環(huán)壓降的目的是為了確定泥漿泵選擇和設(shè)計(jì)的額定壓力范圍，因此，一些相關(guān)計(jì)算參數(shù)需要預(yù)先設(shè)定。

4.1.1 孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)巖心鉆探設(shè)計(jì)要求，確定終孔口徑為75 mm。依據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，2000 m金剛石繩索取心鉆探鉆孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，下入孔內(nèi)鉆具情況見表1。

圖1 2000 m繩索取心鉆探孔身結(jié)構(gòu)示意圖

開鉆次數(shù)孔徑Dh/mm孔段深度/m鉆桿外徑Dp/mm鉆桿內(nèi)徑D/mm一開1500～50127108二開1220～500114101三開960～12008979四開770～20007161

4.1.2 沖洗液流變參數(shù)

實(shí)際工作中，穩(wěn)定沖洗液流變參數(shù)和性能指標(biāo)μp、τ0兩個(gè)參數(shù)是在實(shí)際循環(huán)沖洗液中用Fann六速旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)測得300 r/min和600 r/min的刻盤讀數(shù)，根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式得出的。本文是為了確定繩索取心鉆探用泥漿泵選擇的主要性能參數(shù)指標(biāo)，因此沖洗液流變參數(shù)無法預(yù)知和準(zhǔn)確確定。

《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》中對繩索取心鉆探?jīng)_洗液的性能基本要求為[2]：①膨潤土加量一般不超過4%，泥漿液密度不高于1.03 g/cm3；②固相粒度的80%～90%控制在20 μm以下；③視黏度<5 MPas，屈服值<0.1 Pa，相當(dāng)于蘇氏漏斗黏度18 s左右；④濾失量≤15 mL/30 min。本文計(jì)算式中，沖洗液流變性能參數(shù)在此范圍內(nèi)取值。

4.2 泵量估算

按照《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》中對金剛石繩索取心鉆探?jīng)_洗液上返速度的要求，取vh為0.5～1.5 m/s，將表1中的數(shù)據(jù)，代入公式(2)計(jì)算出不同孔徑所需理論泵量的范圍見表2。

表2 不同孔徑所需的理論泵量

4.3 泵壓估算

泵壓估算是為了確定泥漿泵的額定壓力，在計(jì)算時(shí)，按照最大1.5 m/s上返速度時(shí)最大泵量進(jìn)行估算。根據(jù)繩索取心實(shí)際鉆探經(jīng)驗(yàn)，各口徑鉆孔深度按1000 m裸孔深度計(jì)算。沖洗液性能參數(shù)指標(biāo)也取《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》中對金剛石繩索取心鉆探?jīng)_洗液性能要求的最高值，即有效黏度μe=5 MPas，沖洗液密度ρ=1030 kg/m3。

將表1、表2及以上取值等各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入公式(4)、公式(5)、公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(11)、公式(13)、公式(14)，計(jì)算出鉆桿內(nèi)的流動(dòng)壓降p1和環(huán)狀空間中的流動(dòng)壓降p2，進(jìn)而由公式(3)計(jì)算出不同孔徑1000 m裸孔深度循環(huán)壓降結(jié)果見表3。

表3 不同孔徑1000 m裸孔深度循環(huán)壓降

4.4 泥漿泵主要性能參數(shù)指標(biāo)確定

泵的額定泵量和額定泵壓確定之后，就可以算出泵的輸出功率或有效功率，即

Ne=pQ

(18)

式中：Ne為輸出功率或有效功率，kW；p為額定泵壓，MPa；Q為額定泵量，L/s。

通過以上分析及表2、表3的計(jì)算結(jié)果和公式(18)可得，在選擇和設(shè)計(jì)本文中設(shè)定的2000 m金剛石繩索取心鉆探用泥漿泵時(shí)，其主要輸出性能參數(shù)指標(biāo)見表4。

表4 泥漿泵輸出性能參數(shù)指標(biāo)

在實(shí)際小口徑深孔繩索取心鉆探中，150 mm口徑一般為普鉆，且鉆進(jìn)深度不會(huì)超過50 m，在選擇和設(shè)計(jì)泥漿泵時(shí)不作為主要考慮因素。

5 結(jié)果分析

5.1 與實(shí)際工況偏差

本文在進(jìn)行實(shí)例計(jì)算時(shí)，是在假定的理想狀態(tài)進(jìn)行的，沒有考慮鉆探中的一些實(shí)際特殊情況，如：

(1)使用流變模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，是將環(huán)狀空間處理為同心或均勻偏心，這與實(shí)際不符，實(shí)際偏心度對摩擦壓降計(jì)算的準(zhǔn)確性也有影響。

(2)本文計(jì)算時(shí)假設(shè)泥漿作穩(wěn)定流動(dòng)，實(shí)際鉆井過程中，由于鉆桿、鉆具等在沖洗液中的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起孔內(nèi)壓力的波動(dòng)。

5.2 結(jié)果分析

通過計(jì)算分析，我們可以得知：

(1)由于地質(zhì)巖心鉆探工況的復(fù)雜性，要求泥漿泵的泵量、泵壓應(yīng)能在一定范圍內(nèi)方便而迅速地進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同鉆進(jìn)工況下對沖洗液量的需要。同時(shí)，在鉆進(jìn)過程中，司鉆要隨時(shí)觀察泥漿泵運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的變化判斷孔內(nèi)情況，以預(yù)防孔內(nèi)事故的發(fā)生。因此，實(shí)現(xiàn)泥漿泵的數(shù)字化集中控制和智能化監(jiān)控顯示對提升鉆探施工的整體質(zhì)量和效率具有重要意義。

(2)隨著深孔地質(zhì)巖心鉆探鉆具配套越多，對泥漿泵性能的匹配性要求越來越高，要求泥漿泵泵量能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。目前大多數(shù)用于深孔地質(zhì)巖心鉆探的傳統(tǒng)泥漿泵輸出性能只有有限的幾個(gè)工作點(diǎn)，這些工作點(diǎn)是孤立工作的，點(diǎn)與點(diǎn)之間無法實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，造成實(shí)際工作過程中的功能空白區(qū)，不能完全吻合鉆探施工工藝精細(xì)化的要求[6]。

以上兩點(diǎn)結(jié)論為今后地質(zhì)巖心鉆探用泥漿泵的改進(jìn)優(yōu)化提供方向參考。變頻調(diào)速技術(shù)在能耗、調(diào)速特性、控制方式等方面具有較大優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)泥漿泵泵量和泵壓的無級調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程集中控制，因此，變頻電驅(qū)動(dòng)泥漿泵是全面適應(yīng)深孔地質(zhì)巖心鉆探工藝要求的發(fā)展趨勢。

6 結(jié)論

為保證深孔繩索取心鉆探的成孔率和鉆探工作的順利、安全性，同時(shí)也對鉆探施工提出三點(diǎn)建議：

(1)孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性。合理的孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鉆具配套是保證深孔繩索取心鉆探工作順利進(jìn)行的基礎(chǔ)?？咨斫Y(jié)構(gòu)決定著扭矩、鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量、泵壓等一系列鉆進(jìn)參數(shù)的選擇。如近年來通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，小口徑深孔繩索取心鉆探中，大多采用96 mm作為終孔口徑，將75 mm作為備用口徑，鉆探的成孔率大大提高。

(2)加強(qiáng)泥漿的維護(hù)。深孔鉆探施工中要加強(qiáng)對循環(huán)泥漿的維護(hù)，現(xiàn)場配備一些泥漿測試儀器，實(shí)時(shí)對泥漿的性能進(jìn)行監(jiān)控測量，及時(shí)調(diào)整泥漿配方和加減阻劑，提高泥漿流變性能，低黏低切，降低鉆井泥漿循環(huán)阻力。

(3)遵循設(shè)備使用要求。鉆探中要合理調(diào)整泵量、流速等參數(shù)，盡量避免“憋泵”等高泵壓鉆進(jìn)現(xiàn)象。高泵壓鉆進(jìn)會(huì)影響管路密封性，增大安全隱患，加速絲扣水力損壞，造成沖洗液泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生“燒鉆”事故。