地质勘探钻孔是不是都要下套管？( 四 ) _套管质量要求

深部岩心钻探技术与管理
式中:v为冲洗液上返速度;D为钻孔内径;d为钻杆外径。
绳索取心系列口径所需最小流量推荐值见表3-6 。
表3-6 绳索取心系列口径所需要的最小流量推荐值
注:表中流量推荐值以冲洗液上返流速分别为:清水1.5m/s,泥浆1m/s计算。
在实际施工中,由于上部套管内径较大,钻孔局部超径、漏失等情况,实际流量要略大于计算值。采用孔底动力时,其流量必须满足钻具正常工作所需要求。
2.冲洗液循环阻力损失计算
钻进过程中,当冲洗液流量一定时,循环阻力损失主要受循环通道总长度、钻孔环状间隙大小、钻具形态、冲洗液密度和流变参数等影响。冲洗液循环阻力损失如公式(3-2)所示:
P=k(P1+P2+P3+P4)(3-2)
式中:P1、P2、P3、P4分别为流经钻杆、环状间隙、地面管路、孔底钻具时的阻力损失,k值一般取1.1～1.4 。当孔深增加到一定深度后,P1和P2占了总阻力损失的绝大部分。
钻杆内冲洗液循环阻力损失可由公式(3-3)计算:
深部岩心钻探技术与管理
式中:P1为循环压力降;ρ为冲洗液密度;v为冲洗液上返速度;ηe为冲洗液塑性黏度;d为钻杆内径。
钻孔环空间隙中循环压力降可由公式(3-4)计算:
深部岩心钻探技术与管理
式中:P2为循环压力降;l为钻孔深度;v为上返速度;ηe为冲洗液塑性黏度;D为钻孔内径;d为钻杆外径。
实际施工中影响压力损失因素较多,公式的理论计算值有一定误差。在安徽庐枞科学钻探现场,孔深3000m的N系列口径钻孔,采用无固相冲洗液钻进的循环阻力损失达8MPa左右。可通过加大钻头外径(增加钻孔环状间隙)、降低泥浆黏度等措施来降低冲洗液循环阻力损失。
(三)内套管及活动套管设置
套管与钻孔孔壁接触,以护壁为主要目的称之为外套管。外套管内下入的套管称之为内套管,分为固定式和活动式内套管。固定式内套管一部分置于套管内,其余则延伸至地层中,以分层护壁为目的,一般在终孔前不从钻孔中提出。活动式内套管主要解决套管与钻具合理级配和预留口径问题。
金刚石钻探的钻孔内活动套管设置如图3-5所示。
图3-5 金刚石钻探钻孔内活动套管设置示意图
深孔钻探设计套管串时须预留若干口径,所以多采用下活动式内套管的方法。根据现场钻进口径条件可下入多层或单层活动式内套管。多层活动套管具有稳定性好、减少对外套管敲击、保护外套管等优点,但费用增大,提拔内套管很麻烦,处理层间内套管夹卡事故难度大。单层活动套管可节约套管费用,降低提拔内套管的风险,但内外套管环状间隙较大,稳定性差,对外套管有一定的敲击作用。活动套管下入的次数及规格视钻进口径而定。在实际施工中,一般选择单层活动式内套管,以扶正措施解决内套管稳定性问题。
钻探过程中,若遇到其他措施无法护壁必须下套管的复杂地层,可提出活动套管再扩孔下入下一级套管。
(四)套管固定密封与扶正设计
1.套管固定与密封
深部钻探往往孔内下有多层套管,如套管层间不用水泥固管,就存在套管密封问题。套管密封目的是防止复杂地层孔壁沉渣流入孔内,同时防止钻屑进入内外套管间隙造成套管卡夹事故。套管的密封主要集中在地表套管口和孔内套管底两大部位。
一般孔口套管(亦称导向管)是焊接在一块钢板上并用水泥固牢,作为各层套管的承托。其他各层套管口与法兰盘连接固定,各法兰盘间设置橡胶密封圈(或胶皮垫)作为管口密封(图3-6) 。钻进含油气地层时,孔口套管需安装防喷套管头。
图3-6 孔口套管密封装置示意图
1—防护套;2—法兰盘;3—固定螺栓;4—固定销;5—密封垫;6—承托钢板;7—水泥底座;8—套管
套管底部密封常采用特殊设计的套管靴(套管座),套管靴上部连接套管,下部坐落在岩层上,活动套管一般承托在外套管靴上,固定式内套管也常带套管靴,坐落在延伸的下段岩层上。套管底部的固定与密封装置如图3-7所示。
图3-7 套管底部固定与密封装置示意图
(a)外套管靴;(b)活动套管座
套管底部应坐在较完整的硬岩层上,并以斜面锥度作为密封面。施工时,先用小一级口径钻5～10m深的引导孔(亦可作沉渣孔),再用锥形钻头修0.5m深的锥形面,以便外套管靴能吻合坐入。岩石较软或破碎时,需将外套管靴用水泥固定,透孔后再下入内套管。
套管串下孔时,丝扣部位应采用环氧树脂或厌氧胶粘接以增强密封性及连接强度,防止套管脱扣。
2.套管扶正器设计