合理选择钻进工艺方法

不同钻进方法的时间利用率和成本差异较大,应从以下几方面进行选择。

(一)注重缩短钻探工期

如果能通过优选钻进方法来缩短工期,则对降低成本非常有利。中国地质调查局张伟教授曾对钻进方法与效率(工期)的关系进行研究。得出了在岩石可钻性8级,不同孔深条件下,提钻取心、液动冲击提钻取心、绳索取心、液动冲击绳索取心和不提钻换钻头取心等方法所需的工期。所用的基础数据见表12-1,不同取心方法施工不同孔深所需的时间(天)见表12-2及图12-4、图12-5。

表12-1 计算不同钻进方法对工期影响时用的基础数据

表12-2 不同取心钻进方法施工不同深度钻孔需要的时间 (单位:d)

图12-4 不同取心钻进方法施工不同深度钻孔的时间分析

通过分析可以看出:

1)在几种取心钻进方法中,普通提钻取心钻进方法效率是最低的,液动冲击器绳索取心钻进方法效率最高。

2)孔深1740m左右液动冲击提钻取心与绳索取心的钻进时间相当(图12-5)。780m以浅孔段,液动冲击提钻取心的钻进效率高于绳索取心。超过780m后则相反。由于液动冲击取心器具的成本较低,所以前者在浅至中深孔时更具竞争性。超过780m后是否换成绳索取心,须考虑切换钻进方法的额外成本。

3)尽管不提钻换钻头方法可明显减少提钻次数,但该方法的钻进效率与绳索取心方法相当。从图12-4可以看出,两种方法的曲线基本重合,但不提钻换钻头钻具结构复杂、可靠性较差、成本较高。

图12-5 绳索取心与液动冲击器/提钻取心方法的单位进尺时间比较

(二)注重地层的适应性

上述关于钻进方法与效率(工期)关系的分析是基于正常地层得出的结论。若钻进复杂地层,则必须考虑工艺方法对地层的适应性。如绳索取心方法就不适用于需要高密度、高黏度泥浆护壁的复杂地层。因绳索取心钻杆内壁易结泥垢,打捞、投放内管困难,提下钻的抽吸及泥浆压力激动不利于保护孔壁,所以绳索取心的优越性就无法发挥。例如:四川汶川地震断裂带科学钻探孔曾试用过绳索取心钻进方法,后因地层异常复杂而放弃,改用常规取心和螺杆钻取心方法。

对于2000m以深孔段,如选择液动冲击绳索取心钻进,由于绳索取心的环状间隙小,孔内背压高,冲洗液流量受限,难以发挥冲击器工作效能,钻探效率提高并不明显,有时还因冲击器工作不正常而增加辅助时间。

(三)注重泥浆及护壁技术

钻孔护壁技术在第五章中已有论述,不再赘叙。应根据不同地层、不同的钻进方法合理选择护壁方法及泥浆类型,以增强孔壁的稳定性、钻具的润滑性,从而提高钻进效率和岩心采取率,降低孔内事故率。尤其应考虑泥浆性能对孔底动力机具(如冲击器、孔底马达)寿命和工作性能的影响。

(四)注重切削具的质量与效率

“工欲善其事,必先利其器”。以深部绳索取心钻头为例,其结构和质量不仅影响小时效率,且影响提钻间隔及钻进时间利用率。例如,寿命为50m和200m的两种绳索取心钻头提钻间隔就相差3倍。在3000m孔深条件下,寿命50m的钻头需提钻60次,而寿命200m的只需15次,以提下一次钻具平均需10h计,两者的辅助时间相差450h(约19个工作日)。一般深部钻探日人工费及动力费达万元。可见,选择高效、长寿命钻头对提高台月效率、降低成本极为重要。选择钻头时不能单纯追求低价钻头,应该用钻头综合评价指数Q来衡量。

深部岩心钻探技术与管理

式中:Q为钻头综合评价指数;k为系数;V为钻进时效;L为钻头寿命(进尺数);D为钻头单价。

综合效益系数只是一个粗略评价,式中还未反映提钻间隔与时间效益。