CN204703810U - 一种用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器。为解决现有泡沫发生装置对固含量较高、含有惰性颗粒材料的随钻防塌防漏钻孔冲洗液发泡效率低、发泡质量低等问题，本实用新型提供的泡沫发生器包括外管、压缩空气入口、冲洗液入口、进气室、发泡管、泡沫冲洗液出口、输入室、输出室和至少两个挡板。本实用新型提供的泡沫发生器，利用高速、紊乱的空气流和冲洗液在发泡管中进行发泡，混合而成的钻孔冲洗液中微泡沫更致密均匀，稳泡时间更长，很好地解决了上述问题，可广泛适用于钻孔冲洗液的发泡，尤其适用于水敏性及松散破碎性地层、低压漏失层和对裂隙孔洞极其发育地层的随钻防塌防漏的钻孔冲洗液发泡。

Description

一种用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器

技术领域

本实用新型涉及产生泡沫的装置，特别是地质岩心钻探技术中用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器。

背景技术

钻孔冲洗液俗称为钻探工程中的“血液”，其重要性不言而喻。近年来，在冲洗液护壁和防漏堵漏技术上已经有了较大发展，但在强破碎和连续性漏失地层条件下的护壁技术却始终难以突破。例如，在四川省若尔盖铀矿田的整装勘查区内进行钻探施工时，钻遇地层主要为炭质板岩和灰岩，炭质板岩极其破碎，而灰岩溶蚀孔洞和纵向裂隙极为发育，不稳定地层和漏失地层频繁交替出现。因此，在钻探施工时，一旦钻进揭穿漏失层岩石，由于地层裂隙发育、冲洗液密度较高，常规冲洗液即刻漏失，难以发挥对上部炭质板岩层的防塌能力。为了保证炭质板岩层的孔壁稳定，需要研究一种随钻防塌防漏钻孔冲洗液。

泡沫发生器是将气体和钻孔冲洗液进行充分混合，在确保泥浆性能的基础上，降低钻孔冲洗液密度、减小液柱压力，增大漏失阻力，以达到防塌防漏的目的。现有的泡沫发生器样式众多，有射流式、同心管式、螺管式、涡轮式等。如第一种的射流式泡沫发生器：包括直径不同的两段腔体，气、液两相流体高速通过一小直径腔体进入到大直径腔体内，压力迅速向周围扩散，使气液两相分散、混合，形成泡沫。第二种的同心管式泡沫发生器：包括一段小直径的管体伸入一大直径的母管内，形成同心管，母管腔体中的小直径同心管上分布有大量小孔，气、液两相流体高速经过小孔以射流形式喷射至母管，迅速分散、混合，形成均匀泡沫。还有螺管式泡沫发生器和涡轮式泡沫发生器，是通过在管体中设置螺旋导流槽或旋流隔板不断改变流体流向，流体流态，形成强烈的紊流和旋流，达到气液两相混合均匀。

但上述的泡沫发生器都存在混合不彻底，发泡效率低的问题，对固含量较高和含有大量惰性颗粒材料的随钻防塌防漏钻孔冲洗液，上述的泡沫发生器均不适用，泡沫质量偏低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，以解决普通泡沫发生器对固含量较高的随钻防塌防漏钻孔冲洗液发泡效率低、泡沫质量低等问题。

一种用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，其特征在于，包括：外管11、压缩空气入口1、冲洗液入口5、进气室3、发泡管8、泡沫冲洗液出口13、输入室6、输出室12和至少一个挡板9；所述压缩空气入口1和泡沫冲洗液出口13分别位于所述外管11的两端；所述进气室3位于外管11内部，并与压缩空气入口1相连，进气室3的两端设置筛网4；所述挡板9位于外管11内部，挡板9上设置供发泡管8穿过的通孔；所述挡板9的个数至少为两个，离进气室3最近的挡板称为前端挡板，离泡沫冲洗液出口13最近的挡板称为末端挡板，所述前端挡板和进气室3之间的空间形成输入室6，所述末端挡板和泡沫冲洗液出口13之间的空间形成输出室12；所述发泡管8的两端设置隔板7，发泡管8的侧面分布通气孔，所述发泡管8通过挡板9上的通孔固定于外管11的内部，发泡管8的两端分别与输入室6和输出室12相连；所述冲洗液入口5位于外管11的侧面，并与输入室6相通。

作为优选，进气室3内填充填料2，填料2为玻璃球或塑料球。

压缩空气从压缩空气入口进入进气室后，经过筛网和玻璃球或塑料球之间的外切空间反复折曲路径，形成分散均匀、紊乱的空气流进入到输入室中，从冲洗液入口进来的冲洗液与高速、紊乱的空气流在输入室中发生初步碰撞、混合，再进入发泡管中，初步混合的冲洗液和空气在发泡管侧面的通气孔之间再反复碰撞，加之挡板的作用，更增加了冲洗液在发泡管内外曲折行走路线的长度，可得到稳定、连续、均匀的泡沫液。

为达到更高的发泡效率，发泡管8的中间设置至少一个隔板7，隔板7的总数比挡板9的个数多一个，并且挡板9和隔板7间隔设置(即两个隔板之间设置一个挡板)；相邻两个挡板之间形成混合室10。

挡板和隔板个数的增加，混合室的个数增加，也增加了冲洗液和空气在发泡管内外曲折行走路线的长度，增加了冲洗液和空气的碰撞次数，以便达到更高的发泡效率和更好的发泡质量。

为进一步提高发泡质量和发泡效率，在挡板9上设置供发泡管8穿过的5个通孔，5个通孔呈梅花状排列；发泡管8的个数也为5个，分别通过挡板9上的5个通孔固定于外管11的内部。

发泡管个数的增加，也增加了通气孔的数量，进一步增加了冲洗液和空气在发泡管内外行走路线的曲折性，增加了冲洗液和空气的碰撞次数，形成稳定、均匀的连续泡沫，泡沫发生效率高，质量好。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型提供的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，可用钻探等规格套管作为泡沫发生器外管，利用小直径普通钢圆管作为混合管，在进气室内装玻璃球(或塑料球)就可对进入的压缩空气形成高速、紊流，本实用新型结构简单，易加工制作。

(2)本实用新型提供的泡沫发生器，在压缩空气入口处设置内装填料的进气室，让压缩空气形成高速、紊流后再与冲洗液在输入室内混合。若将压缩空气和冲洗液先混合，然后再进入内装玻璃球的进气室，则含有提粘剂及桥堵剂的冲洗液很容易将填料粘结并堵塞进气室两侧的筛网，影响发泡效率。

(3)本实用新型提供的泡沫发生器，设置的进气室、冲洗液入口、发泡管及其位置关系，使得高速、紊乱的空气与冲洗液在输入室内初步混合后，再进入发泡管中进行高效发泡。若不设置进气室，则压缩空气直接与冲洗液进入发泡管中进行发泡，其发泡效率则远远低于本实用新型提供的效果。

(4)本实用新型提供的泡沫发生器，设置的隔板、挡板，以及5个发泡管呈梅花状排列，使得冲洗液和空气在多个发泡管内外曲折行走，增加了冲洗液和空气的碰撞次数，形成稳定、均匀的连续泡沫，泡沫发生效率高，质量好。

(5)本实用新型提供的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，使得钻孔冲洗液中含有大量的微泡沫，能在裂隙发育地层钻进时进入其中形成滞留层，增大冲洗液漏失阻力，提高钻孔冲洗液的堵漏速度和堵漏强度。

(6)本实用新型提供的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，利用紊乱的空气和冲洗液在发泡管中进行发泡，与普通泡沫发生器相比，制备而成的钻孔冲洗液中微泡沫更加均匀、连续，稳定泡沫的时间更长，同时也可通过调节空压机风量及发泡时间控制发泡程度，进而控制冲洗液密度，操作简便，易于现场施工人员掌握。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A-A的剖面图；

图3为图1的B-B的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1

图1为本实用新型提供的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器的结构示意图。如图1所示，该泡沫发生器包括：外管11、压缩空气入口1、冲洗液入口5、进气室3、发泡管8、泡沫冲洗液出口13、输入室6、输出室12和挡板9。

压缩空气入口1和泡沫冲洗液出口13分别位于外管11的两端。

进气室3位于外管11内部，并与压缩空气入口1相连，进气室3的两端设置筛网4，压缩空气进入进气室后，由于筛网的作用，压缩空气变得紊乱，为了使压缩空气变得更紊乱，以便得到更好的发泡效果，在进气室3内填充填料2，填料2为玻璃球或塑料球。

挡板9位于外管11内部，挡板9上设置供发泡管8穿过的通孔；挡板9的个数至少为两个，离进气室3最近的挡板称为前端挡板，离泡沫冲洗液出口13最近的挡板称为末端挡板，所述前端挡板和进气室3之间的空间形成输入室6，所述末端挡板和泡沫冲洗液出口13之间的空间形成输出室12。

发泡管8的两端设置隔板7，发泡管8的侧面分布通气孔，所述发泡管8通过挡板9上的通孔固定于外管11的内部，发泡管8的两端分别与输入室6和输出室12相连；所述冲洗液入口5位于外管11的侧面，并与输入室6相通。

挡板的作用不仅是支撑发泡管，还可阻挡冲洗液和空气，改变它们的流向，使冲洗液和空气在挡板的位置只能进入发泡管内并向输出室的方向行走，增大两者的碰撞机会。

为达到更高的发泡效率，发泡管8的中间设置至少一个隔板7，隔板7的总数比挡板9的个数多一个，并且挡板9和隔板7间隔设置(即两个隔板之间设置一个挡板)；相邻两个挡板之间形成混合室10。

挡板和隔板个数的增加，混合室的个数增加，也增加了冲洗液和空气在发泡管内外行走路线的曲折性，增加了冲洗液和空气的碰撞次数，以便达到更高的发泡效率和更好的发泡质量。

为进一步提高发泡质量和发泡效率，如图2和图3所示，在挡板9上设置供发泡管8穿过的5个通孔，5个通孔呈梅花状排列；发泡管8的个数也为5个，分别通过挡板9上的5个通孔固定于外管11的内部。

发泡管个数的增加，也增加了通气孔的数量，进一步增加了冲洗液和空气在发泡管内外行走路线的曲折性，增加了冲洗液和空气的碰撞次数，形成稳定、均匀的连续泡沫，泡沫发生效率高，质量好。

实施例2

本实用新型提供的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，其发泡过程如下：压缩空气从压缩空气入口进入到进气室内，压缩空气在进气室内的筛网和玻璃球或塑料球之间的外切空间反复折曲路径，形成分散均匀、紊乱的空气流通过筛网进入到输入室中，从冲洗液入口进来的冲洗液与紊乱的空气流在输入室中发生初步碰撞、混合，再进入发泡管中，由于挡板和隔板的作用，冲洗液和空气在混合室和发泡管之间来回反复行走，增加冲洗液和空气的碰撞次数，从而得到均匀、稳定的泡沫冲洗液。

实施例3

将本实用新型提供的泡沫发生器进行现场试验。在若尔盖铀矿整装勘查区内ZK4-1钻孔的钻探施工中，上部地层主要为较破碎的炭质板岩，孔壁稳定性较差；而在197.31m以深为硅质灰岩，该类地层裂隙孔洞发育，钻进至225.81m时发生钻孔严重漏失，并在起钻过程中有卡钻现象，现场即采用本实用新型提供的泡沫发生器进行冲洗液发泡。

防塌防漏钻孔冲洗液包括以下组份：清水、膨润土、纯碱、提粘剂、降失水剂、流型调节剂、桥堵剂、封堵剂、抑制剂和发泡剂。将上述组份按顺序添加并搅拌均匀，即得所述的随钻防塌防漏钻孔冲洗液。

发泡：通过泥浆泵抽取已经配制好的冲洗液与开山牌螺杆空压机(型号LG-2.3/13)排出的压缩空气在本实用新型提供的泡沫发生器中强烈混合，直至降低至设计密度后停止发泡，即获得低密度防塌防漏的钻孔冲洗液，即可进行钻进使用。

将制备好的防塌防漏钻孔冲洗液用于若尔盖铀矿整装勘查区的ZK4-1钻孔225.81m以深孔段，在实钻过程中，冲洗液密度始终控制在0.8～1.0g/cm³的范围内(具体性能控制范围见表1)。在钻进过程中由于钻孔冲洗液中含有大量微泡沫，会对泥浆泵的上水效率产生一定影响，因此，在钻进中应尽量将泥浆泵档数调高；在该钻孔冲洗液使用中应随时监测冲洗液的各性能指标，特别是密度控制，如果钻进过程中密度过高时，则应再将泥浆池内钻孔冲洗液通过本实用新型提供的泡沫发生器进行再次发泡，以控制密度在设计范围内。

表1 ZK4-1钻孔防塌防漏钻孔冲洗液性能范围

表1中，ρ为防塌防漏冲洗液的密度，FV为防塌防漏冲洗液的马氏漏斗粘度计读数，AV为表观粘度，PV为塑性粘度，YP为动切力，Gel 10′/10″分别为10秒和10分钟的初切力和终切力，FL为API(美国石油协会)标准的中压失水量。

利用本实用新型提供的泡沫发生器，得到防塌防漏钻孔冲洗液在下部钻探施工中大大减轻了漏失程度，并未发生任何因孔壁失稳而出现的孔内复杂情况，提高了该钻孔的施工效率并节约了综合钻探成本。

Claims (5)

1.一种用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，其特征在于，包括：外管（11）、压缩空气入口（1）、冲洗液入口（5）、进气室（3）、发泡管（8）、泡沫冲洗液出口（13）、输入室（6）、输出室（12）和挡板（9）；所述压缩空气入口（1）和泡沫冲洗液出口（13）分别位于所述外管（11）的两端；所述进气室（3）位于外管（11）内部，并与压缩空气入口（1）相连，进气室（3）的两端设置筛网（4）；所述挡板（9）位于外管（11）内部，挡板（9）上设置有供发泡管（8）穿过的通孔；所述挡板（9）的个数至少为两个，离进气室（3）最近的挡板称为前端挡板，离泡沫冲洗液出口（13）最近的挡板称为末端挡板，所述前端挡板和进气室（3）之间的空间形成输入室（6），所述末端挡板和泡沫冲洗液出口（13）之间的空间形成输出室（12）；所述发泡管（8）的两端设置隔板（7），发泡管（8）的侧面分布通气孔，所述发泡管（8）通过挡板（9）上的通孔固定于外管（11）的内部，发泡管（8）的两端分别与输入室（6）和输出室（12）相连；所述冲洗液入口（5）位于外管（11）的侧面，并与输入室（6）相通。

2.根据权利要求1所述的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，其特征在于，所述进气室（3）内填充填料（2）。

3.根据权利要求2所述的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，其特征在于，所述填料（2）为玻璃球或塑料球。

4.根据权利要求1所述的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，其特征在于，所述发泡管（8）的中间设置至少一个隔板（7），所述隔板（7）的总数比挡板（9）的个数多一个，且所述隔板（7）和挡板（9）间隔设置，相邻两个挡板之间形成混合室（10）。

5.根据权利要求1所述的用于随钻防塌防漏钻孔冲洗液的泡沫发生器，其特征在于，所述挡板（9）上设置供发泡管（8）穿过的5个通孔，所述5个通孔呈梅花状排列；所述发泡管（8）的个数也为5个，分别通过挡板（9）上的5个通孔固定于外管（11）的内部。