鉆進(drilling)
工程鉆探中利用鉆頭在孔(井)底工作,破碎巖石或其他介質,形成并加深鉆孔的作業。包括破碎巖石、清除巖屑和維護孔壁三個必需的工作環節。這些環節的特點決定了可以有不同的鉆進方法。
(1)破碎巖石。鉆進過程中的首要環節。破碎巖石的方法分為機械破碎、物理破碎和化學破碎三種。以機械破碎法應用最多且歷史最長。20世紀60年代以來,美國、前蘇聯和日本等國家致力于鉆探基礎理論的研究,出現了許多新的物理的、化學的和機械的破碎方法。有利用熱力作用的火焰鉆進和微波鉆進,利用熔化和汽化作用碎巖的電弧鉆進、等離子鉆進和激光鉆進,利用氟和鹵素起強烈化學作用的化學腐蝕鉆進,還有利用高壓液流機械物理作用碎巖的沖蝕鉆進等。純物理、化學碎巖方法由于產生能量的成本高而未推廣使用,而沖蝕鉆進(又稱噴射鉆進)由于成本低、效率高,被譽為近代石油鉆井的重大成就已得到普遍應用。但鉆進碎巖方法仍以機械破碎為主。
機械破碎巖石是對巖石施加集中機械載荷,使巖石的一部分從巖體分離下來的碎巖方法。在機械碎巖方法中,根據外力作用性質和方式不同,鉆進方法可分為回轉鉆進、沖擊鉆進、7中擊回轉鉆進和振動鉆進;按破巖動力設置位置不同可分為地面動力鉆進和孔底動力鉆進;按破碎孔底巖石的形狀的不同分為全面鉆進和環狀鉆進。全面鉆進是破碎全部孔底巖石的鉆進方法,又稱無巖心鉆進或不取心鉆進;環狀鉆進是鉆進時在孔底中心保留被稱為巖心的一定直徑的巖石圓柱不破碎的鉆進方法,又稱取心鉆進或巖心鉆進。
(2)清除巖屑。鉆進過程中的基本環節。其作用在于排除破碎下來的巖屑和巖粉,維持孔底清潔,保證鉆進工作的連續進行。清除巖屑的方法,除個別采用鉆具直接排渣(如螺旋鉆進和沖擊鉆進)外,大多采用沖洗鉆孔來完成。沖洗鉆孔是利用水泵或空氣壓縮機將液體的或氣體的鉆探7中洗介質輸入鉆孔內,形成循環流動,將巖屑、巖粉攜出孔口。采用沖洗鉆孔法清除巖屑時,按沖洗介質在孔內的流動路徑,可分為正循環鉆進、反循環鉆進和孔底局部反循環鉆進。按使用的沖洗介質的種類可分為泥漿(或清水)鉆進和空氣鉆進。
(3)維護孔壁。鉆進過程中另一基本環節。其作用在于維護孔壁的穩定和沖洗液的循環不受破壞,以保證鉆進工作的安全正常進行。鉆進過程若遇到松散、破碎地層時,為了防止孔壁坍塌、涌砂、漏失,必須采用維持孔壁的技術措施。維護孔壁的方法有套管護壁、泥漿護壁、水壓護壁、水泥護壁和化學漿液護壁(見鉆孔堵漏)等。當要求孔壁在較長時間內必須保持良好狀態,或地層情況復雜(如流砂層和坍塌嚴重地層),用其他方法護壁困難時,一般需要采用套管護壁;一邊鉆進一邊壓入套管的鉆進方法稱為跟管鉆進。采用經配制處理的各類泥漿來維護孔壁穩定的方法稱為泥漿護壁,是最常用的護壁方法。借助抬高孔內液面,以液柱的側向壓力維護孔壁穩定的方法稱為水壓護壁,常用于水井的沖擊鉆進法施工。
鉆進工作中,破碎巖石、清除巖屑和維護孔壁這三項工作必須有機配合。對于不同地層,這三項工作的難度是不同的。例如在松軟地層中鉆進,破碎巖石較為容易,清除巖屑的工作量較大,而維護孔壁就成為鉆進中的難點和重點;在堅硬較完整地層中鉆進,破碎巖石就成了難點和重點,而清除巖屑和維護孔壁相對就容易得多;在完整、穩定巖層中鉆進,有時甚至無需進行護壁。
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