绳索取心钻进技术讲座

一、绳索取心钻具1．绳索取心钻进对钻具的技术要求：绳索取心钻进必须具有既能取心又能在钻杆内升降内管，所以绳索取心钻具和普通金刚石小口径钻具不同，它除了能够实现单动和卡取容纳岩心外，还必须完成下列主要动作。（1）内岩心管能从钻杆内下到外岩心管中的预定位置并悬空单动，防止钻讲过程中内岩心管向上串     

深孔复杂地层绳索取心钻具优化设计思路

采用绳索取心钻进技术在深孔复杂地层钻进时,易出现内管钻具打捞失败、岩心卡断失效及岩心易冲蚀等问题。本文从实际问题出发,结合国内外绳索取心钻具的发展现状,给出了钻具结构的优化设计思路,包括岩心管涂层减阻及振动解堵、弹卡机构防顶死设计、增加卡簧与岩心之间摩擦力、增大钻具内部过流面积、改变钻头处冲洗液流向等,以进一步提高绳索取心钻具在深孔中的钻进效率。     

国内外绳索取心钻具研发应用概况及特深孔钻进问题分析

随着钻孔深度的不断增加，对绳索取心钻具的使用性能提出了更高要求。在分析了国内外绳索取心钻具研发现状、结构设计特点及特深孔应用情况的基础上，整理了特深孔钻进绳索取心钻具使用存在的技术问题，定位机构打捞可靠性、到位报信提示可靠性、堵心报信机构工作稳定性、单动机构使用寿命均有待提高，并相应地分析了原因，为5000 m特深孔绳索取心钻具优化设计打好基础。     

双管双动内钻头超前硬质合金钻具在复杂地层中的应用

金刚石绳索取心钻进技术的优点之一,是岩心采取率高、施工质量好。但是,在赤峰杜家地矿区钻探中,采用普通双管和绳索取心钻具,却常常取不上岩心来。为此,我们设计了φ75双管双动内钻头超前硬质合金钻具,通过生产实践,基本上解决了复杂地层的取心问题。钻具结构原理钻具结构原理如附图所示,它由双管接手、接手内设的反水泄压球阀、外岩心管及外钻头、内岩心管及内钻头等组成。其工作原理是,轴心压力通过双管接手传递到内、外管,再由内、外管传递到内、外钻头;回转也是通过双管接手传动内、外管及内、外钻头回转钻进。冲洗液通过双管接手之通水     

复杂地层用绳索取心钻具的研制

常规绳索取心钻具在复杂地层钻进时，岩矿心采取率会降低的原因主要有2个：一是钻具防水性能差，遇到松散软的地层时，岩心没有进入岩心管时就被冲洗液冲蚀掉了；二是钻具防岩心脱落性能不好，遇到硬脆碎地层时，虽然岩心能够进入岩心管，但卡簧对破碎的岩心卡固不牢，很容易脱落。复杂地层用绳索取心钻具是以解决这两大问题而设计的，并使绳索取心钻进的优越性得到充分的发挥。     

φ56毫米内管超前式双动绳索取心钻具

随着绳索取心钻进方法的发展和推广，复杂地层钻进及岩矿心的采取成为急待解决的问题之一。目前的普通绳索取心钻具从性质上说属单动双管钻具。尽管它具有对不同地层有较宽的适用范围和提取岩心方便等特点，但用一类钻具去取结构性质不同的各种岩矿心很明显是不合理的，实践也证明是不能奏效的。     

FDS-P型绳索取心钻具研制及试验研究

针对复杂地层绳索取心钻进时易出现的内管总成打捞失败问题,开展了FDS-P型绳索取心钻具研制。基于内管总成打捞失败原因分析,完成了FDS-P型绳索取心钻具设计,通过室内试验,初步验证了钻具结构设计的合理性。为进一步验证钻具性能,在贵州页岩气井开展了野外生产试验,先后完成16个回次取心钻进,累计进尺39.03 m,岩心采取率达到98%以上,其中有6个回次发生堵心,内管打捞全部成功,内管到位及堵心均得到了及时提示。实际应用结果表明,FDS-P型绳索取心钻具结构设计合理,具有良好的到位及堵心报信提示作用,内管总成打捞可靠性得到显著提升,有效提高了易堵心地层钻进效率及岩心采取质量。     

国外深孔绳索取芯钻进技术进展

绳索取芯钻进在世界各国岩心钻探工作中已广泛使用。绳索取心钻具的结构也日臻完善，如岩心遇堵信号装置，内岩心管到位信号装置，多次使用内管安全打捞装置，铰链式轴销矛头等等。但是，绳索取心技术在深孔钻进实践中正面临着一些新的问题。现就国外有关这方面的技术进展简述于下。（一）随着绳索取心钻具在深孔钻进中的应用，如何减少升降内岩心管所花费的时间，就成了突出的问题。结何解决这一矛盾，一些钻探公司对绳索取心钻具的结构或其辅助设备的性能作了一些改进。     

地浸砂岩型铀矿钻探现状及提高钻探效率的技术措施

针对目前地浸砂岩铀矿钻探施工现状,本文从工艺技术与装备等多方面提出了一系列提高钻探效率的改进措施。主要包括：实行地表退心平行作业、采用低固相聚合物泥浆、优化钻头钻具组合、松散地层应用单动双管和大口径绳索取心钻进技术、开展无岩心钻进技术等。另外,开发自动化数字化的砂岩铀矿钻探设备,以大力提升行业钻探水平。     

JS75S—A型绳索取心钻具和JS75D打捞器简介

对现有各类型绳索取心钻具的功能、结构逐项进行深入分析和比较的基础上，我厂设计了JS75S-A、JS75D新型的绳索取心双管钻具和打捞器。该钻具经过4千米的生产试验（在煤系地层中钻进近2千米），取得了令人满意的效果。尤其是在提高钻具的打捞成功率、岩心采取率、提高到位报信和岩心堵塞报信机构工作的可靠性方面效果显著，受到了钻探工人的好评。JS75-A型钻具和JS75D打捞器的主要部位结构特点分述如下：     

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。     

常规取心工具在定向井中应用的可行性分析

通过对岩心收获率影响因素的分析,认为常规取心工具可以在定向井取心中应用,但是岩心收获率要比直井低,并且随井眼弯曲强度的增大而降低。进一步分析并提出提高定向井取心收获率的方法,为定向井取心工具的研制提供了依据;引用国内外已有的钻井文献证明了以上结论。     

气举反循环连续取心工艺探索

气举反循环钻进技术是钻井工程中一种比较成熟的钻进手段,已经得到了广泛应用。但气举反循环连续取心技术仍处在探索研究阶段,前人已经针对这一技术做了原理性探究试验,但尚未进行连续的取心试验,而且现有的双壁钻具也存在无法满足由于上返岩心质量和直径大对其密封性和耐用性的要求。因此有必要进一步开展理论研究、优化钻具设计、进行连续取心试验来探究这一工艺发展前景。通过试验证明大通径双壁钻具设计可靠耐用,成功连续取得岩心。所取岩心及时,无污染,代表性强,能较真实的反映地层层位、深度、颗粒级配,不存在对岩心反复冲刷及重复破碎状况。     

复杂地质条件下钻探卡心与取样技术

从卡取岩心和采集岩屑两种工具方面探讨了复杂地质条件下的取心与取样问题;分析了我国常用的卡心工具在复杂地质条件下存在的问题;着重介绍了俄罗斯的矩形环式、卡板式、卡箍式和卡瓦式4种专用卡心工具和孔底旋流岩屑采集装置,值得我国地质工作者在复杂地质条件下钻探取心和取样借鉴。      

5000米绳索取心绞车设计

在深孔地质岩心钻探中，绳索取心钻进技术对于提高钻探质量和生产效率有极大的优势。在绳索取心钻进中，绳索取心绞车是地质钻探装备中的主要设备，近半个世纪以来，随着绳索取心技术的发展、成熟和广泛应用，取心绞车系统更加安全可靠。本文通过分析国内外现有绳索取心绞车的优缺点，提出了5000 m绳索取心绞车设计方案，设计绞车为分体式结构，由交流变频柜和绞车主体两大部分组成。计算了5000 m绳索取心绞车设计的关键技术参数，绞车总功率为60 kW，配套12 mm钢丝绳，最大可提供50 kN的提升力，光毂提升速度最快可达60 m/min。针对绳索取心绞车提升过程中滚筒钢丝绳常见的垒绳、压绳、咬绳等问题，设计了双折线绳槽。     

Let Me Drill a Coring Hole for You,and I will Return You a Telescope Inserted into the Earth

There was a famous saying by Sage Archimedes over 2,000 years ago that giving him a long enough lever and a fulcrum, he would tilt the entire earth. As an old driller, I propose another non‐famous saying that giving me a chance to drill a coring hole, and I will create a telescope to insert the deepest earth for you. Nowadays, drilling is one of most significant methods to collect samples from the deep earth. Those samples are extremely important for geoscientists to focus on the dynamic evolution of deep earth. Therefore, drilling engineering is thought to be inseparable for the geosciences. Unfortunately, some young geologists, especially students majoring on geology, have no meanings of what the drilling is, and of the importance for their geological researches. In this case, education popularization drilling knowledge should be strengthened in future. And we hope that sufficient attention of drilling engineering will be taken by geologists in the world. Moreover, in order to obtain high‐quality cores by various coring drilling methods. Drilling techniques and special coring tools must be continuously developed to successfully perform with regard to a variety of complex geological conditions. We have developed coring tools these years as follows: Splitted core barrel Triple tube coring drill tool, Advanced tube coring tool, Vacuum suction coring tool, Shock‐type coring tool, Long core barrel coring tool, WL‐drilling system with hydro‐hammer, WL‐drilling system with mud motor. These new coring tools have played a very important role in China's scientific drilling program. All in all, without advanced drilling technology, pickup of high quality samples from the deep Earth and geological research on the dynamic evolution will be restricted.     

松辽盆地页岩油勘探大口径取心技术

大口径取心技术为页岩油勘探提供了准确可靠的岩心地质资料,本文主要介绍了川7-4型、KT-194型大口径常规取心钻具和ZYVC型大口径密闭取心钻具的技术参数以及这3种取心钻具在松页油2井大口径取心中的应用情况,通过对取心钻具、取心钻头、取心钻进参数的调整和改进,机械钻速大幅度提高,岩心质量优良,提高了钻进效率,为页岩油勘探取心提供了丰富经验和技术方法。     

DJ型单动双管取心器的改进与应用

针对传统的单动双管取心器存在的内外管同心度差、轴承容易损坏、没有滤浆沉砂装置、双管间隙容易堵塞、取心效率低等问题,研制出DJ型单动双管取心器。该取心器主要由滤浆沉砂装置、密封单动装置、内管（半合管）调节组件和卡心装置组成,具有同心度高、密封性好、滤液及水路设计合理、取心管长度大、可减少钻进回次、提高取心效率等特点。现场应用表明：该取心器取心效果好,使用寿命是传统取心器的2倍以上。