油气地质调查井钻井技术问题与对策

油气资源调查是中国十三五规划的重要内容之一,2016年中国实施油气地质调查井54口,2017年部署36口,大多采用机械岩心钻探工艺。本文基于油气地质调查井和机械岩心钻探工艺特点,从地层特点、井控、固井、录井、测井、井下复杂情况等方面对油气地质调查井钻井所面临的技术难点进行了总结和分析,并有针对性的提出了解决方案。本文研究成果可为相关管理和作业人员提供技术参考,为油气地质调查井钻井技术攻关和发展提供借鉴。     

山东省地矿局在河北霸州打出华北地热第一井

近几年来，山东省地矿局充分发挥地热勘察施工技术优势，大力开拓地热钻井市场，在地热井钻探施工中取得了重大突破。由该局鲁北地质工程勘察院在河北霸州施工的一眼地热井，钻井深度3440m，日出水量3360m^3，出水温度104℃，成为目前华北地区地热第一井。     

国际深部大陆科学钻探装备研究进展

大陆科学钻探是获取地下实物信息的唯一手段, 具有钻进地层条件复杂、取芯要求特殊、对钻探工具及装备要求高等特点。美国和德国的先进钻探装备代表了国际深部钻探装备的发展方向; 近十年来, 国内深井和超深井钻机研制取得了较快发展; 本文着重分析了美国NOV理想钻机、德国海瑞克TI-350全液压钻机、中国“地壳一号”万米钻机。国际大陆科学钻探装备关键技术包括顶部驱动钻井技术、钻探装备自动化技术、钻探装备信息化技术。顶部驱动钻井技术利用顶驱装置取代孔口转盘驱动钻杆回转, 钻井作业的能力和效率得到显著提高; 钻探装备自动化技术以实现安全、可靠、高效地运移及拧卸钻具为目的, 主要包括自动猫道、自动摆排管装置和自动上卸扣装置; 钻探装备信息化技术是伴随着现代机电液一体化控制技术和随钻测量技术发展起来的, 通过对地面与井下数据的联合分析, 实现数据综合解释和自主钻进。未来深部大陆科学钻探装备的研制应秉承安全、可靠、高效、节能、舒适的设计理念, 以实现自动化、智能化、信息化钻井为发展目标。     

绳索取心工艺在大口径深部钻探中的应用研究

绳索取心工艺具有效率高、取心质量好等优点,所以,在小口径固体矿产钻探工程中已得到推广应用。但是,在沉积地层大口径深孔钻探中应用较少。文中针对绳索取心和石油钻井工艺各自优缺点,提出了增加钻孔和钻具的环空间隙,采用大泵量、高上返速度的石油钻井和绳索取心"二合一"钻探技术思路,结合河南叶舞凹陷盆地2630m盐矿(地热)勘探孔进行了生产性试验,就试验中存在的主要问题进行了分析研究,并提出了具体措施。通过试验证实:绳索取心技术在大口径深部钻探工程应用可行,且具有成本低、安全可靠等优点;同时,增加泵量和环空间隙可以避免岩屑重复破碎,从而可大幅度提高钻探效率。     

北京地区地热井钻探技术

介绍了地热井钻井特点，针对北京市地热井的一般要求，论述了北京地区地热钻探工艺及钻探技术难点。     

钻井泥浆冷却技术发展现状与新型泥浆冷却系统的研究

在中高温地热钻井、深部油气钻井、冻土带钻井及天然气水合物钻井中,钻井泥浆冷却技术是钻井工艺中的关键技术之一。适当的井内循环泥浆温度是钻井作业安全快速进行的保证,根据泥浆冷却冷源获得方式的不同,将钻井泥浆冷却技术分为高温泥浆冷却技术和低温泥浆冷却技术。分别论述了在中高温地热钻井和深部油气钻井中采用的高温泥浆冷却技术,以及在冻土带和天然气水合物钻井中采用的低温泥浆冷却技术,并针对我国在低温泥浆冷却技术领域的现状,介绍了一种新型钻井泥浆冷却系统。     

高温地热钻井的最佳实践

地热开发的关键是地热钻井,高温地热钻井成本高,风险大。2008年,欧盟出版了"增强型地热系统最佳实践手册";2010年,美国桑迪亚国家实验室出版了"地热钻井最佳实践手册"。本文参考这两本手册和世界主要高温地热钻井实践,分析了高温地热钻井的特点及主要潜在问题,介绍了高温地热钻井的成熟钻井技术和一些前瞻性的技术,以及不同地质条件下(火山岩、变质岩和花岗岩)适用的最佳钻井实践,旨在对我国高温地热钻井提供技术参考。     

PDC钻头和螺杆钻具在地热井施工中的应用

地热钻探是地热开发的有效手段,钻探速度的快慢对地热开发利用有很大的影响。本文介绍了PDC钻头、螺杆钻具的工作原理以及在地热钻井施工的应用,采用比较的办法说明应用这两种工艺可提高钻进速度。     

贵州省复杂地层地热深井钻探工艺

贵州省地矿局组织实施了“贵州省地热深井钻探技术攻关”项目,研究了喀斯特地区复杂地层情况下地热深井钻探中螺杆钻井工艺和空气钻井工艺的适应性,攻克了两种工艺在该地区应用受地层特性限制的相关技术难题。螺杆马达平均寿命达到200小时以上,螺杆钻井工艺较常规钻井工艺钻进机械钻速提高2～3倍;空气潜孔锤单井应用深度超过1500m,空气潜孔锤钻井工艺较常规钻井工艺机械钻速提高10～29.5倍。同时研究了单井多工艺转换接力钻进技术,以及与上述工艺配套使用的钻井液体系。最终形成了一套适合贵州省地质条件地热深井钻探施工并能显著提高钻井效率和经济效益的组合工艺技术体系。该成果能将1口2000m以上地热深井施工周期由原来的8~12个月缩短至4~6个月,将单井平均施工成本由450万元降低至410万元以下。     

汶川地震断裂带科学钻探项目深孔取心钻探设备的研制与应用

深孔取心钻探设备是为满足汶川地震断裂带科学钻探项目（WFSD）3000m深部取心钻探需要而自主研制的我国首套科学钻探专用设备,包括KZ3000型全液压钻机以及深部钻探配套用高压泥浆泵和钻杆钻具等。该套设备集全液压、高速顶驱、大口径、深部取心于一身,具有综合能力强、工艺适应性广、操控智能程度高等特点,在WFSD-2孔深部取心钻探中,各项功能满足设计要求,应用情况良好。该套设备作为我国深部钻探装备的阶段性创新成果,在科学钻探、深部找矿和浅层油气钻采中,具有一定的推广价值。     

借助于钻探现场数据库进行最优化钻进

本文提出了利用钻探现场数据库实现优化钻进的方法。该数据库通过钻进监测系统实时采集钻进参数,手工输入地层情况、钻进成本等在钻探过程中发生的其它数据,使钻进参数与地层情况及钻进成本联系起来,从而较容易地实现最优化钻进,特别是最小成本钻进。      

大洋钻探重入钻孔技术与系统发展应用

通过对美国“格罗玛·挑战者号”、“乔迪斯·决心号”以及日本“地球号”大洋钻探船搭载的重入钻孔系统进行调研,介绍了大洋钻探重入钻孔技术现状、系统组成、工艺流程与应用。经过了大量实践验证的“挑战者号”和“决心号”上的重入钻孔系统和采用的重入方法是成熟可靠的,可为我国大洋钻探船的建造提供经验和借鉴。     

高温水基钻井液研究及应用进展

向地球深部进军是我国必须要解决的战略性科技问题,深部钻探是精准探测地球深部的直接手段。随着探测地球深度的增加,深部钻探工程面临着更加复杂的高温高压钻进环境,对高温钻井液的性能提出了更高的要求。近年来,高温钻井液取得了快速发展,国外的高温钻井液抗温能力已超过260℃,而国内高温钻井液技术也在加速发展,目前仍以“三磺”、“聚磺”体系为主,抗高温能力在240℃左右。本文在对比国内外高温水基钻井液进展的基础上,分析总结了国内外主流高温处理剂及高温水基钻井液的种类、功能与工程应用情况,探讨了其在工程应用中存在的问题以及未来的技术发展方向等。提出了未来国内深部钻探高温钻井液面临的关键问题及优先发展方向,主要有研制与优化耐260℃以上高温的处理剂与钻井液体系、开发配套耐高温仪器与系统、控制经济成本以及保护生态环境等方面,将为我国未来实施的万米深地钻探工程奠定技术基础。     

地质钻探垂钻定向纠偏控制的工程实现与实验分析

理论提出的纠偏方法需反复进行实验验证方可应用于实际工程,然而垂钻纠偏控制过程复杂,操作难度大,所需时间长、资金庞大,直接将所提方法放置现场调试是不可取的,而仅采用计算机仿真对算法进行验证也有一定局限性,因此发展和研究纠偏控制工程实现方法十分必要。本文以地质钻探钻进过程定向纠偏控制的工程实现为导向,首先分析并给出实际纠偏工艺过程以及纠偏控制的特点与目标;然后总结基于模型预测控制的纠偏控制问题与优化目标,结合笔者早期的一些纠偏控制理论研究,分别阐述不同纠偏工况下的纠偏控制方法;其次开发定向纠偏控制系统,用于集成纠偏控制算法,使得算法能够应用于实际工程;最后设计纠偏控制实验,以验证纠偏控制算法的工程适用性。实验表明,所提纠偏控制方法能够有效应用于实际纠偏过程,并应对和完成多种纠偏任务。     

套管、潜孔锤复合性钻进工艺在河床卵砾石层中的应用

在卵砾石层中钻进,采用常规钻进方法效果欠佳。本文介绍的采用套管钻进和潜孔锤钻进相结合的复合性钻进工艺,有效地解决了在卵砾石层中钻进的难题。     

绳索取心钻进中顶漏钻进工艺实践

2020年,宁夏地质矿产勘查院在宁夏中宁县烟洞山地区实施了50个石灰岩勘查钻孔。由于该矿区灰岩地层裂隙发育,普遍存在严重漏失现象,绝大多数钻孔出现冲洗液失返性漏失,施工初期,发生了2起烧钻事故,钻探成本居高不下。为了完成钻探施工任务和节约成本,项目组从钻孔结构、钻头选型、钻进参数及泵量优化入手,摸索出一套绳索取心钻进中的顶漏钻进施工工艺,采用清水代替冲洗液,同时严格控制各项钻进技术参数,顺利完成了全部钻探施工任务,平均台月效率883 m,平均岩心采取率98%,有效提高了施工效率,降低了钻探成本,为地方发展提供了有力资源保障。     

回转钻进随钻测斜仪的研制及应用

针对煤矿井下常规钻机回转钻进没有随钻轨迹测量装备的现状,研制了钻孔随钻测斜仪。该仪器主要由孔口显示控制器和轨迹记录探管两部分组成,可用于煤矿井下常规钻机回转钻进钻孔的轨迹测量,亦可测量钻孔的倾角、方位角和工具面向角等姿态参数,孔口显示控制器同步工作并记录钻孔的深度和测量时间。最终结果可通过数据处理软件计算和处理原始数据并在井下以数字和图形的方式显示出来,满足了煤矿井下常规钻机的回转钻进随钻测量需求。      

科学深钻DPI-1智能化多功能钻参仪的研制与应用研究

在科学钻探中,智能化钻参仪被称为“钻井工程的眼睛”。根据深部钻探项目需要,研制了一套DPI-1智能化多功能钻参仪系统,它能检测多路关键钻进参数,自动生成电子班报表,建立数据库管理系统,完成数据近程基地无线传输和远程网络传输。科学钻探现场试验证明,该系统安装简便、测试精度高、稳定性好、实用性强,可广泛适用于配套转盘钻机、立轴钻机、全液压钻机等不同类型钻机。     

定向钻进技术与装备在穿层定向长钻孔中的应用

针对硫磺沟煤矿工作面常规施工单孔深度不足、有效孔段短、钻进施工效率低、钻孔孔径小等诸多问题,提出采用窄体式ZDY4000LD（C）型履带钻机、第二代随钻测量系统（YHD2-1000（A）型）等附属定向设备进行穿层定向长钻孔成孔技术,以提高钻孔成孔精度、钻孔深度,增大钻孔孔径等参数,减小煤层因受采动影响,导致工作面瓦斯涌出量增大的问题。现场试验施工了4个大直径穿层定向长钻孔,孔深300 m以上钻孔成孔率达到100%,孔深最深399 m,最大钻孔孔径193 mm,钻进总进尺1581 m,平均孔深395.25 m,钻孔抽采效率显著增加。其中3号钻孔最大抽采混合流量8.3 m³/min,最大抽采纯量1.6 m³/min,瓦斯抽采浓度51%,瓦斯抽采效果显著。     

锡矿山复杂地层小口径取心深孔钻探施工方法

针对冷水江市锡矿山谭家冲矿区ZK2401钻孔复杂地层,把单个钻孔的钻探施工作为一个系统工程来实施,对可控制部分进行合理有效的控制,做到有备而动并提高钻孔的成孔率。从前期调查、钻孔结构设计及钻探设备选择、钻孔工程设计和实际施工情况4个方面总结钻探施工方法,确保在矿区复杂地层小口径深孔钻探施工的顺利进行,其经验可供同行参考。