1、气举反循环在大口径钻孔中的应用摘要:钻井液从井筒环空流入，经钻头、钻具内眼返出为反循环钻井。反循环钻井分为气举反循环、泵吸反循环等。气举反循环钻井技术具有减少钻井液漏失、保护油气层、岩样清晰、排渣能力强等优点。利用气举反循环时对井底的抽吸作用，可以进行洗井、捞砂作业，由于减少了正循环时压实效应，液流在钻具内直接上返，避免了含砂洗井液进入地层，堵塞通道，可以有效的保护油气层及含水层等，并在大口径钻孔施工中得到了广泛应用。 关键词：反循环气液固三相流 中图分类号：P634.2 文献标识码：A 气举反循环是空压机压缩气体通过双层钻具在适当位置打入气体，在钻具内部形成气液固三相流体，并上返，构成气举作
2、用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底，将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔，再经过气举力排至地面沉淀池内；沉淀钻渣后，冲洗液流向孔内，形成反循环（图 1 为气举反循环）即：沉砂池环空钻头钻具内水眼水龙头排液管线沉砂池。反循环与正循环的本质区别在于沉渣的冲洗、上返流速存在巨大差异，反循环冲洗液携带钻渣后迅速进入过水断面较小的钻杆内腔，可以获得比正循环高出数倍的上返速度。 根据钻探水力学原理，冲洗液在钻孔内的上返速度 Va 的 1.2-1.3 倍，即 Va=（1.2-1.3）Vs。反循环钻进钻渣在钻杆内运动，是形态各异的钻渣群在有限的空间作悬浮运动，钻渣颗
3、粒要占据一定液体断面，在这种特定条件下可以采用长春地质学院在利延哥尔公式基础上进行实验给出的公式计算颗粒悬浮速度 Vs 计算公式为： Vs=3.1k1ds(rs-ra)/(k2r2)的 1/2 次方 Vs-钻渣颗粒群悬浮速度（m/s) ds-颗粒群最大颗粒粒径（m） rs-钻渣颗粒的密度(kg/dm3) ra-冲洗液的密度（kg/dm3) k1-岩屑浓度系数；k1=0.9-1.1，浓度越大，k1 越小； k2-岩屑颗粒系数，k2=1-1.1,球形颗粒为 1，越不规则，k2 的值越大。 图 1 气举反循环示意图 目前，泵吸反循环钻杆内径大多数为 150mm，用上述公式计算可知，块状为 120mm
4、，rs 为 2.1kg/dm3，ra 为 1.05kg/dm3，悬浮速度为1.02m/s,按照 Va=(1.2-1.3)Vs 计算，Va 达到 1.33m/s 就可以把几何尺寸小于钻杆内径的钻渣排除。目前常用 8BS 砂石泵额定排量为 180m3/h，满负荷时冲洗液上返流速可以达到 2.83m/s，可以看出该速度远大于钻渣上返所需流速 1.33m/s 的要求，因此进入钻杆内的钻渣能够被有效的抽吸上来。 而正循环钻进冲洗液携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成的环闭空间后上返速度是很低的。试计算 89mm 钻杆与 0.8m 钻孔的环闭空间，断面积为 0.495m2,当采用 BW-1200 型双缸双作用活塞
5、泵送水，满排量时冲洗液的上返速度仅达到 0.04m/s，根据上述公式可见正循环钻进只有依靠高浓度高密度泥浆来悬浮钻渣。 气举反循环钻进归纳有如下特点： 1、钻进速度大幅度提高 钻头在工作时的最有利条件是被切割下来的岩土屑，立即能够从孔底带出并送到地面，这样可以减少二次破碎，不会降低效率以及钻头的磨损。冲洗液携带钻渣的能力正比例于介质的密度和其运动速度的平方，所以影响有效排渣的因素是冲洗液的上返速度。因此钻进速度的高低主要取决于排渣的速度。 反循环钻进过程就是清孔过程，不但节省了时间同时又可靠地保证孔底沉渣符合要求。机械钻进速度的提高和清孔时间的缩短促进施工效率的提高，有效地提高了钻进生产效率。
6、 2、废浆量减少，施工成本降低 反循环钻头切削的粘土土层成块状，随即被吸入钻杆内腔，也就是说钻渣来不及水化就被排出孔外，废浆量势必减少；同时减少了钻渣上返过程中的二次碾压，岩粉渣颗粒相对较大，液、渣分离较为简单，同时也降低了钻头的磨损，这样施工成本必然降低。 3、适应性广 反循环排渣的特点，使这种工艺方法对地层适应性广，可顺利钻进各种粘土、砂土、卵砾石层以及基岩层，对于直径 500-1800mm 钻孔桩以及水井施工都很适应。 4、能实现地质捞砂目的 反循环钻井液流在钻具内直接上返，携带岩屑能力强，岩粉颗粒大，岩样清晰，在无芯钻进时能实现捞砂判断地层情况等地质目的。 5、形成充气泥浆 气举反循环
7、钻进中，上返的物质为气液固三相流，成为充气泥浆，可进一步降低泥浆的比重，从而降低液柱压力一对付低压漏失地层。其次，失水量较小，粘度较大，也有利于控制地层的稳定。比重低，液柱压力小，有利于孔底钻头破碎岩石，钻进效率高。 因反循环工艺对班组操作工人要求较高，实施起来有一定的难度，建议加强班组操作工人的培训，加以推广。当然反循环钻进也有自身的缺点如水泵故障多、纯钻进时间较正循环短、超径卵石层钻进困难以及循环系统复杂等，但这些问题会随着研究和应用的深入逐步解决。 综上所述，气举反循环本身所具有的特点，给提高成孔效率、成桩质量和综合经济效益等方面带来一系列的好处。 结束语 反循环钻井技术，在国内首先应用于地矿部大孔径浅井深钻井中，在石油钻井领域有着广泛的应用前景。国大多数油田已进入开发后期，地层压力衰竭严重，对低压油气藏的保护开采和解决井漏问题显得尤为重要。反循环钻井时岩屑在钻具内上返，不会受井径扩大等因素的影响，改善钻井液性能，可进一步提高携岩效果。同时避免了岩屑在井底及环空进入地层的可能性；采用反循环工艺，在井底形成局部负压，在洗井中应用，有利于井底沉砂的泛起，能实现连续、快速洗井、冲砂，将在大口径钻探领域逐步发挥重要作用。 作者简介：骆国良，男，27 岁，水文地质助理工程师，2009 年毕业于河北地质职工大学地质系，开滦建设集团地矿公司
