洗井方式

洗井方式
1）正循环洗井：泵从出僵持中将洗井液压入钻杆直达工作面冲洗刀具，冲洗井底，洗井液与钻屑混合后，沿着井孔上升排到地面，净化后的洗井液又回到贮浆池。

优点：由于洗井液的流速高，压力大，冲洗能力强，对刀具、井底均能有较好的冲洗效果，可减少钻屑被重复破碎的机会，而且还可以兼作动力源，使钻具旋转。

缺点：只能适用于小直径钻井。

主要原因是因为洗井液上返速度问题，钻井直径越大，上返速度越慢，往往是呈现层流状态，不能懈怠较大颗粒的钻屑。

2）反循环洗井：反循环钻井分为气举反循环、空气反循环、泵吸反循环等。

气举反循环钻井，是将压缩空气通过气水龙头或其它注气接头（气盒子），注入双层钻具内管
与外管的环空，气体流到双层钻杆底部，经混气
器处喷入内管，形成无数小气泡，气泡一面沿内
管迅速上升，一面膨胀，其所产生的膨胀功变为
水的位能，推动液体流动；压缩空气不断进入内
管，在混合器上部形成低比重的气液混合液，钻
杆外和混气器下部是比重大的钻井液。

如图1所
示，h 1为钻具内混合钻井液高度，密度为ρ1；h 2
为钻具内未混合的钻井液高度，密度为ρ2；H 为环空钻井液高度，密度为ρ，由于ρg H ＞ρ1g h 1+ρ2g h 2，环空钻井液进入钻具水眼内，
形成反循环流动，并把井底岩屑连续不断的
带到地表，排入沉砂池。

沉淀后的泥浆再注
入井眼内，如此不断循环形成连续钻进过程。

钻井液循环流程见图2：沉砂池—环空—钻头
—钻具内水眼—混气器（与注入空气混合）
—双壁钻具内水眼—水龙带—排液管线—沉
砂池。

优点及用途
1、能实现地质捞砂目的
气举反循环钻井液流在钻具内直接上返，携
带岩屑能力强，岩样清晰，在漏失地层钻进
时能实现捞砂等地质目的。

2、提高漏层钻井效率
气举反循环钻井时，钻头处的钻井液对井底
产生抽汲作用，岩屑被及时带走，减少压实
效应，在漏层钻井时，可减少岩屑重复破碎、能提高机械钻速，增加钻井效率。

3、可减少或消除钻井液的漏失，保护储层
由于反循环钻井时环空压耗小，作用于地层的压力小，所以在易漏地层钻进时，可减少或消除钻井液的漏失，保护储层，并节约大量钻井液材消耗。

井眼环空 钻杆内眼 图1 反循环钻井驱动原理
图2 反循环钻井循环示意图
4、可减少泵损耗，延长泥浆泵泵使用寿命
采用气举反循环钻井时，泥浆泵的作用只是向环空灌泥浆（或采用灌注泵灌注），泵负荷大大减小，使用寿命延长。

5、井控灵活
可采取正循环、反循环两种方法压井，井控灵活。

反循环压井重泥浆可以直接送至井底，不必分段循环，缩短处理时间。

缺点
对井底工作面的冲洗能力较差，特别是径向流速低，岩渣带不走，造成重复破碎。

为了提高冲洗井底能力，只好加大冲洗量，但冲洗量增加，能量消费大，成本高。

对井底工作面形成静压力。

其会使刀具破碎下来的岩渣碎片停留在原地不易排除，不能及时送到吸收口，造成重复破碎、研磨，形成一个缓冲层，降低了破岩的荷载，降低了钻压发挥的能量，影响钻进速度。

气举反循环钻井深度
① 沉没系数a ：水面以下高度与双壁钻具总长度的比值。

（见图3） a=5.0≥+hs hd hs
若泥浆泵灌浆及时则可以认为液面保持在高架槽处，液
面以上高度依据立管高度确定，水头按20~30米计算。

即双壁钻具下深大于30米即可建立循环。

② 双壁钻杆下深与井深比例关系
调研文献推荐范围较大为1:4~10。

如北京丰台区某井，
设计井深2470m 。

实际井深2470.88m 。

钻具组合为：φ152mm 三牙轮钻头+φ121mm 钻铤(36m)+
φ73mm 钻杆(2080m) + SHB127/76型双壁钻杆
(270m)+108mm ×108mm 双壁方钻杆及双壁气水龙头。

此
种钻具组合主要参数值为：沉没比> 90%，双壁钻具初始长度为270m ，随钻孔深度的延伸增加双壁钻具的数量，
最多时达到330m （井深2470.88m ）。

双壁钻具与井深比值为1：7.5。

气举反循环钻进注气量计算
①气举泵原理与注气量
在气举反循环钻进中，钻井液能够循环流动是由于气举泵作用的结果。

气举泵是以压缩空气为动力，从井内将水提升到一定高度或到地面上来的一种抽水装置。

气水混合物的比重小于水，在扬水管内外
因比重不同形成了液体压力差，它们之间
又通过扬水管相连通。

根据连通器作用原
理，处于扬水管内的气水混合物液面将上
升，直到从扬水管排出口流出。

如果不断
地送入压缩空气，那么这个过程将连续发
生，在混合器处形成低比重的气水混合物，
进一步上升从扬水管排出，从而实现从井
内抽水的目的。

这样的抽水装置称作气举
泵（见图4）。

气举泵的重要参数是它的扬程和排量。

图
图5 气举泵排量与供气量之间的函数关系图
图3 沉没系数
1 —注气管；
2 —气水混合器；
3 —扬水管
图4 沉没系数
中h 静为气举泵启动时的扬程，h 动为气举泵工作时的扬程。

气举泵的排量与送入的压缩空气量有关，当压缩空气量在一定的值之内时气举泵排量随着空气量增加而增加，超过这个值之后，继续增加空气量，气举泵的排量反而会下降。

图5为气举泵排量与压缩空气供给量之间
的函数关系。

从图中可以看出，当供气量为Q 0气时，气举泵排量最大为Q 排max ；当Q 气等于
Q ′气时，相对气量为最小值。

相对气量为W ＝Q 气／Q 排。

W min 意味着排出单位水量时耗气量最小。

相对气量W 为最小值时气举泵耗能最少。

气举泵工作过程实质上是压缩空气在水中膨胀时所产生的膨胀功变为水的位能这样的一种能量转变过程。

水在管路中流动还消耗一定的能量，因此，气举泵也存在着效率问题。

实际上气举泵是一个低效率的抽水装置。

气体在水中膨胀时与水有热交换，所以可视为符合等温膨胀过程。

气体等温膨胀功如下式。

A 1＝⎰=0
Q Q pdv P 0Q 0 ln(P/P 0)
式中：A 1——气体等温膨胀功； P 0 ——大气压力；
P ——压缩空气压力； Q ——在P 压力下气体体积；
Q 0——自由状态下气体体积。

② 钻具内液流上升流速理论值与举升能力计算
钻杆内岩屑颗粒保持悬浮状态，钻杆液流上升速度必须等于或大于岩屑颗粒的下沉速度。

钻杆内携岩液流上升速度由下列经验公式求得：
()21
min 1172.5⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=r r rf df v 式中：v min ――钻杆内液流上升最小速度（m/s ）
df ――岩屑颗粒直径（球状）（m ）
rf ――岩屑密度
r1――钻井液密度
3）混合循环洗井
混合洗井是利用正循环和反循环的优点，达到既能较好的冲洗工作面又能使岩渣迅速排出井外的目的。

其示意图如图：
优缺点：弥补了正循环洗井对较大钻井直径的冲洗不足的缺点，但不能连续的进行钻进施工，增加了辅助时间。

4）空气洗井
应用范围：
1）干旱地区，缺水或无水地区；
2）严寒地区；
3）岩石性质不允许使用泥浆或者水；
空气洗井介质的种类：
1）干空气洗井
优点：对孔底没有液柱的压力；排渣及时又干净，对钻具破炎有利，而且可以提高钻井速度及降低成本；没有洗井介质漏失问题，在干旱地区钻井采用的话具有独特优点。

缺点：要达到洗井的目的，根据各方面的使用情况，空气上返速度要达到15m/s以上，才能携带出岩渣。

2）湿空气洗井（雾化法）
在送空气时加入水或呈雾状，使水与空气均匀混合，这对冷却钻头、刀具来说比干空气有效。

缺点：可能形成泥塞或泥包，造成拍粉、排渣困难。

往往不能单独使用，还要加入泡沫剂，以及一定浓度的表面活化剂，以提高湿空气洗井的效果。

3）泡沫洗井
就是在压缩空气中加入泡沫剂，使空气与泡沫混合变成比较稳定的空气泡沫。

优点：密度小、悬浮力大，携带岩屑的能力比空气强，且上返速度比干空气洗井时要低1/10左右，有利于岩壁保护。

事故少，成本低，钻头使用寿命长。

泡沫洗井时，泡沫溶液输送泵的泵压、泵量要与空压机相匹配。

空气洗井方式：
1）空气反循环洗井
①利用低压送风机进行反循环洗井②利用真空空压机进行反循环洗井
2）正循环空气洗井
是采用空气泡沫洗井，就是将膨润土、洗涤剂和化学药剂形成一种混合液，然后进入压缩空气管内，混合液形成泡沫流增强了洗井液携带岩屑的能力和工作面的冲洗效果。

3）空气洗井混合循环方式洗井。