泥浆对水平孔岩屑运移影响分析.pdf

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1、l6探矿工程(岩土钻掘工程)第36卷第5期泥浆对水平孔岩屑运移影响分析张海亮(中铁十五局集团公司，河南洛阳471013)摘要：泥浆的主要功用之一是通过自身的循环，有效地清除钻孔内破碎下来的岩屑，特别是对于水平孔，可以避免砂床的形成，减少钻孑L内的事故。结合室内实验及相关工程应用，采用水力学的方法，对泥浆中影响水平孔岩屑运移的各种参数进行了分析，提出了建立室内实验评价系统的总体构架。关键词：泥浆；水平孔；岩屑；运移中图分类号：P634．6文献标识码：A文章编号：1672—7428(2009)05—0016—03AnalysisonInfluenceofMudtoCuttingMove

2、mentinHorizontalHole／ZHANGHai-liang(ChinaRailway15BureauGroupCorporation，LuoyangHenan471013，China)Abstract：Drillingmudcancleanoutthecuttingsbyitscirculation，especiallyforhorizontalhole，itcanavoidthesand．bedformationandreducedownholetroubles．Basedonthelaboratoryexperimentandengineering印plicadon

3、，analysiswasmadeonvariousparameterswhichafectcuttingmovementinhorizontalholetllhydraulics．andsuggestionWasmadetoestablishtheoverallframeworkforlaboratoryexperimentevaluationsystem．Keywords：mud；horizontalhole；cuttings；movement0引言在水平钻孔施工过程中，有效地排除破碎下来的岩屑，不仅能够保证成孑L工艺的顺利进行，同时对维护孔壁和泥浆性能的稳定都具有极为重要的意义

4、]。随着钻进时间的增加，破碎下来的岩屑一部分随着泥浆的循环流动被排出，而另外一部分则由于自身重力的作用将不断下沉，该过程一般分为3个模拟阶段，如图1所示。图2模拟岩屑抱管示意图1力学分析破碎下来的岩屑在水平孔中的运移动力主要来自于2个方面，一是泥浆流动时，作用在岩屑颗粒上的粘附拉力，带动岩屑翻滚使其脱离周围其它钻屑；另一种是泥浆的举升力，该力将孔壁底面的岩屑浮起，垂直送人贴近孔壁的流动层之中。为了简化分时l司t析，笔者取单颗粒、球形体岩屑作为研究对象。图1岩屑沉降过程曲线图设F为泥浆的抬举力，G为单颗粒重力，当F≥随着岩屑沉降量的不断增大，其沉积程度也不G时，岩屑将悬浮于泥浆中，为

5、岩屑的进一步运移提断增强。在松散复杂地层中，还会形成“抱管”状供条件。当F

6、面分析的一样，此时岩屑的水平运移速度为：=[(P。-fx)g／G]t其中fx=txG为静力摩擦系数。假设单体岩屑密度为P，半径为r，则：[Pl一(4／3)盯r]g—(4—／3)pTrr即：3Pl：4_『pt一竹r一图4岩屑悬浮受力示惹图2泥浆影响因素分析图4中，P为泥浆的作用力，主要与泵的压力有通过前面的理论分析，笔者结合室内相关实验关为单体阻力。和工程实例，对水平孔岩屑运移的泥浆影响因素进P=Pl+P2行了量化分析。f=fl+2．1孔径影响笔者采用同样材料、不同直径的管路模拟水平式中：P一一泥浆对单体岩屑的截面冲力；尸2——泥浆对单体岩屑的截面粘聚力；——考虑群渣效应钻孔，得到岩

7、屑开始运移时的最大泥浆流量，如图6所示。时，岩屑之间的聚合力——泥浆对岩屑产生的运移阻力。由于在运移d时间内P》P，故可近似认为P=Pl。根据牛顿力学第二定律，可得：md／d=P一-A=[(P。-f,一f2)g／G]t当岩屑沉积于钻孔底部时，单体岩屑所受的阻20孔径／力将大大提高，从工艺上而言，这种情况不可避免，图6孔径与运移速度关系圈因此，从机理上分析是十分必要的。如图5所示，单体阻力，再唯一，其矢量值不仅与泥浆的性能有从图6中可以发现，随着孔径的不断增大，岩屑关，