1、摘要泡沫鉆井是一種新的、用于對付特殊的自然地理環境和復雜的地質條件的鉆井技術。它利用均勻穩定的泡沫流體作為鉆井時的循環介質，既克服了高密度鉆井液體的缺點，同時也克服了霧化及空氣鉆井的缺點，有效的解決了在干旱缺水地區的鉆進難題。注意語句通順同時由于其密度低，在破碎裂隙發育地層、低壓油氣層中，得到了廣泛地應用。另外，由于泡沫流上返速度低，對井壁沖刷作用小，因此在易坍塌、膠結性差的地層中，有效地防治了孔內事故的發生，在鉆井領域有著越來越廣泛的應用。本文首先介紹了泡沫鉆井的鉆井泡沫，包括鉆井泡沫的的基本概念、基本性能和組成；其次論述了泡沫鉆進的基本理論，包括泡沫鉆進的工作原理，泡沫鉆進的循環方式與灌注

2、方式，鉆井設備及鉆進中的消泡技術和安全技術；再次介紹了泡沫鉆進的鉆進工藝參數包括泡沫溶液的濃度、氣液比、泡沫質量、鉆壓、轉速、空氣量、泡沫灌注量洗井時的注入壓力等參數的確定方法以及利用計算機模型計算各流動參數的方法；最后通過小口徑金剛石泡沫鉆進工程實例來分析泡沫鉆井與常規鉆井該方法相比較，體現其技術的優越性。在文章的結語部分，對泡沫鉆進的技術要點進行總結，并對其發展前景做了展望。關鍵詞：泡沫鉆井 鉆井泡沫 鉆井參數 泡沫性能 ABSTRACTFoam drilling is a kind of new and used to deal with the special natural geog

3、raphical environment and complex geological conditions of drilling technology. It use uniform stability of foam drilling fluid as the circulation medium, which overcomes the shortcoming of the liquid density of drilling, but also to overcome the shortcomings of drilling and air atomization, effectiv

4、ely solved the problem of water into the drought. Also because of its low density, the fracture strata, low oil layer, had been used widely. In addition, due to low speed on the flow of foam on wall, small, so the flushing action to collapse, cementation of strata, effectively control the hole accid

5、ents in drilling area has more and more widely.This paper firstly introduces the foam drilling, including drilling foam drilling bubble of the basic concepts, basic properties and composition, Then discusses the foam drilling the basic theory, including the working principle, foam drilling cycle and

6、 the foam drilling, drilling equipment and pouring into the defoaming technology and safety technology, Introduced the foam drilling again into the process parameters including foam solution concentration, gas and liquid foam, quality, than wob, speed, air volume, foam perfusion measure the well-flu

7、shing injection pressure parameters determination method of using a computer model and the calculation method of the parameters of each flow, Finally, through drilling engineering examples, the small diamond foam drilling and routine analysis foam drilling method, the comparison of technical superio

8、rity. In the article, the key points of foam drilling, and its development prospect.Keywords: foam drilling 、drilling foam 、drilling parameters、 froth performance第一章 緒論本章介紹了本文的研究背景，闡述了本文的研究目的和研究意義。概述了國內外在泡沫鉆進方面的發展歷程和研究現狀。第一節 研究背景、目的和意義論文研究的背景我國是一個淡水資源嚴重缺乏的國家，工業用水在全國水資源消耗總量中所占比例非常大，而鉆探（井）工程又是工業用水中的用水

9、大戶。鉆井過程中，為了冷卻鉆頭、排除巖屑和穩定井壁需要消耗大量的地表水，而鉆井又是深入地下勘探和開發能源、解決我國資源、能源短缺不可替代的技術手段，但是能源大多分布在干旱、半干旱的西部地區。因此，在新形勢下解決鉆探工程缺水的問題刻不容緩。缺水不是發展泡沫鉆進的主要原因。研究適用于干旱缺水地區的節水鉆探新技術，不僅可以節約大量寶貴的地表水，在很大程度上緩解水資源短缺問題，同時可以降低鉆探成本，具有重要的經濟價值和廣泛的應用前景。此外在石油領域，目前開發的油田多屬于低滲透的油氣藏，因此必須盡可能的保護油氣層，降低工程施工對油氣層的損害，如何從鉆井過程就開始保護好油氣層，提高油氣層滲透系數，降低表皮

10、系數，最大程度地提高采收率也成了工程師們關注的問題， 論文研究的目的和意義泡沫鉆進技術是現代鉆探技術條件下產生的新技術，在地質勘探、水文水井和石油鉆井中會遇到各種各樣的地層，為了適應各種條件下的鉆井工作，沖洗介質的類型日益增多，除了完整巖層可以使用清水或乳狀液外，其它巖層則必須使用泥漿進行鉆孔護壁。但對于那些裂隙發育、嚴重漏失、地層壓力較低的生產層,則需要低密度的鉆井流體進行沖洗。同時施工地區的條件也是多種多樣的，在交通不便、缺水干旱、沙漠地帶以及寒冷甚至永凍層進行施工，為適應施工地區的客觀條件，需要尋找新型的沖洗介質。隨著科學技術的不斷進步和鉆井工作的迅速發展，鉆井研究者為進一步提高工作效率

11、，降低成本，對鉆井工作的各個環節進行了廣泛的研究，其中也包括沖洗介質。研究發現：沖洗介質的類型及其性能指標等對鉆進效率有著重大影響，特別是沖洗介質的固相含量、固相類型、沖洗介質的密度影響更大。雖然泡沫鉆井的優點正在被越來越多的人們重視，但目前泡沫鉆井還存在不少問題亟待解決。一是泡沫的一次性使用問題，它不僅使泡沫鉆井的成本大大增加，同時也帶來了嚴重的環境污染問題；二是泡沫鉆井技術理論不成熟，由于泡沫流體的可壓縮性，隨著地面溫度、壓力的變化，井下泡沫質量、密度等參數也隨之而變化，增加了施工參數設計計算的復雜性。 因此研究好泡沫鉆進技術，有著極其重要的意義。 第二節 國內外研究現狀 國外研究現狀泡沫

12、鉆進始于20世紀50年代中期當時美國為在干早、缺水、穩定性差的地層中鉆進首先在內華達州使用了泡沫鉆進。因鉆進時泡沫的上返速度僅為空氣鉆進時空氣上返速度的1/101/20，從而有利于井壁巖層的穩定。此后美國又進一步開展了適用于鹽層、油層、永凍層鉆進的泡沫流體研究，擴大了泡沫鉆進的適用范圍，取得了很好的經濟效益，成為低壓油田開發的一種有效手段。泡沫鉆井介質可用于井底孔隙壓力較低而地面又取水困難的地區。1971年泡沫鉆井作業被首次應用于油氣開采工程進入20世紀80年代。泡沫鉆進得到了突飛猛進的發展，以美國Sondia Nation公司為例，1980年就研制推出了一百多種陽離子、陰離子、兩性離子及非離

13、子型泡沫刑。以適應各種復雜地層條件的需要。已初步達到泡沫鉆井設備系列化、鉆井工藝控制自動化的水平。 蘇聯在20世紀60年代初開始進行泡沫鉆進的試驗研究，初期主要用于油田修井和鉆井，從70年代開始將泡沫用于小口徑金剛石巖心鉆探，并且對泡沫流變學，泡沫鉆進中的溫度、壓力等參數展開研究。經過十多年的研究，證明在X組巖層中，泡沫鉆進的機械鉆速比傳統鉆井液提高29.7%回次進尺提高22.5，臺月效率提高25，金剛石消耗降低282。功率消耗降低231，總體經濟效益提高了34.3%。1. 3. 2 國內研究現狀我國的泡沫鉆進技術起步較晚。20世紀80年代中期，石油部門首先進行泡沫洗井、泡沫鉆進的試驗研究，研

14、制了F873、TAS等幾種泡沫劑，但在理論上探討不夠，還沒有真正形成一套用于指導生產的理論體系。“七五”期間，地質礦產部也曾把泡沫鉆進技術列為科技攻關項目。十幾個科研和生產單位對泡沫鉆進的理論與應用進行了卓有成效的研究和探討，先后研制成功了CDT812、CDT-813、CD1、DF-1、ADF1型泡沫劑。研制和制定了泡沫及泡沫劑檢測裝置和測量標準，有力地推動了泡沫鉆進技術在我國尤其是在地礦系統的發展，先后在甘肅、四川、河南、安徽等省地礦局所屬的十幾個單位進行了現場試驗，總工作量達幾萬米，取得了良好的經濟效益。并總結了一些泡沫鉆進的經驗。此外，化工、煤炭等系統在泡沫洗井、泡沫鉆井方面也取得了長足

15、的進步。國內有些單位還進行了泡沫潛孔錘鉆進試驗，為擴大泡沫鉆進技術的應用領域做了有益的探索。20世紀80年代后期以來，出現了泡沫鉆井的另重要應用油氣開發作業的欠平衡鉆井。研究表明：如果井底鉆井液的流體靜液柱壓力略小于所鉆儲層的孔隙壓力，對儲層的石油和天然氣開采將更為有效。欠平衡鉆井有助于使油氣流入環狀空間，使自然裂縫和孔隙不受巖屑顆粒和泥餅污染，從而避免了地層損害。近年來、泡沫欠平衡鉆井技術開始試用于深水井和環境監測井鉆井作業中。同時也應看到，目前我國的泡沫鉆進技術與國外先進水平相比還有很大差距。許多現場都是摸索著施工，相當多的單位只是把泡沫作為防止漏失和徘渣的手段，還沒有做到合理選擇泡沫參數

16、、科學控制泡沫鉆進質量，致使泡沫鉆進的成本較高。另外，盡管國內已經研制出若干種泡沫劑，但泡沫鉆進的理論研究還須進一步深入。 第二章 鉆井泡沫第一節 基本概念泡沫是含有大量氣泡的氣液分散體系。其中氣相是分散相，常壓下的體積可高達90% ；液相是連續相，一般以水多見，所占的體積較少。因此泡沫的重量比水輕得多。此外，欲形成泡沫還須加入必要的泡沫劑表面活性劑，才能使氣泡形成并均勻地分散在液體中。泡沫劑的加量更少，一般只占液體的11%。配制泡沫一般是先將泡沫劑溶入到液相中，形成尚未發泡的基液（泡沫液），然后再與空氣混合形成泡沫。 把泡沫在常溫常壓下的氣體體積Q與液體體積Q之比稱為充氣度或氣液比，用=Q/

17、Q表示。穩定泡沫氣液比的范圍在50300之間。由于含有氣體，泡沫的體積受外界壓力和溫度的影響很大。一般壓力大、溫度低，泡沫體積縮小。把泡沫在具體壓力和溫度條件下的氣體體積Q與泡沫體積Q之比稱為氣相飽和度，用= Q/ Q表示。泡沫的氣相飽和度可高達0.96。第二節 特點和適用范圍鉆井泡沫的特點國內外泡沫鉆井的實踐表明，泡沫鉆井具有以下特點：(1)與空氣和清水比較，由于泡沫的懸碴能力明顯提高，因此可用較低的環空上返流（僅為空氣的3%6%），對井壁的沖蝕大大降低。（2）要求的風量和相應的風壓較低，用同樣的壓風機可以比空氣鉆得更深。（3）與液體鉆井液相比可以節約大量用水（僅為液體鉆井液的1/91/50

18、0），可以有效地解決沙漠、高山、寒凍、嚴重漏失和干旱地區鉆進的缺水問題。（4）泡沫比重輕，井內壓力小，僅為水的1/201/30，特別適于低壓地層鉆進。（5）泡沫中的表面活性劑具有潤滑性，泡沫具有一定的彈性，有利于減輕鉆具的振動，減少回轉功率消耗，降低鉆具的磨損。（6）泡沫具有一定的吸附性、粘結性和淤塞性，并且由于質量輕而動力慣性小，因此對井壁有較好的保護作用。（7）捕集巖粉效果好，消除了空氣鉆井時的粉塵污染問題。（8）能防止凍結地層鉆進因空氣吹洗溫度升高而引起的井壁融化坍塌問題。空氣泡沫鉆進適用范圍通過以上分析和實鉆證明，在下列清況下空氣泡沫鉆進很有推廣價值：3.高山供水困難的地區;4.具有大

19、量水敏性地層;5.用于保護儲層的含油氣帶;6.礦巖心采取率低的巖金礦;7.遇水貧化的礦種。第三節 泡沫組成及發泡劑2. 3. 1 泡沫組成的氣相和液相 用于鉆探(井)工業的泡沫流體，其氣相多為空氣、天然氣、氮氣以及二氧化碳氣。由于空氣和天然氣存在易燃、易爆等不安全因素，應盡量避免用于油、氣井生產作業。此時，一般多采用氮氣或二氧化碳作為氣相。在泡沫流體鉆井中液相基本上可分作水基、醇基、烴基和酸基。水基泡沫配制方便，價格便宜，并且與線性或交聯凝膠劑配合易形成穩定的泡沫，除了水敏性特強的地層外，一般均可廣泛應用。醇基泡沫適用于極易水鎖及強水敏性地層，有利于保護油氣層。但此類泡沫基液易燃，成本很高，施

20、工不安全不方便，攜巖能力差，且不適應在含瀝青、石蠟的油氣井中應用；烴基價格較低，但不易形成穩定泡沫；泡沫酸可用于含鈣質砂巖或灰巖。2. 3. 2 發泡劑在液相中加入少量的發泡劑，經攪拌或專用混合裝置與氣體混合即能形成泡沫。發泡劑從原理上看就是氣相和液相界面上的表面活性劑。這種表面活性劑的分子一般由兩個極性端組成，一端是親氣相結構，而另一端則是親液相結構，所以在氣、液界面上表面張力將大大降低，使氣、液相容，從而形成穩定的泡沫。如果沒有表面活性劑，強大的表面張力迫使氣泡相互聚結而逸出液相。鉆井用的發泡劑應具有以下特性：（1）起泡性能好，產生的泡沫量大，體積膨脹倍數高；（2）泡沫穩定，長時間循環不會

21、消泡，受溫度影響也較小；（3）抗干擾能力強。遇地下巖土和地下水中的雜質時，仍能維持較穩定的泡沫體系；（4）毒性和腐蝕性均小，凝固點低；（5）配制泡沫時的材料用量少，來源廣，成本低。國內外發泡劑的品種較多，從大的類別上可按表面活性劑的電離性分為4類 ，即陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性型。發泡用的表面活性劑可以是一種，也可以是幾種復配的復合劑。試驗表明，用復合型活性劑配制的泡沫，力學性能較好，泡沫穩定性高。目前，復配的配方主要通過實驗來確定。實驗中平衡值的加權方法對用量進行計算。陰離子型的發泡能力強，但抗干擾能力差。非離子型的發泡能力低，但抗干擾能力強。為取二者的優點，往往將陰離子型與非離子型

22、表面活性劑復合使用。在鈣、鎂離子含量高的干擾性地層中，復合型發泡劑的使用效果較好。2. 3. 3 影響發泡劑發泡性能的主要因素（1）分子結構在表面活性劑中疏水基（非極性基）越小，即：親水基相對整個分子的中心越近，則表面活性劑的親水性越強，形成液膜的粘度越高，因此發泡性能也越好。（2）濃度表面活性劑是由較大的非極性基團與極性較強的極性基團組成的分子，在低濃度時，溶液中的表面活性劑分子是以單個分子的狀態存在的，隨著濃度的增加，溶液表面的吸附也逐漸增加，表面張力逐漸下降，當濃度增加到一定值時，溶液表面就被一層定向排列的表面活性劑分子所覆蓋，此時，溶液的表面張力不再繼續下降（如圖21所示），溶液中的表

23、面活性劑分子已達到一定的濃度，它們通過疏水基的吸引結合成膠團，以降低體系的能量，表面活性劑形成膠團的最低濃度稱為臨界膠團濃度，常用CMC表示之。CMC圖21表面活性劑水溶液表面張力與其濃度關系（3）其它添加劑為了提高泡沫劑的發泡性能，常在其中加入一定量的添加劑。對于離子表面活性劑，在向其溶液中加入無機鹽時，溶液的表面活性提高，CMC降低；對于非離子表面活性劑，無機電解質對其性質影響較小，即使鹽的濃度較大，其表面活性的變化也較離子表面活性劑的變化小得多。2. 3. 4 穩泡劑穩泡劑是以延長泡沫持久性為目的而加入的添加劑。一些有機化合物和表面活性劑可用作穩泡劑。例如CMC、HEC、和PAM就是很好

24、的有機化合物穩泡劑，而月桂酰二乙醇胺等則是很好的表面活性劑穩泡劑。對于穩泡劑能夠使泡沫長期穩定存在，分析其機理之一是穩泡劑的加入顯著地增強了液膜的強度。例如CMC長鏈分子在液膜上的搭橋效應，對穩定泡沫起到良好的保護作用。第四節 鉆井泡沫的性能鉆井泡沫的性能包括發泡能力、泡沫的穩定性、質量分數、密度、流變性、泡沫的懸浮性和攜砂能力。熱物理性能、泡沫的腐蝕性與毒性等。發泡能力發泡能力是指在標準條件下的發泡的體積量。表面張力越低越有利于起泡，通常加入表面活性劑，即可達到此目的。美國石油學會（API）1966年頒布的評價鉆井泡沫劑的標準試驗方法已被國內外廣泛采用，在這種方法中，一定時間內沖攜出的液體越

25、多，泡沫的發泡能力越強。測定發泡能力的方法還有振蕩法、攪拌法、吹氣法、倒出法、超聲法等。泡沫的穩定性泡沫穩定性指一定體積的泡沫存在的時間，一般用半衰期來反映泡沫的穩定性。泡沫的半衰期是指從泡沫液中排出一半液體所需的時間，或者泡沫的體積縮減為初始體積一半所用的時間。雖然兩種測定值都是半衰期，但其差別非常大，前者一般只有幾分鐘，而后者則長達幾十分鐘，甚至更長。半衰期可作為衡量泡沫穩定性的一個重要指標。在鉆探過程中，由于有大量的巖屑產生，再加上其它外界因素的干擾，因此使發泡劑產生的泡沫會更加不穩定，為了滿足鉆探的要求，使生成的泡沫持久，常在發泡劑溶液中加入少量的穩泡劑。在發泡劑溶液中加入穩泡劑，提高

26、了基液粘度，一方面使氣泡間的液膜不易流失，另一方面又使氣體在液膜中的溶解度降低，從而使溶液起泡能力和泡沫半衰期增大。但聚合物的濃度不能太大，否則膜中起泡劑分子不能自由移動而使起泡能力下降，膜局部受損時，“傷口”不能迅速彌合，氣泡容易破裂。穩泡劑可使泡沫壽命顯著延長，泡沫的穩定性大大提高。泡沫穩定性的的檢測方法為：試驗時，在量杯中加入質量濃度為10g/L的泡沫液，在大于的1000r/min轉速下攪拌60s，停止轉動，立即讀取所產生的泡沫體積來表示發泡能力。然后記錄從泡沫中析出50mL液體所經歷的時間， 稱為泡沫的半衰期，反映其穩定性。泡沫質量分數泡沫的穩定性和流變性取決于泡沫質量分數。泡沫質量分

27、數即：氣體量(氣體量十液體量)，或氣體體積與泡沫總體積之比。泡沫質量分數用，0.75或含液量225。當氣量大于這一范圍時，就形成霧。當氣量小于45時，在井底容易形成近似牛頓流型的混合體。在這兩種情況下泡沫的結構特性差，攜帶巖屑能力也差。圖22和田23表示了不同泡沫質量分數情況下泡沫的結構狀況和黏度與動切力的關系。圖 22泡沫黏度隨泡沫質量分數的變化 圖23泡沫屈服值隨泡沫質量分數的變化.4泡沫的密度（泡沫質量）泡沫是以氣體為內相（非連續相），液體為外相（連續相）的氣、液分散體系，大量試驗研究結果表明，泡沫質量對泡沫的流變性能有著直接的影響。 目前泡沫鉆井廣泛應用的泡沫流體是穩定泡沫，它是由空氣

28、、液體、發泡劑和穩定劑形成的分散體系。泡沫質量，為在一定的溫度和壓力下，單位體積的泡沫中所含氣體的體積，即泡沫的密度。它取決于氣液相的比例泡沫的密度取決于氣液相的比例。若已知液相密度，氣象密度和氣象飽和度，則泡沫密度為： （21）泡沫質量在一口井的各個井段是不同的，因井下位置不同，溫度壓力不同，泡沫質量也隨之發生變化。以排液為主要衰變機理的泡沫，其穩定性隨泡沫質量的增加而增加；以氣體擴散為衰變機理的泡沫，其泡沫穩定性隨泡沫質量增加而降低，膜較厚的泡沫就屬于這種情況。前者，因泡沫質量高，氣泡半徑小，泡沫變薄，排液速度降低；后者由于泡沫質量增加，加速了氣體擴散速度，泡沫變得不穩定。泡沫的流變性泡沫

29、是氣體的聚集體，彼此之間被薄薄的泡沫液膜分隔，泡沫液成為連續相，氣體成為非連續相，大量的氣體以很小的氣泡分散在連續的泡沫液相內。泡沫的流動屬于兩相流動，但是，當氣泡的大小與流動邊界的幾何尺寸相比較要小得多時，可以把泡沫近似看成均相流體。泡沫具有非牛頓流體特性，它是一種假塑性流體，在低剪切速率下具有很高的表觀粘度，其粘度隨剪切速率的增加而降低。在一定的剪切速率下，泡沫的表觀粘度隨泡沫質量的增加而升高。泡沫的流度是描述泡沫流變性的一個參數。泡沫流度定義為通過單位截面積的泡沫總流量與氣液同時通過巖樣所需的壓降之比，單位是泡沫的視粘度定義為巖樣的水滲透率與測定的流度之比，單位為mPas。Mitchel

30、l通過實驗得到如下結論如：（1）泡沫流型，當氣相飽和度=00.54時，為牛頓流型；=0.540.96時，為賓漢流型。 （2）關于泡沫的粘度，決定于氣體的粘度、液相的粘度和氣液比。當=00.54，液相粘度為時，泡沫的粘度為： （22）當=0.540.96時，泡沫的粘度為： （23）（3）幾個參數之間的關系是：； （24）泡沫的懸浮性和攜砂能力泡沫的懸浮和攜砂能力是鉆井作業要求的重要性能。懸浮性受靜切力的影響攜砂能力主要受動切力和黏度的影響。前蘇聯鉆探工作者研究了不同類型泡沫流體攜帶砂巖和碳酸鹽巖巖屑的能力，得出如下結論： (1)統計數據表明，穩定的非離子與陽離子復合表面活性劑泡抹攜帶砂巖顆粒的能

31、力強，而用非離子表面活性劑和陰離子攜帶碳酸鹽巖類砂粒較好。單一表面活性劑穩定的泡沫不如復合表面活性劑泡沫的攜砂能力強： (2)泡沫的靜切力與濕度有密切關系，利用陰離子表面活性劑做實驗得出的數據如表21所示。可以看出，泡沫濕度增加，靜切力下降濕泡沫是表面活性劑不足造成的。濕泡沫的出現，導致攜砂能力下降。表 21 靜切力與濕度的關系濕度/%靜切力/(3)選擇合理的表面活性劑含量非常重要。泡沫中表面活性劑含量大于1.5后，靜切力不會進一步提高，泡沫中表面活性劑的濃度太高，則泡沫失去均一性，攜屑能力會降低。表面活性劑最佳含量應為0.3%0.5%，這時泡沫質量最好。 泡沫的濾失性能泡沫具有很好的防濾失特

32、性，在相同條件下可與優質泥漿媲美。究其原因是泡沫的立體網架膜結構在地下孔隙中有效地阻隔了液體的滲流。泡沫的濾失性與泡沫本身的穩定性及地層孔隙結構尺寸有直接關系。泡沫氣相與液相間有界面張力，當泡沫進入微細孔隙時需要有較大的能量以克服表面張力使氣泡變形。從動態濾失試驗的數據可說明這一問題，當巖芯滲透率低于m時，泡沫通過巖芯后完全破壞，分離成氣相和液相。隨著巖芯滲透率的增加，泡沫成分增加。當滲透率達到m時，滲濾出來的流體都是泡沫。這意味著高滲透介質中，氣泡變形很小，或根本不發生變形，以致對濾失控制較小。泡沫的熱物理性能 穩定的泡沫流體是一種多相體系，因而泡沫熱容量取決于其組成并服從疊加法則，可以根據

33、組分熱容量與其在多相不均勻體系中的含量成正比來計算泡沫的熱容量。由于氣體的熱容低于液體，所以泡沫的熱容低于液體。 （25）式中：、泡沫、液相、氣相和表面活性劑的熱容，；、各組分的體積含量。為了確定其導熱系數，可根據下列公式進行計算： （26）式中：、泡沫、液相、氣相的導熱系數，； 泡沫中液相充滿度，%。九、 泡沫的腐蝕性與毒性在鉆探(井)作業中，應考慮到泡沫流體的高腐蝕性，如應該盡可能用不銹鋼制造重要部件，并保證零件有聚合物涂塵，停鉆后應該用水清洗鉆探設備和工具。在泡沫井中加防腐蝕劑亦可降低泡沫的腐蝕性，調整PH到高值范圍亦有防腐蝕能力，一般PH值在89左右。泡沫劑的毒性與其類型、分子結構和濃

34、度有關。陽離子型的毒性最大，陰離子型的次之，非離子型的最小。在陰離子表面活性劑中，直鏈十二烷基苯磺酸鈉(LAS)的毒性最大，而烯烴磺酸鹽(AOS)的毒性較小。非離子型泡沫劑中脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）的毒性比烷基苯酚與環氧乙烷的縮合物（OP）的小，隨著憎水基炭鏈的增長和環氧乙烷聚合度的增加，毒性降低第三章 泡沫鉆進技術的基本理論第一節 泡沫鉆進的工作原理與特點3. 1. 1泡沫鉆進的工作原理 泡沫是一種由壓縮空氣(或其他氣體)注入到不可壓縮的流體中混合而成的特殊鉆井介質。為了形成穩定的泡沫，不可壓縮的成分通常由處理過的淡水加上泡沫活性劑組成。鉆進不太深的鉆孔時，泡沫可以在地面預先處理好，然后注

35、入到鉆柱內部，進入孔內循環。在深井鉆井作業中，鉆柱內部的壓力過高，以至于泡沫流體只能像充氣液一樣沿鉆柱內部向下流動，當它通過鉆頭噴嘴時自動轉換為泡沫混合物，然后以穩定泡沫狀態沿環狀空間向上流動。 泡沫與一般充氣液明顯不同，具有非牛頓流體的特性。泡沫結構具有很好的力學特性/s時，就具有良好的沖洗性能。 泡沫是可壓縮的鉆井介質，從孔底上返至孔口的速度將隨其中氣相體積的增加而增加，同時泡沫結構的力學和流變特性也發生變化。在鉆孔循環中，泡沫流速最低時，其壓力最大。由于泡沫的結構力學性質，使壓縮空氣的位能能保持很長時間。當關閉循環后，環狀間隙中攜帶巖屑的泡沫還會繼續上返。實驗證明，在等同的液體消耗量和充

36、氣度條件下，泡沫流動循環中的壓力低于充氣液流動的壓力，這表明泡沫是一種均相介質。 當泡沫流向漏失的裂縫和孔隙時，具有表面張力特性的穩定泡沫就會填充裂縫和孔隙，泡沫的氣泡封鎖、限制或阻止了泡沫流人漏失層，從而使鉆井作業得以安全進行。泡沫鉆井作業幾乎都是正循環作業。3. 1. 2泡沫鉆進的優缺點一、泡沫鉆進的優點（1）良好的井眼清洗能力：鉆井過程中，泡沫的低沉降速度能夠提供非常好的巖屑攜帶能力和運輸性能，減少了井眼清洗的問題。另外，泡沫還可提供輔助的潤滑性能，使氣體處于泡沫溶液，從而減少了井眼阻力，同時也提高了井眼的清潔程度。（2）減少環空流體分離：泡沫系統不僅能有效地清除井底巖屑，而且在循環停止

37、后使巖屑處于懸浮態，減少環空流體的分離，阻止流體在井底形成大的段塞。因此，當采用泡沫系統鉆井時就可獲得高質量的巖屑樣品。大的巖屑更能代表地層，并且大大簡化了測井錄井的工作。(3)提高機械鉆速：與普通鉆井液相比，泡沫鉆進機械鉆速明顯增大，在堅硬地層增大34倍，在軟地層增大12倍。同時，碎巖工具壽命延長14倍。 (4)節約用水：泡沫鉆進克服了高密度鉆井液相霧化鉆井的缺點。大大減少了鉆探過程中的用水量，為缺水、干旱地區及高山、高寒及其他供水困難地區鉆進提供了一種有效的鉆進手段。 (5)地層適應性廣：泡沫的密度低，能夠在破碎、裂隙發育地層及低壓油氣層中廣泛應用；泡沫流上返速度低，對井壁沖刷作用小，因此

38、在易坍塌、弱膠結性的地層中，能夠有效防止孔內事故的發生；泡沫鉆進能夠應用于水敏性地層、完全涌失的孔段，減少了堵漏工作；泡沫鉆進還適用于常年凍土地區。（6）防止井下著火和爆炸：用穩定的泡沫鉆井，由于水的存在和氣體被包在泡沫中，所以泡沫鉆井通常不會發生井下著火和爆炸。二、泡沫鉆進的不足之處（1）設備較多，一次性資金投人大，且有些設備質量和體積大，搬運困難，在一些交通不便的地區實施起來十分困難。（2）工藝技術較復雜，目前還沒有完善成熟的鉆井工藝系統。（3）部分泡沫具有一定的毒性和腐蝕性，且會對環境造成一定的污染第二節： 泡沫鉆進的循環方式與灌注方式3. 2. 1 泡沫鉆進的循環方式泡沫鉆進的基本循環

39、系統，一路由壓風機泵送空氣通向泡沫發生器，另一路由輸液泵泵送泡沫液通向泡沫發生器，空氣與泡沫液在泡沫發生器中劇烈混合形成泡沫，再通往機上鉆桿向鉆孔內輸送。簡單的泡沫發生器可以由若干層金屬網柵組成，高速氣流攜帶著泡沫液沖打在金屬網柵上形成泡沫。根據不同的鉆井要求和條件，泡沫鉆井循環系統的復雜程度不同。總體上看有兩種，即開式系統和閉式系統。開式系統是泡沫攜帶鉆碴至地表后即廢棄不再重復使用。這種系統的基本特點是簡便、安全。作業中應注意：可任意調節泡沫液的注入量，以適應不同鉆井的要求；無論鉆桿中的空氣壓力變高或變低，系統應能保證泡沫液的單位時間注入量不變，以確保良好地排屑；系統必須有足夠的壓力以保證能

40、把泡沫液注入到鉆桿中去。閉式系統是帶鉆碴的泡沫返出地表后，分離除去鉆碴，再回收泡沫重復使用。對于孔深大于150m的鉆孔，孔內循環壓力較高，這時一般輸液泵的能力不足以克服如此高的壓力。因此，必須配備升壓器及其專用泵，在升壓器中泡沫液和壓縮空氣混合且升壓，再輸入孔內循環。這種裝置可用于孔深達1500m的鉆孔。3. 2. 2 泡沫鉆進的灌注方法泡沫的灌注方法大體也分兩種：一種是間歇式循環，另一種是連續式循環。1間歇式循環為了節省泡沫劑的用量，降低成本，在大口徑鉆井施工中經常采用這種方法。具體的操作方法是先使用空氣鉆進，在孔內巖屑不斷增多、鉆進效率明顯下降時，再啟動泡沫灌注泵以全泵量集中向孔內灌注泡沫

41、液，待壓力達到22.5MPa時，稍提鉆具造成孔內的暫時壓降。形成瞬時井噴而將孔內的巖渣攜帶到地表，達到清孔的目的。2連續式循環連續式循環是目前小口徑鉆進中經常采用的循環方式，它是先以小風量低風壓啟動泡沫泵，待其工作正常后再輸入所需的風量，并控制泡沫的灌注量量，直到一個回次結束。 第三節 泡沫鉆進設備空氣泡沫鉆進采用的設備與常規泥漿鉆進相比，只需將循環系統設備改變一下即可，任何一種回轉式鉆探設備只要摒棄原來以泵為主體的循環設備，換上空壓機為主體門泡沫灌注系統，即可進行泡沫鉆進。泡沫鉆進灌注系統配套設備包括：空氣壓縮機機、泡沫注入泵、泡沫發生器、孔口密封裝置、泡沫增壓裝置、孔內泡沫鉆具等。 空氣壓

42、縮機15，風壓為0.44MPa。沫鉆進所用的風量小，僅為空氣鉆進的1/25，但是考慮帶動潛孔錘工作，冷卻鉆頭及消泡需要，故選用風量還需大些，可按空氣鉆進選擇，風量為915/min。但由于使用增壓裝置，可用低壓空壓機或中壓空壓機，壓力0.71.6MPa。在選擇空壓機時，其風量、風壓應擴大25%左右。當孔徑比較大時，可采用幾臺空壓機并聯使用。泡速灌注泵 泡沫灌注泵是泡沫鉆進的又專用設備，其作用是待泡沫液從貯液箱中吸出并注入到泡沫發生器中，使泡沫液與壓縮空氣在泡沫發生器中混合，形成穩定的泡沫。對泡沫泵的基本要求是：排量為0100L/min，1.0MPa，達到45MPa。泡沫泵的類型應是流量可以調節的

43、多缸柱塞泵。根據泡沫鉆進時氣液比和空氣量確定泡沫注入泵的排量，一般為3050L/min，注入泵壓力若用泡沫增壓裝置，壓力與增壓裝置的額定壓力相同。泡沫發生器泡沫發生器連接在空壓機、灌注泵與水龍頭之間，它是獲取均勻、穩定、連續泡沫的重要部件。泡沫發生器主要類型有（1)空氣氣流與泡沫溶液液流多次互相撞擊而產生泡沫;（2)空氣通過泡沫液利用空氣的鼓泡作用而產生泡沫:（3)在壓力作用下經噴霧器噴在網上產生泡沫;（4)用旋轉的葉片式滑輪攪拌而產生泡沫。孔口密封裝置 對于泡沫回轉鉆進，由于泡沫液流上升的速度緩慢，一般孔口無噴出現象。對于泡沫沖擊回轉鉆進，由于空氣的流量大（約為回轉的22.5倍），故在回次鉆

44、進中，夾帶巖粉的氣液混合物會突然噴出。為此需采用密封裝置，其主要防止鉆進時泡沫從孔口噴出，并且將泡沫引入到消泡器中，要求在提鉆時又能及時打開，故可采用半開合式的密封裝置。目前所使用的多數都是轉盤式的，由于結構和工藝的限制，這些密封裝置的使用壽命都不長。另外，在進行泡沫鉆進時，對鉆具的密封性也有一定的要求，在正常鉆進時所使用的鉆具不應產生泄漏，否則應采取密封措施。泡沫增壓裝置 泡沫發生器只適用于淺孔且壓力不大的情況，而在深孔鉆進或孔內有比較大的涌水時，將會使泡沫的循環壓力變得很大，此時就必須使用專門的增壓型的泡沫增壓泵。增壓型泡沫增壓泵按其結構的不同有兩種類型：其一是泡沫注入泵與泡沫發生器為一個

45、整體。這種泡沫增壓裝置的整體性強，但需專門進行制造，使其成本增加很多，故在施工現場使用得不多；另一種是泡沫鉆進中應用得最多的結合型泡沫增壓泵，它是利用現有水泵改裝，由三個缸套形式做成的壓縮腔室組成。缸套被垂直地安裝在水泵的三個壓送端，每一壓縮腔室都有單獨的閥組每一壓縮腔所產生的泡沫均注入到泡濃穩壓罐中，經穩壓后再注入鉆孔中。孔內泡沫鉆具該套鉆具包括鉆桿柱單向閥、泡沫潛孔錘（沖擊回轉鉆進時使用）、泡沫鉆頭等。鉆桿柱單向閥在加接鉆具時，可保持鉆柱密封，以免鉆桿柱內高壓泡沫噴出，保持混合物的壓力，并可在循環停止時防止鉆桿內孔被巖粉堵塞。一般鉆桿柱中都采用兩個單向閥，一個裝在主動鉆桿下面，另一個裝在鉆

46、頭上面。第四節 消泡技術與安全技術在地質勘探鉆進、石油鉆井及水文水井鉆井工作中,會遇到各種各樣的地層。為適應各種情況下的鉆井工作,鉆井沖洗介質的類型不斷增多。但是鉆進過程中產生的泡沫如不及時清除,會造成施工現場泡沫的大量堆積,嚴重時會埋沒鉆機,不能正常生產。因此,如何在施工現場及時消除泡沫,就成了泡沫鉆進工藝過程中必須關注的問題。 消泡方法消泡的方法很多，按原理可分為物理消泡法、化學消泡法、機械消泡法和自然消泡法等。一、物理消泡法物理消泡法就是利用改變泡沫的粘度或其它物性的方法從而使泡沫破裂，常用的方法有熱力法、真空法、聲波法和低溫電力法等。二、化學消泡法化學消泡法是利用化學消泡劑與泡沫劑發生

47、化學反應而使泡沫破裂，達到消泡的目的。化學消泡是一種有效的方法，但由于消泡劑消耗量大從而提高了工作成本。此外，化學消泡會造成泡沫劑的污染，降低了泡沫劑的發泡能力，因而使泡沫劑不能重復利用。三、機械消泡法機械消泡法是利用壓力的急劇變化如剪切力、壓縮力和沖擊力等將泡沫消除。按其對泡沫的作用的特點不同分為離心法、水動力法、氣動法和氣壓法。離心法在泡沫鉆進中經常采用。離心法是采用高速旋轉的離心葉片裝置來破除泡沫或與不動面相撞擊來擊碎泡沫的；液動法和氣動法是用壓力作用下的液流或氣流來消除泡沫的；氣壓流法是靠壓力的變化來消泡的。四、自然消泡法自然消泡法是利用泡沫間液膜的液體沿著產生Plateau界面滲出、

48、氣泡間的氣體擴散和一些單個氣泡薄膜破裂所造成的。脫水收縮是泡沫破除的基本過程，它是在重力作用下進行的，這一作用過程的結果是使泡沫的薄膜逐漸變薄進而造成泡沫的破裂而實現消泡的。上述四種消泡方法中，除化學消泡及物理消泡外。其他消泡方法的最大優點在于泡沫液可以回收重復利用，有利于降低成本，在實際工作中可根據具體情況選樣使用。 機械消泡裝置機械消泡技術中應用較多的是噴射法消泡裝置。這種消泡裝置結構簡單，消泡效率高，不需要熟練技術人員操作。常用的噴射消泡裝置有兩種類型：一、鈾流式噴射器它與噴射式反循環的工作原理相同，即借助高速氣流所形成的射流帶動泡沫一起流動，經承噴器、喉管及擴散器形成負壓來實現消泡。二

49、、縫隙式噴射器其工作原理是：當平直的空氣流沿曲面流動時，在靠近曲面的附近會產生負壓，導致流體對曲面產生附壁效應。隨著流體的流動和周圍空氣的混入，負壓下降，在離開出口一定距離處就降低到零值，泡沫也就在此負壓作用下實現消泡。泡沫鉆進中的安全技術問題泡沫鉆進中經常遇到的安全技術問題有以下幾個方面。(1)承壓設備、管路、儀表等突然爆裂，造成人身傷害及財產和設備的損失；(2)由于現場人員誤操作造成的意外傷害事故；(3)采用間歇式泡沫注入工藝時，易造成大量巖屑粉塵外送，使施工人員易患呼吸道病或皮膚病。(4)泡沫鉆進所用的絕大多數泡沫劑都有微毒性。陰離子型泡沫劑常會引起皮炎和皮膚過敏。 (5)泡沫鉆進用的泡

50、沫劑水溶液中含有大量的離子和一定量的空氣，會對設備和機機具產生比較強的腐蝕 泡沫鉆進中的安全技術措施為充分發揮泡沫鉆進的優越性，減少事故，實現安全泡沫鉆進，必須做到以下幾點。(1)用于泡沫鉆進的主要設備和專用輔助設備應按照安全規程的規定進行布置和固定。明確標出使用泡沫鉆進的孔段，并在孔口安裝密封裝置，以防泡沫流入井場。(2)空壓機的冷卻系統必須遠離輸電線路，空壓機的安裝位置應遠離井場，以減輕噪音影響。(3)合理布置壓氣管道和泡沫輸送管道，以便安裝、維護與檢查工作的順利進行。(4)當壓氣管道中存在剩余壓力時，禁止進行泡沫壓送設備的拆卸、壓氣管路的維修、鉆具加接和擰開密封塞等工作。（5)每次下鉆具

51、之前，應檢查鉆桿柱內的止逆閥是否完好。提升鉆具之前，應設法釋放鉆具內的壓力。(6)必須在正氣管路上安裝安全閥，以便當壓力超過工作壓力25時可自動釋放壓力。(7)泡沫鉆進中應采用無毒的泡沫劑，泡沫鉆進施工人員應配備涂有橡膠的手套、口罩等安全防護用品。當泡沫液濺入眼內時，應采用0.2的硼酸進行沖洗。(8)應在易被泡沫浸濕的設備及機具上涂抹油脂，以防止泡沫劑對設備和機具的腐蝕。第四章 泡沫鉆進工藝及關鍵技術分析第一節：泡沫鉆進參數泡沫溶液的濃度、氣液比和泡沫質量一、泡沫溶液的濃度泡沫劑的臨界膠束濃度都比較小(為0.02%0.025%)，在臨界膠束濃度下是不能滿足正常的泡沫鉆進需要的。泡沫鉆進過程中，

52、由于巖屑、孔壁和鉆具等對泡沫劑的吸附作用，實際使用的泡沫劑的濃度要比臨界膠束濃度大得多。在一般的情況下，泡沫劑的濃度多在0.30.4。在此基礎上，考慮巖石的性質、孔內的含水量、孔深等情況，適當地增加濃度，但最大濃度最好不要超過1.5。深孔時且孔內的含水量比較大時，為了提高泡沫的攜屑能力，可適當加入穩泡劑。此外，泡沫劑的質量也是影響泡抹劑濃度的一個重要因素，泡沫劑的質量好時，其濃度可以小些；質量差時，應適當增加泡沫劑的濃度。二、泡沫氣液比的控制氣液比在泡沫鉆進中是一個很重要的參數。它不僅影響鉆進效率，也影響到鉆頭的正常工作和使用壽命。通常條件下，氣液比在（200100）：1之間能夠形成穩定的連續

53、泡沫。在實際工作中，應根據地層情況而有所改變：在大裂隙、弱膠結的地層中鉆進、其氣液比應為(150100)：1，而在弱裂隙致密的巖層中，氣液比宜在(50100)：1，在涌水的地層中鉆進，為了降低管線的壓力，提高攜液能力，泡沫的氣液比宜在(5070)：1之間。過大的氣液比可能會造成燒鉆事故，特別是在金剛石鉆進中。三、泡沫質量的控制泡沫質量的控制實際上就是對泡沫氣液比的控制。目前還沒有能效控制泡沫氣液比的儀器，在生產實踐中應用得最多的還是通過仔細觀察返出泡沫的形態，進而調整控制泡沫的氣液比。當返出的泡沫大小均勾，顏色也比較白，在孔口沒有氣體逸出時，泡沫的氣液比就比較合適；若泡沫不均勻且氣泡也比較大，

54、孔口有氣體逸出時，說明氣液比過大，應降低送氣量或適當增加泡沫液的灌注量；當返出的泡沫濕度比較大，且返出速度也比較慢時，說明氣油比過小，此時應增加送氣量泡沫鉆進的空氣量、泡沫灌注量的確定泡沫的上返速度主要取決于空氣量的大小。泡沫的最低上返速度可用下式進行計算 (41)式中：巖屑的密度，kg/m 巖屑的顆粒直徑，mm； 泡沫的充氣度。假設，=，泡沫的上返速度為/s。據此可計算空氣量的大小。 解： = =/s /s=/s泡沫的灌注量是以鉆進時所需的氣液比來調節的。為滿足不同地層的需要，泡沫泵的排量檔級范圍應取大些，這樣可以滿足大多數地層和不同口徑泡沫鉆進的需要。泡沫的攜屑能力與泡沫的靜切力和穩定性有

55、關，泡沫的靜切力與泡沫的穩定性的大小與巖屑顆粒的大小也有關。通常，泡沫的靜切力和泡沫的穩定性隨所含巖屑的量的增加而增大。當巖屑在泡沫中的含量占泡沫中液相質量的0.10%0.15%時，泡沫的靜切力和穩定性最大(圖41)。但泡沫中的巖屑含量不能過大，因為泡沫的含屑量增加，泡沫的循環阻力也會越大。 圖41 泡沫靜切力、泡沫穩定性與含屑量的關系圖泡沫洗井時的注入壓力泡沫鉆進時由于一些參數(如泡沫沿管路運動時的阻力系數、泡沫中氣體含量或充氣度、泡沫的流變參數等)難以確定，在確定泡沫灌注壓力時，只能忽略某些因素而得到簡化公式。在鉆孔循環系統正常鉆進的條件下，由伯努利方程得到目前常用的泡沫注入壓力的計算公式

56、為： (42)式中：； ； ； 管路末端的壓力，MPa； 、泡沫下降流和上升流的運動阻力系數； 、液體、氣體的質量消耗，kg； 混合氣體的標準常數，R為氣體常數； T鉆孔循環系統的平均絕對溫度，K； 斜體鉆桿內徑，mm； 環狀空間的等效直徑，mm； 、流體通過的通道橫截面積，； g重力加速度，； H鉆孔深度，m。按式42計算的輸人壓力和實測的輸入壓力相比，若兩者相差不超過20時，則可以用于預測泡沫鉆進中的泡沫灌注壓力值。在進行金剛石泡沫鉆進時，金剛石鉆頭的水口數比采用傳統沖洗液時多一倍，水口的高度也要適當降低。這主要是因為泡沫流體的熱容量比傳統沖洗液的熱容量小得多。同時，鉆進時的轉速最好不要超

57、過800rmin。、泡沫鉆進的鉆壓、轉速參數泡沫鉆進中鉆壓、轉速如何確定，關系到鉆進能否正常進行，也影響到鉆探效率。在具體確定時受多方面因素的影響，例如鉆頭的類型、泡沫液灌注量、氣液比、地層的情況等。表41為地層條件一樣的4個鉆孔試驗時所采用的鉆壓和轉速及相關指標的情況表。表41 試驗孔所采取的鉆壓、轉速和相關指標孔號鉆壓/KN轉速/（r/min）平均機械轉速/（m/h）臺月效率/（m/臺月）孔徑/mm04362755007602338275375760122755000.8.56044143850061076根據生產試驗結果及小口徑金剛石的鉆進規程，泡沫鉆進時，鉆壓可控制在10kN左右，轉速

58、可控制農500 rmin左右。第二節：泡沫鉆進孔內流動參數的計算鉆井泡沫在鉆孔內流動時，其沿程壓力、泡沫體積、流速和粘度等參數之間存在著直接的相互關系。在井底，這些參數對除鉆渣、保護井壁、冷卻鉆頭及潤滑減阻等均有較大影響。泡沫的流動速度與壓力、密度、粘度之間的關系如何從理論上給予科學的分析推導，尚無令人滿意的結論。因而，無論是采用室內試驗、現場觀測還是近似公式均不能從流動的本質機理上確切地說明問題，由這些方法估算或推測出的結果，其普遍可靠性有待探究。因此有必要從解析機理上給予更深入的分析，研究得出確定鉆井泡沫流動參數所依托的基本理論模型，并用數值計算方法模擬出具體的流動參數值。分析計算的設定條

59、件1.泡沫是氣液兩相流體，正常鉆進中，泡沫流動屬泡狀流動范疇中的密空隙、薄液膜狀流動，即液膜裹夾著氣泡運動，因此將泡沫液的氣液兩相流速視為一整體流速。2.氣泡體積變化大，而液膜強度有限，因而泡沫在流動過程中，在時間及空間上都存在著氣泡頻繁的變大變小乃至聚合或破裂，是一種典型的隨機狀況。對此，采用時均化處理。3.為能重點分析出壓力與泡沫流動參數的關系，假定溫度為常數。4.以泡沫正循環鉆進時鉆桿與孔壁之間環空中的上返泡沫流動參數為對象研究和說明問題。泡沫流動參數解析模型的建立由于泡沫具有較大的可壓縮性，其壓縮程度直接受壓力控制，而循環流動時，沿孔深不同壓力也不同，致使泡沫的密度、流速和粘度等隨孔深

60、而發生變化；反過來，密度、流速和粘度這些參數又恰恰決定了沿程阻力損失，即決定了壓力的變化。因此，泡沫流動參數之間的關系是一種相互制約的復雜函數關系。比較氣液兩相的可壓縮性，液體可視為不可壓縮相，氣體則為高壓縮相。當鉆孔某深度處的泡沫處于一定壓力時，根據氣體狀態方程可得任意壓力（對應任意孔深）處的氣體體積為： （43）式中： 常壓下氣相體積；鉆孔孔口常壓。依此可得任意壓力（對應于任意孔深）處的氣體為：體積流量Q為： （44）式中：Q孔口常壓下的氣體體積流量。而液體不可壓縮， 所以孔內任意深度處的液體流速、液體流量（式中、分別是孔口常壓下的液體流速和流量）。將氣泡和液膜的流速和流量疊加，得任意孔深