泡沫鉆進在深孔水文水井鉆探中的應(yīng)用

吳 文

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 550081）

在干旱缺水的地方進行水文鉆探中，使用的是純凈水和泥漿的污垢當作是介質(zhì)。由于地表水的供應(yīng)困難，泥漿流入坑中會使鉆探復(fù)雜化。在這種情況下，泡沫是最適合作為沖洗的介質(zhì)。自從1950年代中期以來，泡沫鉆進作為一種新的鉆井工藝，泡沫鉆井是一種適用于在復(fù)雜地質(zhì)條件下進行鉆井的新型鉆井工藝。在鉆孔過程中使用均勻的泡沫作為循環(huán)介質(zhì)，由于其特性，它有效地解決了在干旱和稀缺水域的鉆井問題。泡沫流上返速度低,對井壁的沖刷作用小。這樣，可以有效地防止接頭孔中的事故，該事故容易被破壞并且膠結(jié)性能差。本文一開始介紹了泡沫鉆進在深孔水文水井鉆探中的重要性，接著對空氣泡沫鉆進技術(shù)特點展開了論述，以及空氣泡沫鉆進技術(shù)在地質(zhì)巖心鉆探中的應(yīng)用要點，最后對泡沫鉆進的一些應(yīng)用及效果做出了說明。

1 泡沫鉆進在深孔水文水井鉆探中的重要性

在地質(zhì)核鉆探中，合理使用氣孔鉆探技術(shù)非常重要，可以有效降低地質(zhì)核鉆探成本，提高地質(zhì)核鉆探的整體效率。為了確保在地質(zhì)巖心鉆探中最好地利用泡沫鉆探技術(shù)，操作人員必須不斷改進原油鉆探方法，以確保將泡沫鉆進系統(tǒng)的操作與實際工作相結(jié)合，以確保地質(zhì)巖芯的鉆探質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，可以有效地提高泡沫鉆進系統(tǒng)的效率，并且可以順利進行地質(zhì)巖芯的鉆探。另外，將空氣泡沫鉆探技術(shù)應(yīng)用于主要的地質(zhì)鉆探，可以為操作員提供更準確的鉆探信息，降低操作員的操作壓力，并進一步提高地質(zhì)巖心鉆探的效率。空氣泡沫鉆孔技術(shù)比傳統(tǒng)的沖洗鉆孔技術(shù)更易于操作。鉆機的平均運行速度可提高0.98～1.62倍，地質(zhì)核積累率可提高約15%，這會污染巖芯。由于在鉆孔過程中空氣鉆桿的長度較短，因此將減少鉆桿斷裂事故的發(fā)生。

2 空氣泡沫鉆進技術(shù)特點

2.1 提升鉆井速度

空氣泡沫鉆進技術(shù)可在應(yīng)用過程中有效提高鉆孔速度。由于發(fā)泡介質(zhì)的密度低，井中的壓力相對較低，因此可以減少井中泄漏的發(fā)生，從而有效地提高了鉆井速度。如果該區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜并且地層中的侵蝕力相對較大，則使用泡沫鉆井技術(shù)可使主井的地質(zhì)壁結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。另外，由于巖石顆粒的表面被空氣泡沫覆蓋，因此在巖石顆粒的表面上可以形成良好的保護表面，這增加了巖石結(jié)構(gòu)的可靠性并減少了泥包的出現(xiàn)。

2.2 護壁能力較強

空氣泡沫鉆井技術(shù)比干空氣鉆井技術(shù)更易于操作。例如，在含水層中使用空氣泡沫鉆探技術(shù)，可以有效地防止在鉆探區(qū)域周圍發(fā)生巖屑。由于鉆探位置中的相對較高的壓力，砂漿的親水基團可以在泡沫過程中吸收巖屑，從而在鉆探位置中更好地吸收了巖屑。此外，將空氣泡沫鉆進技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)巖心鉆探過程當中，能夠有效提升護壁的穩(wěn)定性，當空氣泡沫的流動速度比較低時，對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。

2.3 經(jīng)濟效益較好

使用泡沫鉆進技術(shù)可以節(jié)省一些運輸成本，并確保有效利用水資源。由于空氣泡沫的低消耗量和可循環(huán)利用的特性，它可以減少原材料的損失并減少污染。對操作員使用空氣泡沫鉆井技術(shù)的要求相對較低，這確保了地質(zhì)資源的評估可以照常進行。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，空氣泡沫鉆井技術(shù)也在不斷發(fā)展，可以有效減少施工時間并帶來良好的經(jīng)濟效益。

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

3.1 科學(xué)配置泡沫劑

研究表明，由于發(fā)泡劑的科學(xué)配置，可以確保在重大地質(zhì)鉆探過程中，合理使用空氣泡沫鉆探技術(shù)。在選擇發(fā)泡劑的過程中，操作員必須結(jié)合發(fā)泡劑的發(fā)泡效果，并仔細選擇發(fā)泡劑。研究表明，ADF-3泡沫具有良好的強度，強大的發(fā)泡能力和在水中的良好溶解性?？茖W(xué)地安裝密封和偏轉(zhuǎn)裝置，并在口密封件上使用方鉆桿144 * 144，嚴格控制孔的直徑。在選擇空氣壓縮機的過程中，操作員必須結(jié)合高壓空氣管線的運行條件，將鋼管永久性地連接到用鋼絲編織的軟管上。

3.2 合理控制轉(zhuǎn)速

對于地質(zhì)鉆頭，在應(yīng)用空氣泡沫鉆探技術(shù)時，必須謹慎地控制鉆柱的速度和強度，以有效地增加鉆桿的強度，并使鉆進具更加有效率。在正常情況下，鉆探量較小，管道外部的泡沫系統(tǒng)更穩(wěn)定。如果在該區(qū)域很難鉆探地質(zhì)桿，則操作人員應(yīng)結(jié)合井壁的設(shè)計特點并選擇鉆具的型號，以有效地提高鉆具的效率。在鉆鑿巖石的過程中，操作員可以提高鉆具的工作速度。但是，鉆孔工具的最大運行速度不應(yīng)超過800 rpm。如果鉆孔工具的工作速度超過800 rpm，則容易發(fā)生堵塞。

通過仔細地控制鉆具的旋轉(zhuǎn)速度，可以確保鉆探地質(zhì)棒的質(zhì)量并減少下沉的情況。為了在鉆井壓力期間更好地將鉆井部分壓在巖石上，操作員必須根據(jù)地層特征控制鉆井工具的速度，并因此降低鉆井壓力以提高地質(zhì)鉆桿的效率。該地區(qū)的巖石侵蝕相對較低，操作人員必須顯著提高鉆井壓力，以改善地質(zhì)巖芯的鉆井效果。

在選擇空氣壓縮機的過程中，操作員必須結(jié)合氣泡的排量，以確保更好地開發(fā)地質(zhì)巖芯的鉆探效率。如果該區(qū)域的鉆孔深度較大，則操作員必須結(jié)合空氣壓縮機的操作條件，并根據(jù)孔中靜態(tài)流體柱的高度不斷調(diào)整氣泡的鉆孔速度，以便在地質(zhì)上繼續(xù)進行主要的鉆孔操作。

3.3 空氣泡沫鉆進技術(shù)的發(fā)展方向

為了確?？諝馀菽@井技術(shù)的最佳發(fā)展，研究人員需要繼續(xù)改進填充系統(tǒng)并有效收集地面管道，以確保管道內(nèi)的空氣和泡沫混合，并進一步提高泡沫系統(tǒng)的可靠性。由于鉆探地質(zhì)巖心的困難越來越大，研究人員應(yīng)在當前工作中結(jié)合該地區(qū)地層結(jié)構(gòu)的特征，以可接受的方式選擇鉆探部位，并充分影響泡沫鉆探技術(shù)的利益。此外，研究人員應(yīng)相應(yīng)地加大放大器領(lǐng)域的工作，并根據(jù)空氣壓縮機的運行來科學(xué)地控制放大器的內(nèi)部壓力。當空氣壓縮機壓力達到2.5 MPa時，增壓泵的內(nèi)部工作壓力可以達到3.9 MPa。研究人員根據(jù)流體供應(yīng)的狀態(tài)繼續(xù)改善空氣壓縮機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，研究人員需要結(jié)合放大設(shè)備的操作，在指定位置安裝額外的泵送設(shè)備。

4 泡沫鉆進的一些應(yīng)用

4.1 BWZ- 1100 50型水泵泡沫技術(shù)

BWZ- 1100 50型水泵泡沫分別將空氣和低壓液態(tài)泡沫的混合物泵入水泵，并利用高壓水泵的動力在泡沫上產(chǎn)生壓力?；趯ι钏信菽@井的現(xiàn)代要求，開發(fā)基于原始BWZ-1100 50單向泵的功能強大的高性能泡沫放大器非常重要。

許多國家認為，泡沫鉆探是在干燥和稀缺的水域，山區(qū)供水困難的地區(qū)，低壓噪聲和持續(xù)凍結(jié)的地方進行鉆探有效的方法。泡沫鉆探在固體礦床勘探和鉆探中的內(nèi)部應(yīng)用已取得了良好的效果。

對于水文井，當鉆井遇到泄漏或破裂層時，將發(fā)生嚴重的泥漿泄漏。當黏土隨著水的增稠而變薄時，污垢的密度應(yīng)增加，這樣污垢會帶來石屑并返回到表面。如果泥漿的密度過高，則會在泥漿中放置切口以形成黏稠的泥漿，這會減小孔的直徑并使其粘連。在鉆探水文井時，黏土用于在破碎，丟失和湍流的水層中進行鉆探。使用粗泥漿會增加在井中發(fā)生事故的可能性，并且如果水層被堵塞，則很難更換砂漿并留下井眼。管道破裂，油井完工，導(dǎo)致毀壞，在該模具中使用泡沫鉆孔具有明顯的優(yōu)勢。泡沫不會在井壁上形成污垢，并且泡沫本身的鉆孔具有沖洗井的功能，不會關(guān)閉水層，并且可以避免井內(nèi)發(fā)生不必要的事故。泡沫鉆孔的使用解決了在缺失層中鉆孔的問題。與相同的巖層相比，鉆井效率高于泥漿，節(jié)省了大量的鉆井用水，降低了鉆井成本。因此，在泡沫層上鉆孔比在漏水，破裂，浸水地層上鉆孔具有明顯優(yōu)勢。將來，這種鉆井技術(shù)需要不斷改進，并且需要大力推廣泡沫中的鉆井方法，并且該泡沫可以用進行清洗和修復(fù)。

4.2 泡沫潛孔錘鉆進技術(shù)

DTH氣錘鉆探是一種將高壓空氣引入DTH錘，并通過泡沫泵將少量泡沫液體泵入氣流中，以再循環(huán)介質(zhì)中提供大量泡沫的鉆探方法。當打孔錘運行時，空氣壓縮機的高壓空氣出口從鉆具（鉆桿或鉆頭）進入錘的端部，然后通過控制閥進入氣缸并推動氣缸錘。排渣后，廢氣通過位于該孔下方地面中的一個小鉆孔。

4.3 空氣-泡沫牙輪鉆進技術(shù)

井眼中的空氣泡沫鉆孔過程是指空氣泡沫循環(huán)介質(zhì)，而不是傳統(tǒng)的鉆孔過程。當空氣壓縮機從孔底部的鉆桿吹出高壓空氣時，少量泡沫從泡沫泵中泵出，然后水從鉆頭下方的井中排出。在這段時間內(nèi)，泡沫不僅消除了井眼中鉆探部分的裂縫，而且還冷卻了鉆探部分?？諝馀菽F的鉆孔更適合在沉積巖石中鉆孔，這種類型的地層中的水流量通常很大。隨著坑的深度增加，進入坑的水量將增加。用空氣泡沫錐鉆孔可以達到更大的深度。可以將少量纖維素和混合泡沫溶液添加到高壓空氣中，以提高空氣停止熔渣的能力。它對保護蒸汽壁很有用，另外一個則用于減少空氣泄漏。

5 鉆進程序及其效果

在100m～800m區(qū)域的整個鉆井過程中，都使用泡沫進行鉆井。其中，在100m～650 m的場地上形成了高強度砂巖，并使用了帶有泡沫的DTH射孔器。形成了650m～1200m的煤塊，并采用了可達到800m的頁巖和空氣泡沫錐鉆技術(shù)。由于大量的水從儲層中流出，井中的背壓非常高，鉆井停止。在最后一個孔中用泥錐鉆了800m～1500 m的孔。

在100m～200m的范圍內(nèi)用泡沫進行鉆孔的過程中，使用了兩個空氣壓縮機來并行供氣。隨著鉆井深度的增加，水壓力逐漸增加。用于釋放井中的水壓并聯(lián)連接了兩個空氣壓縮機，在通過增壓器施加壓力后，空氣進入井中，該增壓器不僅提供鉆井所需的空氣量。泡沫在儲液罐中均勻混合，然后使用配備有鉆機的泡沫泵倒入鉆柱頭的動力中，并通過高壓空氣通過鉆桿輸送到井底。用空氣泡沫錘鉆技術(shù)不僅可以最大程度地發(fā)揮DTH錘破壞硬巖石的高效率，而且還可以充分反映出巖石粉塵的泡沫性質(zhì)，這對于穩(wěn)定石墻很有用。泡沫鉆進技術(shù)消除了以下缺點：在巖石的軟層中鉆探潛孔鉆探效果較弱，并且由于受地下水影響的反壓增加，鉆探深度相對不足。

6 結(jié)語

泡沫鉆進技術(shù)是具有良好固結(jié)性和較高剛度的混合物，是最常見鉆孔工藝之一。泡沫不僅具有鉆井性能，而且具有較高的空氣鉆井效率，較短的鉆井周期和完井能力。廉價的特性在基礎(chǔ)上的水井建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。