小口径深孔钻探冲洗液循环阻力测算
摘要： 本文对钻探冲洗循环阻力进行了概述，研究了小口径深孔钻探钻杆内压力损失计算，同时探讨了小口径深孔钻探冲洗液循环阻力测算实例，以期为小口径深孔钻探冲洗液循环阻力测算提供一些参考，有效减少小口径深孔钻探过程中冲洗液所受的循环阻力，提升小口径深孔钻探效率和钻探深度，推动我国小口径深孔钻探的不断发展。
关键词： 小口径；深孔钻探；冲洗循环阻力；测算
中图分类号：P634.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0300-02
0 引言
近年来，小口径深孔钻探冲技术广泛应用于地矿勘探中，然而小口径深孔钻探冲技术由于自身的独特特点，钻孔冲洗液在进行循环流动时的循环减阻能力相对较差，在进行小口径深钻探过程中通常遇到憋泵等技术难题。在进行小口径深孔钻探时应当适当降低泵量和粘度，同时科学添加润滑剂，减少小口径深孔钻探过程中冲洗液所受的循环阻力，有效提升小口径深孔钻探效率和钻探深度。
1 钻探冲洗循环阻力概述
近年来，科技的不断发展，推动了我国地矿勘探技术的不断发展，各种钻探技术不断应用于地质勘探中，尤其是小口径深孔钻探冲技广泛应用于地矿勘探中。钻孔冲洗液在进行循环流动时，在流过管路、钻杆、孔底钻具以及钻头和环状间隙过程中，会出现一定的压力损失，这种现象便是压力损失或是压降。钻孔冲洗液在正常循环时，泵的压力会克服钻孔冲洗液在流过管路、钻杆、孔底钻具以及钻头和环状间隙过程中的压力损失，使得钻孔冲洗液进行流动，泵上压力表显示的压力即是钻孔冲洗液流动过程中所损失的压力总和。然而，泵受到的受到的压力并非一成不变，其所受压力会随着循环负载的变化而不断发生变化，泵铭牌上的额定压力便是泵在正常运行工程中能够承受的最大压力。通常情况下，导致钻孔冲洗液在循环流动时产生的压力损失现象主要包括以下因素：第一，钻孔冲洗液循环通道长度。钻孔的深度直接决定了钻孔冲洗液循环通道的长度，钻孔深度越深，钻孔冲洗液在循环流动过程中所产生的压力损失便会越大。第二，钻孔冲洗循环液的流变性。钻孔冲洗液在流动时，钻孔冲洗液粘性越大，钻孔冲洗液在流动过程中产生的压力损失越大。第三，泵流速或泵量。钻孔冲洗液在流动过程中，泵流速或泵量越大所产生的压力损失越大。第四，过流断面横截面积大小。在钻杆直径保持一定时，钻孔口径越大，钻孔冲洗液在流动过程中产生的压力损失越大。钻孔冲洗液在流动过程中产生的压力损失可以用以下公式表示：
P=k∑Pi=k（P1+P2+P3+P4） （1）
其中，P1表示钻孔冲洗液在流动过程中流经地面管路过程中产生的阻力损失，P2表示钻孔冲洗液在流动过程中流经钻杆过程中产生的阻力损失，P3表示钻孔冲洗液在流动过程中流经孔底钻具过程中产生的阻力损失，P4表示钻孔冲洗液在流动过程中流经环状间隙过程中产生的阻力损失。
2 小口径深孔钻探钻杆内压力损失计算
不同流型的剪切速度可以表示为半径的函数，以牛顿流体方程为例，其流变方程可以表示为：τ=ηγ（2）
将公式（7）在管壁处半径比y=1到管中心半径比y=0进行积分可以得到总流层积分，即总流量：
同理，利用其他流体的本构方程能够有效推算出其他流型的小口径深孔钻探钻杆内压力损失。
3 小口径深孔钻探冲洗液循环阻力测算实例
在开展小口径深孔钻工作时，其钻孔深度（L）、钻孔直径（R）、钻杆内经（R1）以及钻杆外径（R2）已经预先定好，在实际开展小口径深孔钻工作过程中，为了有效控制钻杆内部和环空的循环阻力，应当有效控制变剪切应力、粘度、平均流速、稠度系数等泥浆性能参数以及泵量、泵压等钻探参数。下面以实例来对钻井液粘度、泵量与循环减阻的关系进行研究。
某小口径深孔钻探施工现场实际施工数据如下：终孔孔深（l）为991m，钻孔上部下入直径（r2）为91mm，套管深（l1）为449m，采用的直径为（r2"）为75mm绳索进行绳索取心钻井，钻杆外径（r1）为69mm，钻杆内径（R）为69mm，出于对泵量影响的考虑绝对粘度去5mPa·s，出于对粘度影响的考虑绝对泵量取71L/min。通过以上数据计算出泥浆在钻孔中的循环流动阻力与泵量的关系，绘制出图1所示的绝对粘度和泵量对循环阻力的关系曲线。
通过对绝对粘度和泵量对循环阻力的关系曲线的分析，可以得出当钻孔直径、深度以及钻杆内、外直径已知时，小口深孔钻探冲洗循环液的循环阻力即是粘度与泵量乘积的正比函数。当绝对粘度不变时，小口深孔钻探冲洗循环液的循环阻力与泵量的关系为正比关系；当泵量不变时，小口深孔钻探冲洗循环液的循环阻力与粘度的关系同样为正比关系。为了有效降低小口深孔钻探现场冲洗循环液的循环阻力，可以采用适当降低泵量和粘度相结合的方法。同时，在小口深孔钻探冲过程中，冲洗循环液的润滑性能直接受到冲洗液配方和润滑剂的添加的影响。大量小口径深孔钻探工程实例证明：高分子聚合物如植物胶等既能够有效提高小口径深孔钻探冲洗液的粘度，又能够有效减少小口径深孔钻探冲洗液的循环阻力、增加井壁与钻具间的润滑性，通过降低冲洗液与钻杆内壁、井壁的摩擦阻力来实现降低钻孔冲洗液在进行循环流动时受到的循环阻力。因此，为了有效降低小口深孔钻探现场冲洗循环液的循环阻力，也可以通过科学添加润滑剂来实现。
4 结束语
目前，小口径深孔钻探冲技广泛应用于地矿勘探中，然而小口径深孔钻探技术的钻孔冲洗液在进行循环流动时的循环减阻能力相对较差，在进行小口径深钻探过程中通常遇到憋泵等技术难题。在进行小口径深孔钻探过程中，泵量和粘度直接影响着小口径深孔钻探钻孔冲洗液在进行循环流动时所受的循环阻力。因此，在进行小口径深孔钻探时，应当合理、适当降低泵量和粘度，同时科学添加润滑剂，减少小口径深孔钻探过程中冲洗液所受的循环阻力，有效提升小口径深孔钻探效率和钻探深度。
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