水平定向钻孔中

钻屑的悬浮和排除

     水平定向钻穿越施工的成功很大程度上在于施工人员能有效将孔内的钻屑排除出孔外。如果在钻进或回扩施工过程中孔内钻屑不能有效清除，就有可能造成卡钻或断钻杆等事故，这样会造成孔内昂贵的钻具、泥浆马达、探头容纳管及探头的丢失。如果是在管线回拖阶段则会造成过大的扭矩和拉力消耗，或者造成管道卡阻甚至穿越工程的完全失败。

     值得关注的是，到目前为止有关水平钻孔中钻屑运行状态的研究还很少有人在进行。我们以往在这方面的知识都来原于油井多为垂直孔，钻屑在泥浆的带动下运行，其运行方向与钻屑本身重力方向相反。

     但在定向钻进施工中，最常见的多是水平孔和轻微倾斜孔，钻屑虽也是在泥浆的带动下运行，但此时钻屑本身的重力方向与泥浆的流动方向相互垂直。即使是倾斜段，其倾角也很少有超过15°的，这比要我们对定向钻孔中钻屑的运行方式问题赋予新的理解。

     在沉积地质学中，人们已对碎屑物在水力、风力搬运作用下的运行沉积方式做过广泛研究。其中有些例子也涉及因泥水运动引起的粘性流的搬运作用。据此我们可以将定向钻孔中环状空间内钻屑的运行方式看作河水或溪流对碎屑地层的搬运沉积作用。

     由于钻进过程中的力学作用，所有的钻屑在钻头（回扩头）的剪切力作用下或在高压泥浆射流作用下一开始都是悬浮于泥浆中。这时钻头（回扩头）附近或射流作用下的环状空间内泥浆处于紊流状态。随着钻孔的深入，既成孔段的环状空间内泥浆流态由紊流变成层流。在这种层流条件下，钻屑的运行状态符合STOKE沉降公式，其沉降速度受钻屑颗粒度大小和泥浆黏度值大小的影响。由于层流时钻屑开始由泥浆中沉降下落至孔内环状空间的底部孔壁，这个过程中将受到其他因素的影响，这种影响所引起的钻屑运动方式和地质沉积时水流体内沉积物的运动方式一样。

STOKE沉降公式：V＝gdm2(Ds-D)/(18µ)

其中，V：沉降速度（厘米/秒）；g：重力加速度（厘米/秒2）；dm：碎屑物的相当直径（厘米）；Ds：碎屑物密度（克/厘米3）；D:介质密度（克/厘米3）；µ：介质黏度（达因秒/厘米2）。该公式表述特定引力场条件下，在 已知密度和黏度的粘性流介质中光滑、固态的球状颗粒物沉降速度与颗粒物直