涌漏地层润滑减阻的应用

宋安祥

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局706队阿勒泰836500）

涌漏地层润滑减阻的应用

宋安祥

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局706队阿勒泰836500）

围绕全孔返水或局部漏水、钻具润滑减阻、钻具与井壁的摩擦阻力太大，转数开不起来等问题，对涌、漏地层的润滑减阻做了实验并进行了细致的探讨。

金刚石钻进涌漏地层润滑减阻钻具润滑

金刚石钻进施工以来，千变万化的地层给金刚石钻进工艺提出了新的课题。全孔返水或局部漏水的地层问题，可以采用乳化液润滑钻具。如果遇到涌水或全孔漏水的地层，钻具润滑减阻就成为一个突出的问题：如果不用乳化液，钻具与井壁的摩擦阻力太大，转数开不起来，用孕镶钻头打不出水平；如果使用乳化液，在涌水孔，很快被稀释；在漏水孔全部被漏光；任其消耗，经济损失太大。同时，由于稀释或漏失，即使花得起本钱，仍然起不到润滑钻具的作用。由此可知，润滑减阻对金刚石钻进有着重要的影响，因此，不解决涌漏地层的钻具润滑减阻问题，即使是其它条件都适应金刚石钻进，也无法扩大其应用范围。在钻具润滑方面，也存在一些的问题。

1 概况

我队开始进行金刚石钻进中，选择了比较好的地层，井壁完整，全孔返水，偶而漏失，用水泥灌注即可解决问题。全孔使用乳化液，效果很好，顺利的打下了一个721 m的深孔。施工地区改变以后，遇到了比较严重的漏失地层。如钻探分队612机台施工的5线40孔，钻进中乳化液大量漏失，每米钻孔仅乳化液费用曾高达15元之多。经多次用超早强水泥堵漏，才勉强将钻孔结束。后来又上了两个新矿区，一个是钻探分队某铁矿区，主要岩层为辉长岩。井壁较完整。604机台施工第一个孔时全孔返水，而第二孔却从井深245 m处开始漏水。经测定，涌水量达35 kg/min左右，与正常钻进的水量相对，以致无法使用乳化剂。另一个是钻探分队施工的某铅锌矿区，主要岩层为灰岩、白云母及泥质、炭质灰岩和石英砂岩等，岩石破碎、裂隙发育，除几米表土层返水外，一到基岩，全部漏失，即使用特效堵漏方法，在时间上、经济上损失也太大，加之Ca、Mg离子多，乳化液破乳问题也难以解决。因此，我们先后采用了3种涂敷办法，取得了比较满意的效果，使金刚石小口径打出了一定的水平，2008年钻头平均寿命达99.98 m，金刚石钻进台月效率最高的612机台，达565 m。

2 几种润滑减阻方法的尝试

众所周知，提高转数可以增加单位时间内钻头中颗粒微小的金刚石磨削岩石的机会，是孕镶金刚石钻头提高钻进效率的有效措施之一。提高转数的关键是减少钻具与井壁的摩擦阻力。这一点，在完整岩层，只要用好不同类型的乳化液即可做到。而在涌、漏地层用乳化液便不能奏效。我队先后采用了以下几种涂敷办法，现加以介绍：

2.1 润滑脂涂敷法

润滑脂的种类很多，性能各有不同。受原条件所限，只采用ZG-3钙基润滑脂和少量ZL45-5锂基润滑脂。钙基脂货源广，价格便宜，采用的较多。锂基脂与钻具的结合强度较钙基脂高，但由于价格较高，采用的较少。在铅锌矿区施工的机台没有使用涂敷法润滑钻具之前，机台试图提升转数，井深200 m左右时，到470 r/min时，电流达40 A，到655 r/min，电流达50 A以上，且钻具振动很大，钻杆折断频繁，启动补偿器经常跳闸。1 096 r/min是根本无法启动。采用3号钙基润滑脂涂敷后，开同样的转数，电流明显下降，钻具回转平稳，钻杆折断次数显著减少。到1 099 r/min，电流只有28A～30 A；到655 r/min，电流下降到25 A左右，满足了金刚石钻进高转数的需要。

使用方法很简单：即在降下钻具时，将润滑脂涂到粗径钻具和钻杆上。经钻进回转后，润滑脂便均匀的粘敷在钻具和孔壁上，在钻具和孔壁上各形成了一层油膜，大大地减少了钻具与井壁的摩擦阻力，起到了润滑减阻作用。但是由于钻具与井壁之间有一定的间隙，钻具回转过程中，受到扭力与轴心压力的作用，钻具各部位与井壁之间，有时是点接触，有时线接触，造成局部位置单位面积压力较大。因此，压力超过油膜的抗压强度，油膜即被破坏，升上钻具后会发现有被磨光之处。如出现这种情况，降下时再重新涂上即可。

锂基润滑脂的用法与钙基脂一样。用这种方法，曾施工了一个848.50 m的涌水钻孔。在漏水地层施工了大量钻孔。

2.2 机油、松香、沥青、石蜡涂敷剂

因为用润滑脂现场较脏，有关资料介绍，用机油、松香、沥青、石蜡，按1∶1∶0.5∶0.35的比例，加温混合搅拌制成涂敷剂，使用方法与润滑脂相同。经在一个孔实验，孔浅时效果较好，随着钻孔加深和施工时间的延长，因钻具高速回转与井壁摩擦产生的高温促使涂敷剂老化的现象比较严重，钻杆上粘结了一层厚厚的油垢，润滑性能显著降低。降下时，粘在井壁上的涂敷剂，被钻头刮到岩心管内，造成敲心困难。这种方法在深孔不宜使用。

2.3 ABS涂敷剂

ABS（十二烷基苯磺酸钠），是阴离子型表面活性剂的一种。这种活性剂抗钙盐性能较强，碰到含钙离子较多的岩层，不会产生胶状沉淀物。遇到硬水，也不需进行软化处理。它是自制乳化液的主要原料之一。在完整岩层，可以用清水稀释后直接作乳化液使用。而在漏失地层，则无法直接使用。通过使用机油、松香、沥青、石蜡合成涂敷剂得到启示，利用沥青融化后与金属物质粘接性能较强，机油润滑性能好，ABS抗钙能力强而且又有润滑剂的特点，混合制成ABS涂敷剂。配方见表1。

表1 混合制成ABS涂敷剂配方%

具体加工方法：先将废机油（用好机油成本高）和沥青放在敞口容器中加温搅拌，等沥青溶化后，将称量好的ABS加入容器中继续加温搅拌，待全部溶化搅匀后冷却待用。涂敷方法与使用润滑脂相同。

实践表明，用Ⅰ号配方加工的ABS涂敷剂效果最佳。据观察，钻具表面油层很薄，结合强度较高，用手摸滑腻感很强，钻具回转阻力很小。400m以内，可用1096r/min钻进，井深以后，也可用655r/min钻进。不足之处：浸在孔底水中的少量钻具表面涂层易被水冲洗掉，每个回次都要补涂，因而消耗量偏大；Ⅱ号和Ⅲ号配方，ABS减少，沥青增加，涂敷剂与钻具的粘结能力增强，ABS消耗量有所减少，润滑效果也较理想，同时克服了润滑脂老化后形成油垢和堵塞粗径钻具不易敲岩心的缺点，是漏失地层金刚石钻进的较好润滑材料之一。

3 存在的问题

⑴在涌漏地层进行金刚石钻进，用上述涂敷办法，钻具润滑问题可以得到初步解决，但与使用乳化液润滑钻具相比，金刚石钻头润滑部分得不到润滑，因而钻头寿命不及能使用乳化液的地层所用的钻头寿命高，相对而言，钻探成本有所提高。

⑵钻具被涂敷后，钻具发生的缺陷易被掩盖，难以在井外检查出来，在升降过程中一旦发生断钻，由于孔内无水，极易造成严重的跑管事故。

⑶用涂敷法润滑钻具，由于钻具上、提引器具、扭卸工具上和操作人员的手上，都沾满了油污，不便操作，这一点不受操作工人欢迎，给普通推广应用带来困难。

4 结束语

金刚石钻进方法在涌、漏地层施工必不可免，为此，解决涌、漏地层的钻具润滑问题，是巩固和发展金刚石钻进技术，提高金刚石钻进在各种地层的适应能力所必须解决的技术难题之一。

收稿：2014-02-24