论泥沙地层钻具设计理念与合理应用范文

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摘要：目前在松软泥沙地层的地理环境中存在取心率低的问题，需要设计新的具有实用性的钻具。因此要对地层环境和钻具取心率低的实际问题进行考察，设计解决方案，有效提高在松软泥沙底层的取心率。文章对改进钻具的设计理念和合理应用的方式进行了介绍，总结了相应的工艺问题，以期促进松软泥沙底层取心钻具的发展。

关键词：泥沙地层；取心钻具；设计理念；应用

引言

目前，在陆地钻心钻探的工程方面，常规单洞双管钻具得到了广泛应用，该钻具具有岩层取心率高，施工质量好的特点。但是对于松软泥沙等复杂的地层，取心率比较低，不能满足工程的需要。因此，需要设计出一种适合在松软泥沙地层工作的取心钻具，解决目前在该地质条件中取心率的问题，同时也为改进地层取心工作提供理论指导意见。

1松软泥沙地层的具体情况和取心率低的原因

松软泥沙地层的地质结构松散，地质受腐蚀严重，岩心的完整度不容易得到保护，容易出现取心失败，取心质量低等问题。以常规单动双管钻具和超前单洞双管钻具为例，前者在取心过程中，因为岩心的密度低，很容易被冲洗液冲蚀，使岩心破碎，即使采集到部分岩心到内筒中，也会因为岩心太小而脱落，造成取心失败。而超前单动双管钻具在实际的取心过程中，常出现钻眼过高，这是由于取心内筒推挤和堵塞造成的[1]。分析原因是筒内岩心与取心筒的摩擦阻力太大，当超过临界值，就会使筒下部的岩层不再进入取心筒，造成岩心堵塞取心筒。由于松软泥沙地层的地质松散，通过挤压可以得到钻具的下探空间，致使堵塞现象不被发现，最终造成岩心丢失。

2松软泥沙地层取心钻具的设计理念

根据松软泥沙地层的地质情况和两种钻具取心率低原因的分析，可以得出此地层环境中取心率低是因为岩心堵塞、冲蚀、破碎丢失三个主要问题，然后依据问题展开攻关，提出钻具的设计理念，从而转化为设计方案。

2.1以射流机构防止岩心堵塞

岩心堵塞是因为岩心与内筒的摩擦力过大，可以将射流机构进行优化，使冲洗液在高压的状态下通过射流机构，造成钻具内筒形成真空环境，以真空力引导冲洗液向上流动，为取心筒中的岩心加上一个浮力，这样就有效减少了岩心与取心筒内壁之间的阻力，可以有效防止岩心堵塞取心筒，保证岩心的取心率。同时这样的射流机构有效地阻隔了泥浆的倒灌，减少了取心内筒中岩心的受扰动程度。在取心工程中对取心直径都有明确的要求，要增加取样的长度，就要减小岩样层与筒内壁的摩擦系数，使堵塞情况延迟产生，就可以提高取心率。因此，取心筒内壁的材料选择上要提高标准，要保证内壁的减阻性和防堵性，需要重视内壁的耐磨性，保证施工的进度，这样的取心内壁要光滑，表面粗糙度不能大于0.4μm，硬度要与硬质合金接近，满足提高取心率的工艺，提高内筒的使用寿命。

2.2采用超前压入提前保护底部岩石，防止岩心被冲蚀严重

岩心冲蚀严重影响了岩心的完整性，可以采用超前压入提前保护，避免高压冲洗液冲蚀帝都岩层，造成岩心扰动。首先取心内筒采用管鞋超前设计。这种设计让内筒的最前端管鞋先进入地层，提高整体钻进取心的施工效率。这需要优化卡簧座，保证其能够高效吃入地层的情况下还可以正常放置卡具。钻头设计为底喷隔水，增大内筒超前管鞋与钻头隔水间隙的通水阻力，使冲洗液流经此隔水面至钻头底唇面领取额内筒超前管鞋和其润滑作用，保护岩心根部，这样可以保证岩心的完整性，达到工程的目标。在机构上还是采用单动机构，不让外筒转动带动内筒，减小对底部岩层的破坏。同时单动机构，可以保护底部岩层不被冲洗液冲刷，形成完整岩心。在单动机构中，岩心在内筒中的摩擦会减少，可以延长钻具的使用年限[2]。

2.3以爪簧代替卡簧，防止岩心丢失

松软泥沙地层取心岩心丢失的问题可以用爪簧代替卡簧来解决。因为在松软泥沙地层中卡簧几乎没有任何作用，不能有效固定岩心，所以，将卡簧换成爪簧，可以有效固定岩心，防止岩心丢失。

3松软泥沙地层取心钻具合理应用

因为松软泥沙地层的岩心不易成型，所以在取心钻具的应用上一定要做好细节处理。在钻进过程中，控制转速在每分钟100r左右，钻压5000～10000N之间，52L/min的泥浆泵排量等详细的指标，保证底部岩石的没有受到钻进的扰动，提高钻取岩心的成功率。当钻至目标之后，将取心钻具下到井底，然后循环泥浆，使用钻具正常作业[3]。

4结语

总之，在松软泥沙地层取心钻具的设计要注意在以往施工中出现的问题，针对在此地层中取心易发生的岩心堵塞，受冲洗液冲蚀破损，岩心丢失的问题，对钻具进行改革，采用射流机构，超前压入，应用爪簧的设计理念，使钻具能够在此地层中正常工作，提高取心率。在应用中要注意细节掌控，注意施工中的各项指标，使钻具可以发挥作用，获取标准岩心。

参考文献：

[1]王振，李粮纲，何有强.松散地层声波钻机配套取心钻具的研制[J].勘察科学技术，2016(3):60-63.

[2]欧阳涛坚，程春红.新型双管取心钻具及其在软土地层中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2017,44(9):65-67.

[3]陈妍，张岩.国产绳索取心钻杆设计制造技术的分析[J].信息记录材料，2018,19(7):29-30.

作者：刘宇 单位：中石油长城钻探工程公司钻具公司生产协调科