反循环钻探工艺实验室的建立与测试装置的研制成果摘要

"反循环钻探工艺实验室的建立与测试装置的研制"是中国地质勘查技术院研究批建立了反循环模拟实验系统，包括15m高循环系统（耐压管路、透明装置（上顶式、侧投式）、样品收集装置、模拟背压装置及供气、供水行多介质反循环岩屑（心）输送试验研究。 测试、数据检测与处理实验过程中循环介质的压力、差压、流量、流速（速度场）及样品的上参数，并通过相应的二次仪表和A/D板将测试数据转换后传输给计算机算机在windows界面下显示检测结果，构成测试数据的自动采集与处理测试范围如下: 循环系统压力: 0～4.5Mpam 测试精度～5％ 循环风量: 5～300m3/h 测量精度: 3～5％水量: 0～250L/min 测量精度: ＜3％ 测速范围0～30m/s 测量精度: ＜ 5％ 测样范围: 岩mm； 岩心Φ25～38mm,"反循环钻探工艺实验室的建立与测试装置的研制"是中国地质勘查技术院研究批建立了反循环模拟实验系统，包括15m高循环系统（耐压管路、透明装置（上顶式、侧投式）、样品收集装置、模拟背压装置及供气、供水行多介质反循环岩屑（心）输送试验研究。 测试、数据检测与处理实验过程中循环介质的压力、差压、流量、流速（速度场）及样品的上参数，并通过相应的二次仪表和A/D板将测试数据转换后传输给计算机算机在windows界面下显示检测结果，构成测试数据的自动采集与处理测试范围如下: 循环系统压力: 0～4.5Mpam 测试精度～5％ 循环风量: 5～300m3/h 测量精度: 3～5％水量: 0～250L/min 测量精度: ＜3％ 测速范围0～30m/s 测量精度: ＜ 5％ 测样范围: 岩mm； 岩心Φ25～38mm 2100433B

20世纪40～50年代，反循环钻探技术开始在荷兰、德国兴起，很快推广到世界各地，并相继出现了多种形式的反循环钻探技术。初期的反循环钻探只能采取岩矿屑。近年来在地质钻探中应用反循探环钻技术已能成功地连续采取岩（矿）心。反循环钻探时，由于冲洗介质在钻杆中心孔内以高速度上升,故排出钻屑的能力强,钻屑粒径大，钻屑在孔底的重复破碎少，能大幅度提高钻探效率，特别是在大口径钻探中效果明显。

反循环钻探泵吸反循环钻探

利用砂石泵（离心泵的一种）的抽吸作用，在钻杆内形成负压，在大气压力作用下，循环液从泥浆池流入井口，经循环间隙流向井底，与井底破碎的岩粉混合在一起，被吸入钻杆内腔，上升至地面，经排出管、砂石泵进入沉淀池，沉淀后的循环液继续进入井内，形成反循环钻进。

泵吸反循环钻进之前，井内水位以上的钻杆内没有循环液，因此在启动砂石泵之前，必须设法使井内水位以上的钻杆、管内充满循环液。一种方法是在上部管内安装一真空泵，使砂石泵吸水口至井内水位以上的钻杆、管路内产生负压，从而使钻杆内的水位提高，最后使循环液充满整个砂石泵的吸水管路。另一种方法是安装一台注水泵（离心泵），向砂石泵吸水管路注水，吸水管路充满循环液后再启动砂石泵。泵吸反循环钻进所用循环液一般为清水，在易坍塌地层亦可用泥浆。为防止井壁坍塌，井内液面要高于地下静水位2m。泵吸反循环所用的砂石泵，其流量为240~500m³/h,有效吸水压力为6x10⁴~7x10⁴Pa。

泵吸反循环钻进效率随孔深的增加而下降，在井深50m以内，效率较高，称高效工作区段。当井深超过70m后，虽也能工作，但效率已很低，因此50~70m称为经济工作区段。

泵吸反循环钻进中，一个重要的问题是选择和确定钻杆内循环液的上升速度。影响循环液上升速度的因素主要由以下几点：循环液中岩屑的含量，一般推荐循环液中岩屑含量不超过8%~10%；钻杆内壁表面应光滑、平整，不应有收缩、台阶等情况，避免循环液流动过程过大的摩擦损失和涡流损失；井壁与钻杆之间的环状间隙的循环液下降流速不能过大，以防止循环液冲垮井壁，推荐循环液下降流速为0.01~0.03m/s。钻杆内腔断面与井孔断面之比推荐1/100。

反循环钻探气举反循环钻探

气举反循环的工作原理是将压缩空气通过供气管路送至井下的气水混合室，并使压缩空气与钻杆内的循环液混合，从而形成密度比钻杆外液体密度小的混合液柱。混合液在管内外压差的作用下，沿钻杆内腔上升经排渣管排至沉淀池，经沉淀后的循环液以自流方式连续不断地流入井内环状间隙，形成反循环。

当系统达到平衡时，可用如下公式：

（L_w H）γ_h=hγ_x L_wγ_xy

其中

H--混合室下入井内的深度；

h--混合室至排渣管中心的高度；

L_w--尾管长度；

γ_h--冲洗液重度；

γ_x---双壁钻杆内腔固、气、水三相平均重度；

γ_xy--尾管内固、液两相平均重度。

若不考虑各种阻力、惯性力，要使整个系统循环运动，则必须是：

（L_w H）γ_{h >}hγ_x L_wγ_xy。