叶舞凹陷ZKX井深部盐层钻井液技术研究

叶舞凹陷ZKX井位于叶县盐田范围内,该钻探的目的是河南叶舞凹陷盐矿的普查,该井设计井深2630 m,在2000～2400 m连续取心,主要钻遇以泥页岩、砂岩、含盐膏层及盐岩为主的沉积岩地层,钻进过程中存在防塌、护心、井壁稳定等方面的问题和难点。针对ZKX井的钻井难点,在钻井液体系优化的基础上,根据不同地层分别采用了防塌钻井液体系、欠饱和盐水钻井液体系和饱和盐水钻井液体系,解决了水敏性泥页岩钻进的防塌及盐岩地层连续取心的钻井液技术难点,探索出了一套适用于盐膏层取心钻进的低成本钻井液技术思路。     

滇西南钾盐调查MK-3大口径超深井绳索取心钻进工艺

滇西南中生代盐盆地钾盐资源调查评价项目MK-3井,设计井深2700 m,全孔取心,岩心直径≮80 mm,一般井段岩心采取率达到80%以上,盐岩段岩心采取率＞95%。工程技术要求高,施工难度大。施工中遇到了地层坍塌、涌水、掉块、盐岩溶蚀等问题,通过采用氯化镁饱和盐水冲洗液,HXY-9B型钻机取心钻进、TSJ-2000型水源钻机扩孔钻进,分级下管隔离等措施,圆满完成了钻探任务。完钻井深2701 m,岩心采取率90%,盐岩段岩心采取率达98.65%,终孔口径127 mm,岩心直径81 mm。经地球物理测井,各项指标都达到了设计要求。刷新了国内CHD127标准绳索取心钻杆P口径钻探深度的记录。     

“科钻一井”钻探施工技术概览

文章介绍了中国第一个硬岩、深孔、连续取心钻探项目——中国大陆科学钻探工程科钻一井的钻探实施情况,涉及该井的钻探技术设计、钻孔结构和套管程序、进行取心钻进、扩孔钻进和纠斜钻进时采用的方法和技术。此外,还介绍了科钻一井的施工过程以及在钻进施工遇到的各种技术难题和采取的解决措施、获得的主要技术经济指标。总的来说,科钻一井施工采用了许多特殊和新型的钻探技术,施工获得了高效、优质和低成本的好效果。     

深部盐岩层绳索取心钻井液技术研究与应用

由于次生应力场的作用以及盐岩易溶于水的特性,深部盐岩层钻进存在岩层蠕动、钻井液易遭受盐钙侵等问题;钻进参数选择不合理易导致盐岩层取心效率低、岩心冲蚀严重。本文以河南省叶舞凹陷ZK3井为例,采用石油钻井与绳索取心相结合的措施,解决了普通固体矿产钻探设备在深部地层取心中效力不足的问题;通过阳离子交换容量测定、矿物组分鉴定、钻井液体系优选及性能测试等试验,确定了针对上部泥岩地层的聚合物钻井液体系,中部含膏泥岩的欠饱和盐水钻井液体系,下部盐岩层取心段的饱和盐水钻井液体系。通过确定合适的钻井液密度与临界环空返速,可以有效控制深部盐岩层蠕变与井壁冲蚀,适度提高排量以成倍提高钻进速度。钻进过程中钻井液性能稳定,体系转换顺利且性能易于调整,为取心任务的顺利完成提供了有力保证。     

Ø215.9 mm四牙轮取心钻头设计与应用

针对硬岩及复杂地层取心钻进效率低、钻头寿命短的问题,依托“深海钻探技术与工程支撑”项目研制了?215.9 mm四牙轮取心钻头。通过合理布置牙轮角度与分布、优化取心结构,有效提高岩心采取率,保证钻头在硬岩中的钻进速度与可靠性。在之前进行了陆地试验和海洋试验并不断优化改进的基础上,本次在内蒙古自治区呼和浩特市清水河县首次进行了实验性的地热勘探取心施工,全段地层均为高研磨性、高硬度花岗岩,取心困难。采用?215.9 mm牙轮取心钻头配合常规的取心钻具,钻进效率达1.2 m/h,岩心采取率为70%~90%,取得了较好的应用效果,为海洋钻探硬岩取心提供了技术保障。     

钻进大口径钻井用的钻机和工具

使用取心和全巷钻进的钻探装置钻进大口径钻井和竖井。取心钻探装置与全巷钻进装置相比,前者的主要优点是,建井时破碎和运输岩石的能量消耗少,在硬岩层中尤其如此。破碎岩石的环圈仅占井底面积的10—30％,而主要岩块做为岩心从钻井内提取。取心钻探装置的岩石破碎工具是钻粒钻头或牙轮钻头。     

大口径硬岩钻探技术在中国大陆科学钻探工程中的应用

阐述了勘探技术研究所大口径牙轮钻头全面钻进技术和金刚石提钻取心、液动锤钻进技术在中国大陆科学钻探工程科钻一井先导孔中的应用。     

地质钻探技术与装备21世纪新进展

21世纪初,我国地质钻探技术处于立轴钻机普遍使用、国产绳索取心钻杆只能满足1000 m以内孔深钻进要求、钻探器具相对落后、硬岩地层钻进效率低、复杂地层取心效果差的落后局面。近10多年来,在多个国家重大科学工程项目、国家科技支撑计划、“863”计划、地质大调查专项等科技项目支持下,通过产学研联合攻关,形成了硬岩深井科学钻探技术体系和2000 m以内地质岩心钻探技术体系,浅层取心（取样）钻探技术、新能源勘探开发钻探技术、地质灾害调查和防治钻探技术、定向钻探技术、基础工程施工钻掘技术等都取得了飞速的发展和进步。本文对21世纪我国地质钻探技术与装备、关键器具新进展进行了阐述,并对经济新常态下的发展方向进行了展望。     

松辽盆地松南油页岩地质调查井绳索取心钻进技术

松辽盆地松南油页岩地层水敏性强,钻探施工过程中极易水化、剥落,甚至垮塌。2018年中国地质调查局在扶余-长春岭矿区布置了8口油页岩地质调查井,岩矿心采取率、终孔直径和岩心直径、孔斜率等的要求均较高。通过采用S95+5绳索取心钻进工艺,对钻孔结构、钻头选型、钻井液、钻进参数进行优化,成功地解决了油页岩地层护壁难问题,并且高质量地达到了工程质量要求。总结了油页岩地层绳索取心钻进关键技术。     

绳索取心钻进工艺在佳县上高寨普查勘探区深孔中的应用

佳县上高寨普查勘探区上部为第四系黄土堆积而成,基岩主要是由黄褐色洛河砂岩以及灰白色泥质砂岩、灰褐色泥岩等构成,岩石硬度比较小,裂隙、破碎情况比较突出,导致钻探施工难度较大。在总结用普通取心钻进时出现的问题基础上,介绍了绳索取心钻进的钻进工艺技术的特点和应用细节。结果表明,采用绳索取心钻进工艺技术,增大了纯钻进时间,降低劳动强度,提高钻进质量和岩、煤心采取率,降低了钻探成本。最后经过测算普通钻进工艺的单位成本为520.53元/m,绳索取心钻进工艺的单位成本为310.16元/m,单位成本降低了40%。对普及绳索取心钻探工艺在煤田中深孔钻进勘探具有重要的指导意义。     

深部岩盐取心钻探技术

利用水井钻机钻探,开展岩盐深孔取心,采用合理钻孔结构和优化钻具组合,并配以适宜的饱和盐水钻井液和取心钻探工艺,成功地实施了连续岩盐取心,收到了良好的效果。结合濮阳岩盐普查项目,介绍了深部岩盐取心钻探技术。     

濮阳3286 m岩盐勘探深井高密度钻井液工艺

濮阳岩盐普查项目ZK0401孔设计孔深3280 m。在该孔钻探取心施工中,结合地层水敏性、地层压力及地温特点,试验采用了耐高温、高密度饱和盐水钻井液,并配以适宜取心钻探工艺,成功地实施了连续岩盐取心,实际终孔孔深3286 m,收到了良好的效果。重点介绍了钻井液体系配方的优选及钻井液工艺技术措施。     

涡轮取芯钻进工艺在干热岩钻井中的应用

我国干热岩勘探刚刚起步。为准确评价干热岩型地热资源的资源量,需要钻获高质量的干热岩岩心,但目前针对高温、高硬度、高研磨工况下的干热岩取芯钻进工艺研究较少,严重制约了干热岩型地热资源的准确评价。为此,自主研发了Φ127 mm涡轮钻具,在福建漳州HDR-1井和青海共和GR1井进行了干热岩钻井取芯应用研究,研究验证了研发的涡轮钻具与KT-140取芯钻具的适配性、涡轮钻具与金刚石取芯钻头的匹配性,揭示了高温和硬岩井况下涡轮钻具工作特性,经受住了孔底236 ℃高温考验,钻获了高质量岩心,取得了涡轮钻具现场测试应用的各项参数;涡轮取芯钻进工艺与常规取芯钻进工艺相比,既充分发挥了涡轮钻具高转速的性能,也发挥了其耐高温、耐研磨、耐高地应力、使用寿命长和现场劳动强度低的特性,干热岩取芯钻速和质量大大提高。该工艺是高温深孔干热岩井下动力回转钻具驱动取芯钻头进行取芯钻进的首次成功尝试,为干热岩涡轮钻具复合取芯钻井技术的进一步科研攻关、现场试验与推广应用提供了宝贵的施工应用经验和借鉴,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

KT178型取心钻具在共和干热岩钻井中的应用

共和干热岩资源富集于花岗岩地层,硬度高,研磨性强,部分层段裂隙发育,取心困难。针对干热岩地层和取心需求特点,研制一套KT178取心钻具,并配套设计了孕镶金刚石取心钻头。该钻具为单动双管取心钻具,可配套井底动力钻具使用,设计中注重对钻具外管、卡簧等关键部件的强度校核。在GH-01井和GH-02井中,经过两轮实验和优化,钻具逐渐成熟,获取了较完整的岩心样本,满足干热岩勘探取心要求,具备了向页岩气、水资源勘察等具有间断取心需求的同类工程推广应用的条件。     

刚果钾盐钻探用钙镁基钻井液研究及应用

在钾盐钻探过程中,采用常规水基钻井液普遍存在孔壁溶蚀扩径、岩心采取率低等问题。而采用油基钻井液虽然可以保证取心质量,但是成本高且环保性能差。因此,研究一种能高质量获取钾盐矿心且成本低的水基钻井液是极为必要的。基于前期钾盐钻探水基钻井液研究成果,针对刚果共和国光卤石型钾盐地层特点及绳索取心钻探要求,本文采用浸泡模拟实验和材料配伍性对比实验研究,攻关了抑制氯化钙、氯化镁和氯化钾溶解技术,研发了一套钙镁基钻井液配方,具体为：30%氯化镁+20%~30%氯化钙+1%锁水抑制剂+2%~3%钠膨润土+1.3%~1.6%接枝淀粉GSTP +0.4%~0.7%增黏剂GTQ+0.4%包被剂GBBJ。该钻井液具有良好的流变性、悬浮携带能力以及抑制光卤石和溢晶石溶解的能力。并且在刚果共和国奎卢省钾盐钻探工程成功应用,解决了以往使用常规水基钻井液出现的地层溶蚀和岩心采取质量差等问题,顺利完成钻探工作量3020余米,盐矿心采取率达98%以上,节约钻井液成本80%以上。钙镁基钻井液在光卤石型钾盐绳索取心钻探工程中的首次应用表明其可以完全替代油基钻井液,在钾盐钻探工程中具有广阔的推广应用前景。     

大直径硬岩环状取芯钻具的试验研究

在分析了国内外大直径基岩孔钻进取芯方法的基础上,提出了一套低能耗、高效率、低造价的大直径硬岩环状取芯钻具,设计制作了样机,并进行了样机试验.试验结果表明:该设计方案、工艺可行,达到了预期设计目标,为大直径硬岩取芯施工提供了一种新的机具.     

针对海底钻机硬岩钻进的绳索取心钻具关键机构优化

为了提高在硬岩钻进的绳索取心钻具工作的可靠性,从提高单动机构的单动性能和悬挂机构的工作可靠性两方面着手,对钻具的单动机构展开结构优化并利用ABAQUS仿真分析手段对悬挂机构进行模拟硬岩拔取仿真分析。结果表明:经改进后的钻具单动机构尺寸合理,结构更为紧凑,有利于钻具总长的缩短,同时提高了对芯轴定心效果以及防海水腐蚀性好的特点,满足海底钻机的使用工况;改进后的悬挂机构能够降低在拔心过程中由于悬挂环和座环塑性变形相互咬合失效所造成的内管总成无法顺利打捞的风险。     

绳索取心钻进在水利水电勘探中存在的问题及解决思路

钻探是水利水电工程勘探中获取地下信息最直接、最重要的手段,钻探质量对水利工程的投资和安全具有极其重大的影响。绳索取心是提高钻探质量十分重要的技术,在国土资源、冶金、煤炭等部门得到了广泛的应用。但是将该技术应用于水利水电工程勘探还存在压水试验、绳索取心钻具不匹配、冲洗液限制等问题。通过对上述问题的分析和研究,提出了解决思路和方法,且在工程实践中取得了良好的效果。特别是研究设计的不提大钻压水试验方法,将压水试验和绳索取心钻进有机地结合在一起,很好地解决了绳索取心钻进难以适应水利水电勘探的关键技术难题。     

绳索取心钻进技术在松散盐岩地层中的应用探讨

地质岩心钻探中,岩心采取率一直是地质找矿、地学科研工作者重点关注的对象,也是岩心钻探重要的考核指标。传统的钻探取心方法在松散、软弱、含盐地层,特别是含易溶盐地层的取心质量不佳;绳索取心钻探在完整地层取心效果较为理想,同时可大大提高劳动生产率、降低劳动强度,而对于松散、软弱地层,其取心难度比起传统钻探有时更为复杂。通过柴达木盆地达布逊干盐湖科学钻探工程,对钻遇的地表层、松散地层如何采取技术方法提高岩心采取率进行了探索和研究。实践证明,通过改善冲洗液性能、改进取心卡簧特性及钻头出水方式3个方面技术措施,可大大提高绳索取心钻进在松散、软弱、弱固结、含盐地层的岩心采取率,由改进前的平均30%提高为平均96%。