[科普中国]-永冻层取心

简介

永冻层是砂、砂砾等透水性物质，在寒冷地区冻结而成的地层。一般多覆盖在第四纪地层的浅部或中部，坚硬、不易破碎，遇热后即融化成松散的地层。常用加热法钻进，即向孔内加入热水或热蒸汽，使孔底地层融化变得松散，以利于套管的护孔钻进及管内取样。热水法只适用于3-5m左右的浅孔施工，蒸汽法适用于较深的钻孔。冲洗液的最佳温度在5℃左右，并应控制所加热水或蒸汽量。原苏联在永冻层中采用过无套管的施工工艺，即用劈刀将孔内岩层破碎，然后再取样，样品体积采用井径仪测定或注水法测定1。

永冻层绳索取心对冲洗液性能的要求绳索取心对冲洗液性能指标要求很高，解决了冲洗液问题将利于绳索取心钻探的推广应用。绳索取心钻探冲洗液应具备如下性能要求。

1.用尽量小的环空动压，防止压跨地层；

2.钻杆内能实现紊流冲刷，以防内壁结垢；

3.环空流动状态要能调节到紊流状态，保持薄而韧的泥皮，防止坍塌及吸附卡钻；

4.具有抑制水敏性地层的能力。

冲洗液配方为了在冻土层地带顺利进行钻探，保证孔壁不坍塌、不发生事故，送入孔内冲洗液介质的温度必须低于所钻岩石的温度。为了降低冰点我们使用NaCI、Na₂CO₃盐类可以得到低温耐寒泥浆。

随着盐量的增加，泥浆的冰点降低，随着孔深的增加，钻头在孔底碎岩产生的热量，再外环空间返流的冲洗液温度升高了。但仍低于0℃。在这种情况下，为了保证正常钻进、孔壁不融解坍塌，冲洗液介质的温度始终保持在-5℃2。

空气的温度对冲洗液温度的影响当冲洗液在地表流动或静止时，空气温度的升高，使泥浆中的初始温度发生变化。如送到孔内泥浆接近冻结石的岩石，随着孔深的增加，温度的升高，上部孔段就出现孔壁失稳，导致孔内发生复杂情况，对冻结石的岩石最为不利。如果在受初始温度影响较大的上部孔段使用下套管的方法，可防止事故发生2。

防止冻结石中孔壁坍塌的条件在冻结石的岩石中钻进，不能使岩石的自然负温度升高到0℃，如果使岩石中的冰状态交接物变成液态时，孔壁就开始解冻，并失去岩石的聚散性。所以使孔壁岩石的温度只能低于0℃，这是防止孔壁岩石解冻坍塌的必要条件。

总结1.冻结岩石钻进时，井内的温度情况是选择冲洗液性能和数量的重要依据，也是确定钻进合理参数，避免事故的一个重要因素，冲洗液介质是保证井内温度规程正常的关键。

2.冻结岩石钻进时，井内的温度主要取决于钻井周围冻结岩石的温度及井底破碎岩石产生的热量、数量和热的互相转换。

3.送到井内的冲洗液选用初始温度应低于-2℃。

4.为了保证正常钻进，宜使用冲洗液的温度接近孔壁岩石的温度，应该使用冰点低的冲洗液3。