涌漏地層潤滑減阻的應用

宋安祥

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局706隊阿勒泰836500）

涌漏地層潤滑減阻的應用

宋安祥

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局706隊阿勒泰836500）

圍繞全孔返水或局部漏水、鉆具潤滑減阻、鉆具與井壁的摩擦阻力太大，轉數開不起來等問題，對涌、漏地層的潤滑減阻做了實驗并進行了細致的探討。

金剛石鉆進涌漏地層潤滑減阻鉆具潤滑

金剛石鉆進施工以來，千變萬化的地層給金剛石鉆進工藝提出了新的課題。全孔返水或局部漏水的地層問題，可以采用乳化液潤滑鉆具。如果遇到涌水或全孔漏水的地層，鉆具潤滑減阻就成為一個突出的問題：如果不用乳化液，鉆具與井壁的摩擦阻力太大，轉數開不起來，用孕鑲鉆頭打不出水平；如果使用乳化液，在涌水孔，很快被稀釋；在漏水孔全部被漏光；任其消耗，經濟損失太大。同時，由于稀釋或漏失，即使花得起本錢，仍然起不到潤滑鉆具的作用。由此可知，潤滑減阻對金剛石鉆進有著重要的影響，因此，不解決涌漏地層的鉆具潤滑減阻問題，即使是其它條件都適應金剛石鉆進，也無法擴大其應用范圍。在鉆具潤滑方面，也存在一些的問題。

1 概況

我隊開始進行金剛石鉆進中，選擇了比較好的地層，井壁完整，全孔返水，偶而漏失，用水泥灌注即可解決問題。全孔使用乳化液，效果很好，順利的打下了一個721 m的深孔。施工地區改變以后，遇到了比較嚴重的漏失地層。如鉆探分隊612機臺施工的5線40孔，鉆進中乳化液大量漏失，每米鉆孔僅乳化液費用曾高達15元之多。經多次用超早強水泥堵漏，才勉強將鉆孔結束。后來又上了兩個新礦區，一個是鉆探分隊某鐵礦區，主要巖層為輝長巖。井壁較完整。604機臺施工第一個孔時全孔返水，而第二孔卻從井深245 m處開始漏水。經測定，涌水量達35 kg/min左右，與正常鉆進的水量相對，以致無法使用乳化劑。另一個是鉆探分隊施工的某鉛鋅礦區，主要巖層為灰巖、白云母及泥質、炭質灰巖和石英砂巖等，巖石破碎、裂隙發育，除幾米表土層返水外，一到基巖，全部漏失，即使用特效堵漏方法，在時間上、經濟上損失也太大，加之Ca、Mg離子多，乳化液破乳問題也難以解決。因此，我們先后采用了3種涂敷辦法，取得了比較滿意的效果，使金剛石小口徑打出了一定的水平，2008年鉆頭平均壽命達99.98 m，金剛石鉆進臺月效率最高的612機臺，達565 m。

2 幾種潤滑減阻方法的嘗試

眾所周知，提高轉數可以增加單位時間內鉆頭中顆粒微小的金剛石磨削巖石的機會，是孕鑲金剛石鉆頭提高鉆進效率的有效措施之一。提高轉數的關鍵是減少鉆具與井壁的摩擦阻力。這一點，在完整巖層，只要用好不同類型的乳化液即可做到。而在涌、漏地層用乳化液便不能奏效。我隊先后采用了以下幾種涂敷辦法，現加以介紹：

2.1 潤滑脂涂敷法

潤滑脂的種類很多，性能各有不同。受原條件所限，只采用ZG-3鈣基潤滑脂和少量ZL45-5鋰基潤滑脂。鈣基脂貨源廣，價格便宜，采用的較多。鋰基脂與鉆具的結合強度較鈣基脂高，但由于價格較高，采用的較少。在鉛鋅礦區施工的機臺沒有使用涂敷法潤滑鉆具之前，機臺試圖提升轉數，井深200 m左右時，到470 r/min時，電流達40 A，到655 r/min，電流達50 A以上，且鉆具振動很大，鉆桿折斷頻繁，啟動補償器經常跳閘。1 096 r/min是根本無法啟動。采用3號鈣基潤滑脂涂敷后，開同樣的轉數，電流明顯下降，鉆具回轉平穩，鉆桿折斷次數顯著減少。到1 099 r/min，電流只有28A～30 A；到655 r/min，電流下降到25 A左右，滿足了金剛石鉆進高轉數的需要。

使用方法很簡單：即在降下鉆具時，將潤滑脂涂到粗徑鉆具和鉆桿上。經鉆進回轉后，潤滑脂便均勻的粘敷在鉆具和孔壁上，在鉆具和孔壁上各形成了一層油膜，大大地減少了鉆具與井壁的摩擦阻力，起到了潤滑減阻作用。但是由于鉆具與井壁之間有一定的間隙，鉆具回轉過程中，受到扭力與軸心壓力的作用，鉆具各部位與井壁之間，有時是點接觸，有時線接觸，造成局部位置單位面積壓力較大。因此，壓力超過油膜的抗壓強度，油膜即被破壞，升上鉆具后會發現有被磨光之處。如出現這種情況，降下時再重新涂上即可。

鋰基潤滑脂的用法與鈣基脂一樣。用這種方法，曾施工了一個848.50 m的涌水鉆孔。在漏水地層施工了大量鉆孔。

2.2 機油、松香、瀝青、石蠟涂敷劑

因為用潤滑脂現場較臟，有關資料介紹，用機油、松香、瀝青、石蠟，按1∶1∶0.5∶0.35的比例，加溫混合攪拌制成涂敷劑，使用方法與潤滑脂相同。經在一個孔實驗，孔淺時效果較好，隨著鉆孔加深和施工時間的延長，因鉆具高速回轉與井壁摩擦產生的高溫促使涂敷劑老化的現象比較嚴重，鉆桿上粘結了一層厚厚的油垢，潤滑性能顯著降低。降下時，粘在井壁上的涂敷劑，被鉆頭刮到巖心管內，造成敲心困難。這種方法在深孔不宜使用。

2.3 ABS涂敷劑

ABS（十二烷基苯磺酸鈉），是陰離子型表面活性劑的一種。這種活性劑抗鈣鹽性能較強，碰到含鈣離子較多的巖層，不會產生膠狀沉淀物。遇到硬水，也不需進行軟化處理。它是自制乳化液的主要原料之一。在完整巖層，可以用清水稀釋后直接作乳化液使用。而在漏失地層，則無法直接使用。通過使用機油、松香、瀝青、石蠟合成涂敷劑得到啟示，利用瀝青融化后與金屬物質粘接性能較強，機油潤滑性能好，ABS抗鈣能力強而且又有潤滑劑的特點，混合制成ABS涂敷劑。配方見表1。

表1 混合制成ABS涂敷劑配方%

具體加工方法：先將廢機油（用好機油成本高）和瀝青放在敞口容器中加溫攪拌，等瀝青溶化后，將稱量好的ABS加入容器中繼續加溫攪拌，待全部溶化攪勻后冷卻待用。涂敷方法與使用潤滑脂相同。

實踐表明，用Ⅰ號配方加工的ABS涂敷劑效果最佳。據觀察，鉆具表面油層很薄，結合強度較高，用手摸滑膩感很強，鉆具回轉阻力很小。400m以內，可用1096r/min鉆進，井深以后，也可用655r/min鉆進。不足之處：浸在孔底水中的少量鉆具表面涂層易被水沖洗掉，每個回次都要補涂，因而消耗量偏大；Ⅱ號和Ⅲ號配方，ABS減少，瀝青增加，涂敷劑與鉆具的粘結能力增強，ABS消耗量有所減少，潤滑效果也較理想，同時克服了潤滑脂老化后形成油垢和堵塞粗徑鉆具不易敲巖心的缺點，是漏失地層金剛石鉆進的較好潤滑材料之一。

3 存在的問題

⑴在涌漏地層進行金剛石鉆進，用上述涂敷辦法，鉆具潤滑問題可以得到初步解決，但與使用乳化液潤滑鉆具相比，金剛石鉆頭潤滑部分得不到潤滑，因而鉆頭壽命不及能使用乳化液的地層所用的鉆頭壽命高，相對而言，鉆探成本有所提高。

⑵鉆具被涂敷后，鉆具發生的缺陷易被掩蓋，難以在井外檢查出來，在升降過程中一旦發生斷鉆，由于孔內無水，極易造成嚴重的跑管事故。

⑶用涂敷法潤滑鉆具，由于鉆具上、提引器具、扭卸工具上和操作人員的手上，都沾滿了油污，不便操作，這一點不受操作工人歡迎，給普通推廣應用帶來困難。

4 結束語

金剛石鉆進方法在涌、漏地層施工必不可免，為此，解決涌、漏地層的鉆具潤滑問題，是鞏固和發展金剛石鉆進技術，提高金剛石鉆進在各種地層的適應能力所必須解決的技術難題之一。

收稿：2014-02-24