地质勘探钻孔是不是都要下套管？

套管是用来做支护或保护的，正如楼上所说的，如果岩心破碎，掉块，坍井等情况，就可能需要下套管了，但是一般刚开孔地表一带的岩石较碎，也有可能是土层，都需要下套管，不用全孔都下，前几米或前几十米就行，但是前提是下套管的这一段，必须已经取芯了。

套管质量要求

套管的材质与类型应根据钻孔结构设计及工程需要来选择。深孔岩心钻探施工周期长,套管下入深度大,钻进中钻杆柱对套管的敲击、磨损严重,若孔内套管柱发生问题,将造成严重的孔内事故,甚至报废钻孔,所以钻孔套管柱质量必须满足如下要求。

1.材质要求

一般根据套管下入深度、质量等参数来选择无缝钢管的材质。套管材质钢级选择推荐表见表3-2。

表3-2 钻孔套管材质钢级选择推荐表

选择套管材质时,还应考虑套管柱的质量。套管下入质量≤10t时,可选普通低碳钢级;10～20t时,应选DZ40～DZ50钢级;≥20t时,选DZ50以上钢级。另外,套管接头材质应比套管体钢级要求高一级。

2.套管弯曲度要求

套管的弯曲度是指套管在长度方向上呈曲线状,用测得的套管最大弯曲处弧高来表示,分为局部弯曲度(mm/m)和全长弯曲度(%)。深孔钻探一般规定:套管直径≤Φ89mm,局部弯曲度应在1mm/1.5m范围内;套管直径＞Φ89mm,局部弯曲度应在1mm/1m范围内。

3.套管椭圆度、壁厚不均度要求

套管横截面上最大外径与最小外径之差称之椭圆度(或不圆度),一般规定套管的椭圆度不超过外径公差的80%。套管直径≤Φ89mm,椭圆度控制在0.5mm以内;套管直径＞Φ89mm,椭圆度控制在1.0mm以内。

套管横截面及纵向管体上的壁厚不等现象称为壁厚不均度。一般规定不超过管壁厚公差的80%。套管直径≤Φ89mm,壁厚不均度控制在0.3mm以内;套管直径＞Φ89mm,壁厚不均度控制在0.5mm以内。

4.套管连接方式及加工质量要求

1)套管连接方式有直接连接、平接头连接和接箍连接三种方式,如图3-2所示。

图3-2 套管连接方式

(a)直接连接;(b)平接头连接;(c)接箍连接

一般情况下,套管质量≤10t时,采用直接连接或平接头连接方式;套管质量＞10t时,采用接箍连接方式。

2)深孔用套管接头、接箍料应进行热处理,以增加其强度。

3)套管接头两端螺纹中心线应重合,其同轴性偏差在任一端面应不大于0.25mm。

4)套管及接头、接箍螺纹标准主要有地质岩心钻探标准和石油钻井标准。在深孔和大直径地质岩心钻探中往往也执行石油管材螺纹标准。地质岩心钻探及石油钻井套管及接头螺纹加工参考扣型和参数见图3-3、表3-3和图3-4、表3-4。

图3-3 地质套管及接头螺纹剖面

表3-3 地质套管及接头螺纹参数参考表

图3-4 石油套管(油管)和接箍螺纹剖面

表3-4 石油钻井套管及接头螺纹参数表

注:上表为我国石油套管螺纹标准,现多采用国际API标准。

5)套管及接头、接箍螺纹加工精度要严格按照相应的规范执行。

6)套管及接头、接箍加工成型后应用标准内径规进行通孔检查。

请问地质钻探中，钻孔是怎么钻的？套管起什么作用？取芯是怎么取的？

这个问题回答完整比较长，我简要说一下：1、钻孔是怎么钻的？如果你见过工厂里的钻床或建筑中在墙体上打孔穿管等原理相同（除冲击钻进外），首先是要有一个足够硬的能钻入地下的钻头，其后面接一个取芯工具，再往上接一个能传递回转的钻杆，还要有能够提供冷却用水泵或风机。不仅如此，还应该有一个能够提供回转推进的设备叫钻机。因此钻孔是钻机通过钻头不断地刻取地下岩石得到的。2、我们知道所形成的钻孔地层多种多样，套管是用来保护钻孔的，通常用钻口处，防止井口塌陷等。也可用在井下某个支护段。3、取芯有几种，对岩石来说，有一个取芯工具管叫岩芯管，分为卡具与卡料两种，卡具是提钻时自动完成卡取将岩芯带出钻孔的一种方式。卡料是通过钻杆内向下投入的钢粒等将管内岩石（芯）与管内壁形成摩擦力达到取出的目的。

套管的起下

(一)常用地质套管规格

我国钻探管材的标准系列曾有几次颁布,1970年由原冶金部颁布了《YB235—70地质勘探用钢管》标准。这个标准总结了新中国成立后20年来的成果,这套标准俗称岩心钻探大口径标准系列,沿用至今。20世纪60年代推广金刚钻进技术,受瑞典、日本的影响,1975年颁布了《YB848—75小口径钻进用管材》,使用几年后发现一些缺陷,国家标准局正式颁布了《GB3423—82金刚石岩心钻探用无缝钢管》国家标准,宣布从1983年11月1日起实施,原YB848—75标准同时作废。为适应国家GB3423—82标准,原地矿部于1984年颁布了《DZ1.1—84金刚石岩心钻探管材螺纹》标准和《DZ1.3—84硬质合金、钢粒岩心钻探管材螺纹》标准及《DZ25—83地质钻探杆锁接头》标准。

《GB/T9808-2008钻探用无缝钢管》的颁布,作为现行地质岩心钻探用无缝钢管的国家标准。常用地质套管、岩心管规格如表4-6所示。

(二)起下套管操作

岩心钻探施工下入孔内套管的主要目的是保护孔壁、隔离地层、防止坍塌、封闭涌水或漏水层。

一般在开孔钻进揭穿第四纪覆盖层或风化岩层后,需下一层套管,因其数量不多,又是第一层套管,故称井口管或表层套管。

常用套管有146mm,127mm,108mm,89mm,73mm。套管与岩心管的区别是,套管丝扣长,为60mm。岩心管丝扣短,为40mm。

1.下管前的准备

1)下管前,必须清除孔底岩心及岩粉,先用导向钻具换好径。

2)套管必须坐在硬岩上,并准确丈量孔深。

3)准备好所需套管,逐根检查是否畅通,弯曲变形的套管不得下入孔内。

4)配套管接箍时,丝扣必须吻合,过松过紧应予更换。接箍上好后,用小一级的标

准合金钻头在接箍连接处试探能否通过。

表4-6 岩心管、套管尺寸表

注:外径公差φ34～89mm按±0.8%计算,φ108mm以上按±1.0%计算;壁厚公差φ34～89mm按±8%～12%计算,φ108mm以上按±10%～15%计算。

5)检查合格后,丈量套管,逐根编号,并记入班报表,以便存查。

6)在特殊孔段下入套管时,套管丝扣必须粘接,准备好黏接剂。一般不用套管鞋;如用套管鞋则必须用电焊焊牢,其内径与底部应不妨碍钻具通过。

7)备好专用工具及涂抹套管油(黄油或废机油)。

2.下管

将套管夹板摆平在井口,按事先准备的套管序号逐根吊放到井口连接。在用套管夹板夹持套管时,夹板应夹在距离管口20mm以下位置,螺栓要拧紧。

连接套管时,丝扣必须吻合,并要用加力杆扳紧。丝扣部位应涂抹油料,以利拆卸。如需粘接,应按粘接要求,将丝扣粘接牢固。

下管的同时,套管外壁应涂抹油料或缠绕塑料薄膜,草绳,也可涂抹化学处理剂,以利起拔。

3.下管注意事项

1)吊运套管的岩心管接头要适当拧紧。连接套管时,提引器的钢绳不要绷得太紧,以防上部接头回扣,造成跑管;

2)下小径套管时,孔口部位应考虑主动钻杆能通过套管。

3)在涌水或漏水层下管时,套管距孔底2m停止下放,投入1.5～2.0m黏土球,捣实后再送下套管(也可采用其他止水方法),以防地下水渗透或冲洗漏失。

4)下管中途遇阻,需用吊锤打击时,应控制打击高度,以防接头及套管变形;打击无效,必须将套管提出重下。

5)套管下完,注意套管口要适当高于地面,套管中心应与立轴中心对正,管口周围要严密封填,以防岩粉沉淀卡塞套管,不利起拔。同时,套管口要加以固定。一般深孔施工,其孔口部位又是松散地层,为便于套管口周围封闭,开孔前先在孔口处挖一坑;浇注一井口水泥墩,开孔后便可形成一个完整的井筒,便于封闭。

6)套管下完后,如管内沉渣过多,应下小两级的钻具清理孔底,以防双层管挤夹或造成下部套管回扣脱落事故发生。

4.起拔套管常用方法

起拔套管比下入套管要困难很多。原因是套管下入孔内后,受各种因素影响可能导致套管出现下列情况。

1)钻孔完工周期长,会造成套管在孔内因岩粉、岩屑在套管与孔壁之间因沉淀,使套管与孔壁间的摩擦阻力增大;从而起拔套管困难。

2)钻进过程中,因钻杆在孔内的旋转,会造成套管的回扣和套管的损坏;严重时套管甚至会脱节等。

起拔套管的常用方法有:升降机提吊法、吊锤、千斤顶起拔法、割刀分节起拔法、扩孔反套管法、爆破法、套管外钻小孔起拔法等。一般正常情况下起拔套管常用升降机提吊法和千斤顶起拔法。除此以外的其他起拔套管的方法都属于处理套管事故时采用的方法。

5.起拔套管的工具与措施

1)起拔前首先应清楚孔内套管的根数、长度、下入套管孔段的岩层情况、钻孔结构及施工期限、所用冲洗液类型和施工中是否出现过套管事故和处现情况等。

2)准备好起拔套管所需的与套管同规格的套管接头和套管丝锥、夹板(两副)及拧卸工具等。

3)起拔孔内多层套管时,先从最小径套管(内层套管)开始起拔,然后再逐层进行起拔。

4)将连接在套管上的保护接头拆下,拧上套管接头,用升降机直接进行提吊起拔;如果孔内套管提不动时,可用吊锤进行振动,配合升降机边振动边进行起拔。

5)若孔内套管起拔时阻力太大时,可采用液压千斤顶进行强力提拔。

6.起拔套管注意事项

1)戴好安全帽及穿好防护用品。

2)上套管接头和套管夹板时,一定要拧紧,以避免在提升过程中出现滑扣现象。

3)检查并调整好卷扬机提升与制动手杷、提引刚绳的磨损情况,若有磨损时应更换新绳。

4)在进行强力提拔时,其余人员应远离井口,提引器下面严禁站人。

5)升降机与液压油缸联合进行起拔需倒杆时,严禁先卸油缸负荷。

6)起拔出的套管,应清洗干净,并认真对丝扣及管壁加以检查,发现丝扣和管壁有损伤时,下次不得再用;对完好的套管,应将丝扣处抹油并码放整齐。

地质管的地质管用途

地质管（YB235-70）钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。地质管用途钻杆(Drill pipe)：钻孔工具中连接钻头、用以传递动力的杆件。 钻柱通常的组成部分有：钻头、钻铤、钻杆、稳定器、专用接头及方钻杆。钻杆的基本作用是：(1)起下钻头；(2)施加钻压；(3)传递动力；(4)输送钻井液；(5)进行特殊作业：挤水泥、处理井下事故等。钻铤(drill collar)：处在钻柱的最下部，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大（一般为38~53mm,相当于钻杆壁厚的4~6倍），具有较大的重力和刚度，它在钻井过程中主要起以下几方面的作用：（1）给钻头施加钻压；（2）保证压缩条件下的必要强度；（3）减轻钻头的振动、摆动、和跳动等，使钻头工作平稳；（4）控制井斜。钻铤有许多不同的形状，如圆的、方的、三角形和螺旋形的。最常用的是圆形（平滑的）钻铤和螺旋形钻铤两种。套管(casing pipe)：套在另一部件上的管子断面为环形，用于保护其他设备的各种材质的圆管，多为铁，钢质。套管是放入裸眼的大直径管，并且需要使用水泥固定。油井设计者须设计套能够承受各种外力，如碰撞，爆裂，拉力等，以及化学侵蚀。在钻井过程中将套管固入井眼，可以起到稳定井眼的作用。套管作为井眼的重要组成部分有以下几个重要的作用：1. 防止井壁坍塌，隔离不同地层以防止地层之间液体对流，进而起到打钻时控制地层液体和压力作用。2. 套管还能够辅助地面井控设备和井下生产设备实现各自功能。3. 套管适用于不同井径，以及不同材质等级。管井沉淀管(grit compartment)：位于管井最下部，用以容纳进入井内的沙粒和从水中析出的沉淀物的管段。在地质管、地质钻探管实际应用中：为探明地下岩层结构、地下水、石油、天然气及矿产资源情况，利用钻机打井。石油、天然气开采更离不开打井，地质钻探用石油钻探用无缝钢管是钻井的主要器材，主要包括岩芯外管、岩芯内管、套管、钻杆等。由于钻探用管要深入到几千米地层深度工作，工作条件极为复杂，钻杆承受拉、压、弯曲、扭转和不均衡冲击载荷等应力作用，还要受到泥浆、岩石磨损，因此，要求管材必须具有足够的强度、硬度、耐磨性和冲击韧性，钢管用钢用“DZ”（地质的汉语拼音字头）加数字一代表钢屈服点表示，常用的钢号有DZ45的45MnB、50Mn；DZ50的40Mn2、40Mn2Si；DZ55的40Mn2Mo、40MnVB；DZ60的40MnMoB、DZ65的27MnMoVB。钢管都以热处理状态交货。

套管结构设计

钻孔结构设计确定之后,需进行套管结构设计,其主要内容是套管的级配、上返水力计算、套管内外扶正与密封、套管座及尾管设置等。套管结构设计是安全钻进的重要保障。

(一)套管的级配

深孔及特深孔钻探一般设计4～6层套管。每层套管的内外径规格及级配关系原则上应符合《地质岩心钻探规程》所对应的口径要求。目前我国地质岩心钻探口径系列及套管级配关系如表3-5所列。

表3-5 地质岩心钻探钻进口径与套管级配推荐表

在实际施工中,根据地层的复杂程度,可将上部套管直径加大,以增加套管预留层数。套管层间级配一般是上一层套管最小内径要比下一层套管串最大外径≥5mm。为了减少扩孔次数,上一级钻进孔径应满足下一级套管下孔要求。若套管下入后需用水泥固井,套管外径与孔壁环状间隙应不小于20mm。套管内径与钻具之间的级配原则是环状间隙不大于10mm(金刚石钻进应在3～5mm之间),以保证钻具回转过程中的稳定性。

(二)钻具与套管、孔壁环状间隙水力计算

设计深孔套管结构时,要根据不同孔深条件下钻具、套管及钻孔的环状间隙核算水力参数,以确定安全钻进的最佳排量。

1.冲洗液流量计算

钻进过程中,冲洗液流量应满足携带岩粉、冷却钻头的需要。根据钻孔结构和钻具级配参数,可按下式计算正循环所需流量:

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

为了使孔内套管居中,增加其稳定性和刚性,需要在套管柱上安装扶正器。对固孔套管的扶正器而言,除了上述作用外,还有助于克服水泥浆窜槽,减少套管压差卡钻危险,提高水泥固井质量,减少套管与孔壁的摩擦阻力。

套管扶正器主要类型有:弹性扶正器、刚性扶正器、半刚性扶正器等,如图3-8所示。应根据孔深、孔斜、套管外环间隙等参数来选择套管扶正器。要求扶正器的过水断面大,弹性好,强度高,与孔壁接触面积小,并具有上下活动及转动性能。固孔用套管扶正器一般选择弹性扶正器,对于孔斜角较大的钻孔采用半刚性扶正器;地层复杂孔段尽量选用螺旋形扶正器。

图3-8 常用扶正器类型

弹性扶正器:(a)弓形;(b)螺旋形;(c)双弓形;(d)半刚性;刚性扶正器:(e)直形;(f)螺旋形;(g)、(h)扶正圈

活动套管的扶正器与固孔套管扶正器作用有所不同,它没有水泥环固结支撑(根据工程需要可提出孔外),因此,不仅要求扶正器对套管柱有很好的扶正稳定作用,而且要有良好的抗震和减震作用。

施工中一般在承压套管段选择刚性扶正器,受拉套管段选用半刚性扶正器。因小口径金刚石钻探的钻孔与套管、套管与套管之间环空很小,无法使用标准的扶正器产品。小口径钻探的经验表明,采用金属扶正器一旦在孔内或活动套管环空中断裂,便会造成很难处理的事故。我们曾用在套管上焊接金属材料的刚性扶正器,一般钻进2～3天即发生套管折断事故,导致无法正常钻进。针对这一问题,安徽省地矿局313地质队探矿工程技术研究所设计了一种弹塑性套管扶正器(图3-9)。这种扶正器用尼龙棒车制而成(也可压膜成型),兼有弹性和刚性,对套管有良好的抗震、减震作用。由于它不是金属材料,一旦发生套管事故也很容易处理。该扶正器先后在霍邱周集铁矿区深部钻探研究ZK1725试验孔、汶川地震断裂带科学钻探 WFSD-3孔、国家深部钻探项目赣州于都3000m科学钻探NLSD-1孔和安徽庐枞3000m科学钻探LZSD-1孔中使用,没有发生折断、卡夹等套管事故,活动套管起拔自如,应用效果很好。

图3-9 弹塑性套管扶正器

套管扶正器的安装间距也影响着套管柱的稳定性,可参考石油天然气行业SY/T5334—1996标准进行估算。金刚石地质岩心钻探所用套管壁较薄,变形量较大,目前还没有建立这方面的标准,只能凭经验确定套管扶正器间距:外套管(固孔套管)30～40m,活动套管6～9m。基岩段套管与孔壁环状间隙小于30mm固孔时,一般可不设扶正器。

(五)套管引鞋、旋流短节与浮力装置

1.引鞋

引鞋是装在套管柱底部的圆锥形带循环孔的短节,其作用是引导套管入井,防止套管底部插入井壁或刮挤井壁泥饼,并使套管底座居中。套管引鞋一般用铝、生铁、水泥或硬质木料制成,如图3 10所示。

图3-10 引鞋结构示意图

2.旋流短节

旋流短节是接在套管鞋上的一段带有左螺旋排孔的短节(图3-11),一般有8～9个出口方向倾斜向上的孔,孔径25～30mm。其作用是使水泥浆旋流上返,有利于将冲洗液替走,以保证套管鞋附近的注水泥质量。

图3-11 旋流短节结构示意图

3.套管浮力装置

套管浮力装置有浮鞋和浮箍两种形式。在引鞋中装置一个回压阀就成为浮鞋,如图3-12所示。浮箍内部结构与浮鞋基本相同,但没有引导套管下入的圆形凸头(图3-13)。浮鞋与浮箍的主要作用是:阻止冲洗液进入套管并产生浮力减轻升降系统、钻塔及套管连接处的负荷;注水泥结束后阻止水泥浆回流,防止水泥塞上移,保证水泥返高。浮箍上部的球座挡板即为注水泥时胶塞下行的承托环(也称阻流环),下套管时将浮箍装在水泥塞预定位置,在替冲洗液过程中,当胶塞被推到承托环时即遇阻碰压,这时应立即停泵。

图3-12 浮鞋结构图

图3-13 浮箍结构图

浮鞋一般用水泥和铝材料制成,浮箍一般用生铁或铝材料制成。在特殊情况下,浮鞋与浮箍也可同时使用,以保证浮箍不损坏,起到双保险作用,有时为了三保险还加两个浮箍,以满足水泥返高等要求。

地质岩心钻探多采用较为简易的回压凡尔浮箍形式(图3-14),浮箍用生铁制成,其螺纹与套管下部内加厚接箍连接,浮球用胶木或尼龙制成。这种形式结构简单,加工方便成本低。

图3-14 简易回压凡尔式浮箍

(六)尾管设计

尾管是指与主套管(或上层套管)底部相连而口径小1～2级的套管。设置尾管可节约管材(无需从孔底下至孔口),减轻套管重量。

尾管悬挂装置是下尾管的关键器具,它借助液压力或机械力使尾管牢固地连接在上一层套管上,达到护壁和固孔目的。尾管悬挂技术在油气钻井中应用较为广泛,目前主要有封隔式、旋转式、机械式、液压式、膨胀式等尾管悬挂器,如图3-15所示。

在地质岩心钻探中,由于孔径较小,套管间的环状间隙小,尾管悬挂装置横向尺寸受到限制,给悬挂装置设计带来难度。近年来,为了适应深部钻探的需要,部分地勘单位也进行了小口径尾管悬挂技术的尝试与研究。安徽省地矿局313地质队探矿工程技术研究所设计的小口径简易尾管悬挂装置在使用中取得了良好的效果。小直径尾管悬挂装置结构如图3-16所示。小口径尾管悬挂装置主要设计尺寸见表3-7。

图3-15 典型尾管悬挂器

(a)卡瓦封隔式;(b)旋转式;(c)机械式;(d)液压式;(e)膨胀式

图3-16 小直径尾管悬挂装置

(a)悬挂座;(b)反脱接头

表3-7 小口径尾管悬挂装置主要设计尺寸

小口径尾管悬挂装置工作原理示于图3-17,该装置利用上层套管座内锥面和尾管悬挂座外锥面相吻合的机构,实现在重力作用下的嵌入自卡来悬挂尾管。为了增加悬挂锥面间的摩擦阻力,在尾管悬挂装置下到位后,从钻杆内投入分水钢球,并投放1kg左右细颗粒(Ф0.5～Ф1.0mm)钢砂或石英砂,用泵将石英砂通过分水口送至上层套管座和尾管悬挂座间隙中。然后正向回转钻杆将反脱接头回扣提出孔口,尾管便安装结束。若尾管安装后需要水泥固井,应提前在尾管下端钻3～4个直径15mm的返浆孔(为保证尾管强度不要在同一横截面钻孔)。注水泥浆时,将钻杆下入尾管底部进行注浆固孔。

图3-17 小直径尾管悬挂装置工作原理示意图

套管起拔技术

地质勘探、工程地质勘探和水文地质勘探等钻孔,一般在达到地质和工程目的后大都进行填封,不保留钻孔。须把以前施工过程中下入的未用水泥固孔的套管起拔出来,以节约钻探成本。

一般情况下,活动内套管可以一次性起出,因为它下在外套管内不与孔壁接触。而外套管四周受到岩粉、黏土、砂砾包裹,吸附和夹卡,很难从钻孔中一次性起出,需要逐根套管用套扩、反、割、冲等方法处理才能起拔。

(一)套扩起管法

采用大1～2级口径的钻具罩在孔内套管上进行套扩,一般一次套扩10～20m,后下入反丝公锥将套管回扣起出;然后再下钻具套扩和反管,这样循环数次,把套管起出钻孔,如图3-30所示。

图3-30 套扩起管法示意图

1—钻孔;2—套扩筒;3—钻头;4—卡附物;5—套管

这种方法主要用于第四系松散地层,但套扩时间长,套扩后超径孔段易出现套管头侧偏,公锥难进入套管头,造成套管起拔事故。

(二)反、割起管法

反、割起管法是指在套管下入之前,已在套管串中以一定间隔(20～40m)接有左螺纹接箍,起套管时,可以不用反丝钻杆逐段反出。如果遇到套管局部卡夹,可采用套管割刀,割断被卡部位套管后再进行起拔,这种方法多用于基岩孔段套管起拔。

(三)松散地层一次性解卡起管法

为解决松散地层套管起拔问题,安徽省地矿局313地质队探矿工程技术研究所研制了“松散地层井管解卡装置”(获国家发明专利,专利号:ZL200810195812.0)。

1.结构及工作原理

松散地层井管解卡装置包括冲击杆、套箍、合金刃片、斜楔面、上喷水孔、中心喷水孔、下喷水孔和鸭嘴孔等部件,如图3-31所示。

图3-31 松散地层井管解卡装置结构图

1—冲击杆;2—套箍;3—合金刃片;4—斜楔面;5—上喷水孔;6—中心喷水孔;7—下喷水孔;8—鸭嘴孔

解卡装置主要由中空圆柱形冲击杆1和冲击杆中部的圆筒形套箍2构成,套箍2与冲击杆1的中轴线相互平行,套箍的纵剖面为一梯形,圆柱形冲击杆的下部经锻打形成一个斜楔面4,斜楔面与冲击杆中轴线的夹角为10°～15°,这样冲击杆在工作时就更容易冲击进入土层。套箍2可用厚约10mm的梯形钢板卷制而成,也可选用内径略大于孔内套箍外径的无缝钢管,将钢管的上、下两端倾斜切割制成,再沿钢管纵向开一切口,焊接在冲击杆的中部即可。斜楔面4与冲击杆本体在冲击杆的底部形成鸭嘴孔8,并在冲击杆的中部开设有若干朝向套箍一侧的喷水孔。

松散地层井管解卡装置作用原理如图3-32所示。解卡作业时,将解卡装置冲击杆上端与地质钻杆连接(Ф50mm或Ф42mm钻杆),套箍套在孔内的套管上,冲击杆上下冲击套管外沉渣,并同时用泥浆泵向冲击杆内送高压泥浆,高压泥浆由冲击杆底部的鸭嘴孔射出,将套管外壁的卡附物(如泥土、砂石等)返至地表。

图3-32 松散地层井管解卡装置工作原理示意图

1—套管;2—套箍;3—冲击杆;4—卡附物;5—孔壁

2.技术特点

松散地层井管解卡装置是利用水力学和机械原理设计而成,它克服了传统套管起拔解卡方法的多种弊端,具有不用钻机回转,不用长扩孔管钻具扩孔,减少扩孔阻力,避免孔内钻具、套管折断、找不到孔内套管头等事故,对孔内套管可一次性解卡,无需多次套扩起管繁琐工序等优点。冲击杆底部的鸭嘴孔产生高压水流,配合钢管套箍上下冲击,排除套管外围卡附物,以达到套管解卡之目的。

冲击杆中部开设有若干朝向套箍一侧的喷水孔,若干喷水孔的轴线与水平线形成不同的夹角,可从不同方向冲刷套箍内壁与孔内套管外壁之间的卡附物,因此能更快更彻底地对套管进行解卡。

3.套管起拔作业

1)套管解卡前应配制好泥浆,选择与孔内套管外径相匹配的松散地层井管解卡装置(以下简称解卡装置)。

2)先在孔口套管头处用短钻具套扩3～5m后,再下入解卡装置。

3)解卡装置套入套管后连接好钻杆、冲击杆和机上主动钻杆,开启泥浆泵送泥浆冲孔,泵量一般要在200L/min以上,泵量的大小要根据套管直径、地层情况而定。

4)泥浆送入钻孔后,用升降机上下拉、放机上主动钻杆冲击套管与孔壁环空的沉渣和套管上卡附物,并随泥浆返至孔上。每次上拉、下放主杆冲击高度一般为3～4m。

5)在高压泥浆喷射和冲击作用下,使解卡装置一直下行至套管底部,提出解卡装置,即可将孔内套管全部一次性起拔上来。

6)解卡装置用于外平式套管串的效果更直接,如果套管是外接箍式连接,解卡装置套箍内径要大于套管接箍。遇到接箍处要上下提动解卡装置,待解卡装置套入接箍台阶后再进行冲击作业。

7)使用解卡装置时,严禁钻机主动钻杆回转,以防损坏解卡装置。

8)若准备使用一次性解卡起管法,在设计钻孔结构时应注意:钻孔口径最好要比所下外套管口径大2～3级,套管串不要放置扶正器,套管与孔壁间隙用优质黏土粉制作的泥球填充,并用优质高分子化学泥浆灌入间隙中,上下套管口要密封好。

套管与套管柱

套管尺寸的选定及井身结构设计是钻井的重要环节之一，需要重视套管的安全性能、完井要求和井的运行及寿命要求。为满足CO2地质储存的工艺需求，需要根据不同的储层类型、储存量等确定合理的完井套管尺寸，而后选定表层套、管技术套管尺寸。

CO2溶于水后对套管具有极强的腐蚀性，为避免CO2地质储存井中套管腐蚀损坏导致储存失败，需要选取具有强抗CO2腐蚀的材质套管（冯蓓等，2010）。

（一）套管柱设计

套管柱设计原则是经济安全，根据套管柱在井下的工况，建立套管强度与套管柱受力之间的平衡关系，确保安全第一，在盐岩层、腐蚀环境等恶劣条件下，需要按照套管柱在井下最危险的工况确定受力大小，合理设计套管柱强度（王建学等，2006）。

CO2地质储存井需要更为精确的设计，考虑复合载荷作用处套管强度的变化。射孔完井能很好地对CO2地质储层进行灌注和监测，因此CO2地质储存井推荐使用射孔完井。射孔对套管强度和使用寿命有一定的影响，应选用优质套管。

（二）套管管材选择

CO2溶于水后对金属材料有极强的腐蚀性，在相同的pH值下，它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重。CO2在水介质中能引起钢铁迅速的全面腐蚀和严重的局部腐蚀.CO2腐蚀典型的特征是呈现局部的点蚀、癣状腐蚀和台面状腐蚀，台面状腐蚀是最严重的一种情况，它使管道和设备发生腐蚀失效，并造成严重的经济损失和社会后果。因此在对CO2地质储存工程套管设计时，为保证钻井安全和使用寿命，在CO2地质储存目的层套管材质需要具有较好抗CO2腐蚀能力（李珣，2005）。

CO2的腐蚀破坏往往是由局部腐蚀造成的，在含CO2的介质中，腐蚀产物或其他的生成物膜在钢铁表面不同的区域覆盖度不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶或闭塞电池。CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。

CO2腐蚀受到众多因素的影响，概括起来主要可分为两大类。一是环境因素，主要包括CO2分压，介质温度，水介质矿化度，pH 值，水溶液中 微量H2S和O2、细菌等的含量，油气混合介质中的蜡含量，介质载荷、流速及流动状态，材料表面垢的结构与性质等；二是材料因素，包括材料种类，材料中的合金元素Cr、C、Ni、Si、Mo、Cu、Co等的含量，材料表面膜等。

许多研究人员已经建立了在大多数不同条件下.CO2分压和腐蚀速率之间的关系。当CO2分压大于0.21MPa时，通常表示将发生腐蚀，并且腐蚀速率随CO2分压增加而增大。因此，在进行CO2地质储存时，CO2是处于液态或超临界状态，井内套管和井下工具处在极易腐蚀的环境中。

尽管现在钢材的性能得到不断的发展，但是对CO2耐腐蚀性能的改善还是十分有限的，开发具有较好的耐CO2腐蚀材质的油套管居然是国内外的热点问题。为了降低CO2腐蚀产生的破坏，需要对套管管材进行合理的选择。图6-2是对比不同材质套管CO2腐蚀结果，其中13Cr材质的腐蚀速率低于其他材质套管，具有一定的抗CO2腐蚀效果，如在内蒙古鄂尔多斯施工的神华CCS项目中神注1井，目的层采用的套管纲级材质为TP110-SUP13Cr（胡丽华等，201l）。

（三）固井水泥

CO2对固井水泥也存在着一定的腐蚀性，它的腐蚀作用主要为H2CO3渗入到水泥石中与水泥石水化产物发生不同的化学反应、产生不同的化学物质，最终导致水泥石的微观结构发生变化，进而破坏油井水泥石的抗压强度和渗透率，使得套管的受力状况恶化，降低使用寿命。据国外一些报道，受CO2腐蚀，在许多地热井中的固井套管周围水泥几乎消失，套管损坏严重。因此，针对CO2地质储存固井水泥需要具有良好的防CO2腐蚀性能，才能保证工程的使用寿命（孙富全等，2007）。

图6-2 不同材质套管CO2腐蚀结果对比

（a)N80;（b)1Cr;（c)3Cr;（d)13Cr

神华CCS示范项目中神注1井和中神监1井均采用了防腐蚀外掺料BCE-750S，并分别从水泥石的腐蚀深度、渗透率、抗压强度方面对BCE-750S的防腐蚀性能开展了室内评价。结果表明，BCE-750S水泥浆具有显著的防CO2腐蚀能力，将BCE 750S按40％～60％的比例外掺到油井水泥中，可有效提高水泥石对CO2的防腐蚀能力，降低腐蚀深度和渗透率，使抗压强度提高50％以上（汤少兵等.2011；万伟等，2009）。

地质钻杆的地质管和无缝管有什么区别

这是地质钻探用钢管。地质管（YB235-70）钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。按用途可分为钻杆、钻铤、岩心管、套管和沉淀管等。地质管常用钢级：DZ40、DZ50、DZ60、R780等。这些钢钢级对应的材质为：D40(50 Mn ) DZ50（45Mn2）、R780（36Mn2V）、R780（42MnMo7）,DZ60(45MnMoB)也就是R780可以用36Mn2V或42MnMo7。但R780(42MnMo7)采用正火+回火热处理工艺，与R780(36Mn2V)相比机械性能显著提高。所以大规格钻杆还是应当采用42MnMo7说明：YB235-70早就作废，且无替代标准。

BH-套管钻进技术在马坑铁矿复杂地层中的应用试验

BH-114套管钻进技术是中国地质科学院成都探矿工艺所研发的钻探新成果。该技术通过利用外管代替绳索钻杆传递钻压和扭矩驱动孔内套管取心钻具回转钻进，在不提钻情况下进行绳索取心、检查或更换孔底主副钻头，有效减少起钻次数，避免频繁起下钻导致复杂地层孔壁不稳定及其引发的孔内事故，有利于降低劳动强度、改善施工环境和促进安全生产。2012年9月8日，在石岩坑矿区ZK9501孔进行BH-114 套管钻进技术试验（孔深25.58～186m），不仅为BH-114套管钻进技术的进一步完善提供了宝贵的试验数据，也增添了复杂地层治理的钻进技术方法，达到预期目的。

9.5.1 套管钻进技术发展概况

套管钻进的概念于20世纪50年代初提出。20世纪60年代出现与套管钻进相关的事例，90年代在油气井钻进中得到快速发展。该技术使用可钻式套管钻井钻具，选用特制钻头钻到预定井深，再采用小一径钻头钻穿特制钻头后钻达终孔目标，最终完成钻孔任务。目前，国外成熟的套管钻进有加拿大Texco（德士古）公司的套管钻进系统等，已完成钻井300多口，钻进井深超千米，最大钻井深度约2800m。

2007年，我国中石油下属的吉林石油集团公司、钻井工程技术研究院、大庆矿油管理局、大港油田集团公司等5个单位联合开展国家863 项目“套管钻井技术”的研究，成功研制了“转盘钻井驱动方式的浅井开发套管钻井工具配套系统”，共完成8口表层井眼的试验，其中有1口井深超过1000m，该项目在2010年1月22日通过项目验收。

20世纪90年代初，内蒙古地勘局赤峰113地质队在白音诺矿区复杂地层施工中，提出并委托四川成都探矿工艺所进行了套管钻进的探索。近年来，随着我国深部地质找矿战略的实施，深孔钻探工作量的不断增加，钻遇复杂地层的情况越来越多，对套管钻进技术的需求也越来越强烈。为解决复杂地层钻进中不稳定地层提钻即垮、成孔困难等原因而造成施工周期长、钻效低、孔内事故多、成本高等难题，成都探矿工艺研究所在套管钻进技术等方面进行了前期研究及探索，于2012年研制了Φ114套管取心钻具——可代替钻杆使用的Φ114套管及配套钻进的机具，制订了Φ114地质勘探套管钻进工艺。

9.5.2 BH-114套管取心钻具

BH-114套管取心钻具是针对复杂地层，以套管钻进为目的，通过不提钻换钻头取心钻进技术途径，研制的一种地质勘探套管钻进与取心钻具。钻具采用两级破碎成孔原理，设置有主钻头和副钻头两级破碎工具，前者执行先导取心钻进，后者承担扩孔成孔任务。

（1）套管取心钻具主要结构与工作原理

1）BH-114套管取心钻具组成（图9.8）。该钻具实质是Φ122mm不提钻换钻头取心钻具，由主钻具（内管钻具）和副钻具（外管钻具）组成。主钻具相当于绳索取心钻具的内管总成，装有主钻头（Φ94单动双管钻头）、普通单动双管取心钻具和副钻头（Φ122/Φ94四块组合张敛式钻头），属于打捞投放部分：可以从孔内将其打捞到地面进行取心和检查或更换钻头，又可通过套管（钻杆）投送到孔底进行取心钻进。副钻具相当于绳索钻具的外管总成，可直接与专用套管（或绳索钻杆）柱连接，属非打捞部分，随套管柱留在孔内。

图9.8 BH-114钻具结构示意图

2）钻具的执行机构。主要有瞄向机构、打捞机构、张敛机构、张开报信系统、悬挂机构、传扭传压机构、限位机构和取心机构等。

3）工作原理——楔顶张敛原理（图9.9）。主钻具投入钻孔后，张敛轴总成在水力作用下，相对钻头架总成下移，使副钻头张开，由张开的副钻头实现主、副钻具连接，钻具呈钻进状态，可进行取心钻进（主钻头执行先导钻进，副钻头承担扩孔任务）；打捞开始瞬间，张敛轴总长相对钻头架总成上移，使副钻头收敛，解除主、副钻具的连接，钻具呈升降状态，主钻具可被打捞到地面进行取心、检查或更换钻头。

（2）套管钻进的特点

BH-114套管钻进是采用Φ114 mm套管作为绳索钻杆，Φ114mm套管取心钻具进行不提钻换钻头取心钻进，钻至预定孔深，将钻具的内管总成提出钻孔，Φ114mm套管则留在孔内作为技术套管，完成套管钻进任务。

主要特点：

1）用于破碎岩石的钻头（主钻头、副钻头）和取心装置安装在可打捞的主钻具上，每回次取心均可检查或更换钻头，满足套管钻进的长孔段不提钻工艺要求。

2）主钻头超前钻进，副钻头扩孔保径。虽两级钻头都破碎岩石，环状碎岩面积大，但属自由面较多的阶梯破碎，在中硬地层的机械钻速与绳索取心钻具大致相同。

3）副钻头为4块组合张敛式钻头，借助冲洗液驱动副钻头张开，张开瞬间的泵压需要达到一定的峰值，所以容易根据地面泵压变化判断孔内副钻头张开情况。

4）钻具遵从钻探相关标准，钻杆既可用作专用套管，又可当绳索取心钻杆使用。

5）钻具投送到位要求孔底具有一定的裸孔空间，对复杂地层而言，这是钻具的不足之处。

图9.9 BH-114钻具工艺原理

（3）钻具规格、主要技术参数（表9.16）

表9.16 套管取心钻具规格及主要技术参数

（4）Φ114套管（钻杆）

Φ114套管采用绳索钻杆结构类型，见图9.10，钻进时作为绳索钻杆使用，传递扭矩和钻压，并作为传递冲洗液的通道；钻进结束，则留在孔内，作为技术套管隔离孔壁。套管管体外径Φ114mm、接头外径Φ116mm，内径Φ103mm，长度3.0m，配有2.0m、1.5m、1.0m少量短套管。

图9.10 Φ114套管（钻杆）

9.5.3 现场试验情况

2012年9月12日至2012年9月28日，在马坑矿区ZK9501孔25.84～183.18m孔段进行BH-114套管钻进生产试验（图9.11），试验进尺157.34m，并下入Φ114套管181.70m，实现了随钻下套管隔离保护孔壁。

图9.11 BH-114套管钻进技术试验现场

（1）钻孔及其地层情况

ZK9501孔设计孔深1000m，倾角90°，验证东部天山凹断层是否为推覆构造。于2012年9月8日开孔，至2012年10月25日达到地质目的而终孔，终孔孔深603.28 m。

ZK9501孔地层自上而下依次为：0～5.35m，浮土；5.35～25.38m，构造角砾岩、角岩化砂质泥岩；25.38～31.82m，辉绿岩、磁铁矿；31.82～79.74m，角岩化砂质泥岩、角岩化泥岩、变质粉砂岩；79.74～534.10m，构造角砾岩、斑点板岩、角岩化泥质砂岩；534.10～603.28m，似斑状中细粒黑云母花岗岩。

设计钻孔结构：Φ150mm开孔，钻进20～50m，下Φ146套管；Φ130mm钻穿上部灰岩，孔深200m左右，下Φ127套管；Φ95 mm（绳索取心）钻进，下Φ89套管；Φ75mm绳索取心钻进钻至终孔。

（2）主要钻探设备和材料

钻机：XY-5型立轴钻机，张家口探矿机械厂；

钻塔：23m钻塔；

泥浆泵：BW250型泥浆泵；

绳索绞车：采用Φ7.6mm钢丝绳；

泥浆材料：801堵漏剂、聚丙烯酰胺、超强润滑剂。

（3）配套器具

配套器具见图9.12，主要包括 Φ114夹持器、Φ114提引器、Φ114绳索打捞器、Φ114管钳、Φ89管钳、Φ114套管提头、脱卡管等。

图9.12 配套器具

（a）木马夹持器；（b）提引器；（c）打捞器；（d）管钳；（e）Φ114套管提头

（4）试验工作开展情况

ZK9501孔套管钻进于2012年9月12日上午，从孔深25.28m开始进行。配好钻具，在地表开泵调试副钻头是否张敛时，发现四块副钻头与收敛爪制作间隙较小，张敛轴总成在水力作用下相对钻头架总成下移过程中，副钻头不张开。经过现场调试，采取打磨调整副钻头配合间隙、加油润滑等措施，使副钻头与收敛爪灵活度和配合度满足要求。

25.84～30.90m孔段钻进四个回次。由于主钻头钻具配置3m，在钻进中超前主钻头工作，副钻头未工作，钻进进尺较快。

30.90～40.85m孔段钻进时，主钻头与副钻头同时工作，出现几次孔内异常现象：①钻具投送不到位；②副钻头未张敛；③内管提不动；④打捞器不配套；⑤主副钻具由于同心度问题而造成钻头架偏磨和因扭力大造成裂纹。

针对钻具组合和孔内遇到的问题，采取应急措施：

1）在孔浅钻进时，钻具由打捞器投送到底。投送前检查、调整张敛总成间隙，并加油润滑调试，使钻具张敛运动自如。

2）调整钻进有关参数（转速调低，钻压增大）、调短超前主钻具，可适当解决主、副钻具同心度等问题。

9.5.4 套管钻进工艺要点

（1）套管钻进主要工序

套管钻进工艺与常规绳索取心钻进基本相同，区别在于：完成一回次钻进打捞取心时，可实现不提钻对服役钻头的检查或更换，钻柱则留在孔内作技术套管，确保孔内安全。所以，除需重视钻具到位张开判断之外，可完全采用绳索取心钻进的操作方法。

套管钻进完成一个回次的工序流程：下钻→配好将超前主钻具和扩孔副钻具→投送主钻具（相当于绳索的内管钻具）→水压钻具张开（水泵压力表升高时突降，副钻头张开）→钻进→打捞主钻具→取心，检查或更换主、副钻头。钻进回次如此循环，直至预定孔深。

（2）套管钻进参数（表9.17）

表9.17 Φ114套管钻进参数一览表

注：当孔身在65m处，全孔漏失不进水，采用顶漏钻进方法。孔内水位深度40～60m。

（3）套管钻进注意事项

1）第一回次钻进中，因副钻头未工作，只有主钻头钻进时应控制钻速、钻压，避免造成孔斜。

2）主、副钻头同时钻入工作面后，扫孔时应时刻注意孔内发生情况，轻压、慢转让主、副钻头同时工作。

3）投送钻具时，应注意钻杆柱是否提离钻具有效安全距离，避免投送内管钻具到底时损伤主、副钻头。

4）主、副钻具一次性投送不到底时，应研判孔内情况并分析其原因，不能强行提拉内管，避免拉断打捞器钢丝绳，造成提大钻。

5）钻进中，主、副钻头胎体硬度不适应地层时，应立即提钻检查、分析，并作调整，不能打懒钻。

6）超前主钻具可视地层条件调节长度，地层较完整可适当加长主钻具，地质复杂、破碎、软硬不均等地层应适度调整、减短主钻具长度。

7）套管钻进取心与绳索钻进取心基本相同，采取岩心时，应注意采心提拉有效高度，避免孔内岩心未采断，而造成下回次扫孔。

9.5.5 试验的主要技术经济情况

据统计，本次套管钻进试验进尺157.34m，主要技术经济指标情况如下。

（1）时间利用率情况

试验总台时386.3h，其中：纯钻时间 215.75h，辅助时间114.92h，停工待料等55.67h。

（2）钻进效率情况

试验台月数0.537个台月，台月效率293m/台月；平均时效0.73m/h，最高时效1.54m/h，主要试验孔段1m/h左右。

（3）回次进尺情况

试验138回次，平均回次进尺1.14m/回次，最长2.80m/回次。

（4）投送与打捞情况

1）投送次数138次，一次投送到位张开成功134次，占97.10%；钻具投送后，再经打捞脱卡处理才到位张开4次，占3%。

2）打捞次数138次：打捞成功131次，占94.93%；失败7次，占5.7%。

分孔段打捞情况：25.84～50.65m孔段（试验初期），打捞20次，7次因钻具调试配合不当导致失败；50.65～183.18m孔段，打捞118回次，成功118次，成功率100%。

（5）提钻间隔情况

提钻次数12次，其中：25.84～50.65m孔段，提钻8次，主要是Φ114套管取心钻具调试不当、打捞失败（主钻具阻力较大）等原因所致；50.65～183.18m孔段，提钻4次，1次因机械故障（水泵、钻机等故障待修时间长）导致，2次由于孔内钻具异常响声提钻检查钻具，1次是专门提钻检查套管底端的副钻具。

平均提钻间隔13.11m，最大提钻间隔135.52m（如果不计非钻具故障因素）。

（6）Φ94钻头寿命情况

主钻头（Φ94mm）：由于转速较低，热压钻头与地层不适应，电镀钻头寿命≥50m；副钻头寿命≥50m。

（7）岩心采取率情况

取出岩心长度155.59m，岩心采取率：98.88%。

（8）钻孔弯曲情况

根据测斜数据（表9.18），钻孔孔斜满足规范要求。

表9.18 ZK9501孔钻孔测斜数据（0～160m孔段）

注：测斜仪为陀螺测斜仪（上海地质仪器厂制造）。

9.5.6 存在问题及建议

生产试验的过程中，发现 BH-114 套管钻进存在以下几个方面的主要不足和改进之处：

1）主、副钻具同心度较差，连接刚度不足，钻进时主钻具有甩动的现象发生，影响钻具旋转稳定性，难以高转速钻进，并导致主钻头偏磨（图9.13）。建议加强副钻具与孔壁、主钻具与副钻具的扶正与导向，增强主钻具悬挂系统的稳定性。

图9.13 钻具同心度较差引发的问题

2）地质勘查套管钻进是一种全新的钻探技术，所采用的口径、规格都是新标准，目前缺少孔内事故处理的打捞工具。建议配套孔内事故处理工具，或预留事故处理工具的专用接口。图9.14为自制打捞工具，图9.15为打捞的事故钻具。

图9.14 自制打捞工具

图9.15 打捞的事故钻具

3）钻具到位时，副钻头张开报警系统的泵压报信不明显，有待提高该报信系统精度，以供操作人员判断。

4）为了更好地提高套管钻进的钻效和回次长度，避免破碎地层遇堵现象，建议主钻具增加液压冲击锤系统。

5）建议换径试验时，先用0.5m左右的短主钻具钻进0.5m左右，再转入正常钻进。

6）为使套管钻进技术系列化，满足钻探实际需要，建议尽快开展Φ91/Φ75规格套管钻进的机具研制和生产试验。

9.5.7 认识与体会

地质勘查钻探的国内新技术——套管钻进在复杂地层钻进护壁具有独特的技术特点和优势，它仅用一道钻进工序，即实现了常规绳索取心钻进与套管护壁所要求的“裸孔取心钻进—下套管”两道工序才能完成的任务，工序简便、作业安全、质量可靠，能有效解决复杂地层的护壁问题和减轻护壁劳动强度。试验表明，只要科学地配制和使用好低固相泥浆，根据不同地层合理选择钻头和钻进技术参数，认真进行套管钻进作业，就能有效、快速穿越复杂地层和实现套管护壁。因此，我们认为该技术在深部地质勘查钻探中具有较高的推广应用价值。