定向钻井技术引领 聚焦深地深海探测——勘探技术所“十三五”科技创新回顾及“十四五”业务展望

全面总结了中国地质科学院勘探技术研究所“十三五”期间在定向钻井技术及仪器、深部钻探技术与装备、海洋钻探技术与装备等方面取得的重要成果,主要包括：创新突破定向水平井钻井及中靶技术,助力海域天然气水合物第二轮试采实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的重大跨越;牵头实施完成“松科2井”重大科学钻探工程,实现了理论、技术、工程、装备的重大突破;成功研发了首套国产深海井口吸力锚,解决了深海浅软地层井口支撑力不足的难题。同时,分析了目前存在的问题,并结合当前所面临的挑战,对“十四五”期间的业务发展进行了展望。     

合浦珠母贝基质蛋白KRMP-3对二价金属离子选择性的研究

用大肠杆菌表达含有GST标签的基质蛋白KRMP-3。利用圆二色谱(Circular Dichroism, CD)研究不同浓度钙离子和镁离子对基质蛋白 KRMP-3二级结构的影响。结果表明,钙离子对其二级结构的变化远大于镁离子;同时,采用荧光淬灭法研究 KRMP-3对钙,镁,锶,钡等二价金属离子的选择性,结果表明, KRMP-3对钙离子有特异性选择性,钙离子与KRMP-3的结合常数K约为103 L/mol,结合位点数 n 近似为1,表明 KRMP-3与钙离子的结合能力适中,推测基质蛋白 KRMP-3对合浦珠母贝( Pinctada fucata)棱柱层形成起到促进作用。     

膨润土-砂的膨胀特性与蒙脱石质量比率

在高放废物(HLW)地质处置的工程屏障体系中,使用以膨润土为主料的混合型缓冲回填材料,是阻截放射性核素向地下水环境迁移的最主要的包封设施。膨润土中添加一定量的石英砂,既能优化回填设计与施工性能,又能满足对放射性核素的有效拦截。本文综合分析了初始含水量、干密度、膨润土含量、压力等对压实膨润土-砂混合物膨胀性能指标的影响,提出"蒙脱石的质量比率"这一指标,将干密度和膨润土含量归一为蒙脱石质量比率指标,得出混合材料膨胀力随蒙脱石质量比率增长呈指数增长的规律,从而可以实现对膨胀力的定量预测。     

煤层气调查评价钻探保压取心钻具设计与试制

目前煤层气勘探取样常采用普通的绳索打捞取心钻具获取样品,并通过获取的样品解析结果来评价目标层的储气量。在取样过程和煤心转移过程中,随着外界压力的降低,加快了煤心中煤层气的逸散,从而无法准确评价目标地层的储气量。针对这一问题,项目组研制了煤层气保压取心钻具,在获取煤心的过程中,保压筒始终保持取样处的压力,并且保压筒可直接与解析设备连接,避免常规取样过程中煤层气的逸散,提高解析数据的准确性,从而为煤层气储量评价提供精确的依据。通过取心钻具的结构设计、保压筒的耐压设计、加工试制和保压测试表明,保压取心钻具取心直径为85mm,最大耐压能力为20Mpa,保压两个小时压力损失不超过最大耐压值的7%,达到了设计和使用要求。     

GM(1,1)气候预测系统的降水预测检验

选用华南区域15个代表站的降水历史资料,建立GM(1,1)气候预测系统,使用国家气象局统一的短期气候预测评分方法,对该系统的年、季、月雨量进行预测及检验。结果表明,近6年各月的月雨量预测总平均评分为69.4,且各年平均评分基本稳定,近4年月雨量预测评分均在70分以上,接近主观预测水平,同时对月雨量极值有较好的预测能力。近10年的年、季雨量预测评分分别为82.4和70.1,近3年的季雨量预测评分在70分以上,近4年的年雨量预测评分在90分以上,接近主观预测水平。因此GM(1,1)气候预测系统对华南区域降水的短期气候预测具有较好的参考意义。     

复杂地层取心钻进堵心原因分析及其预防措施

复杂地层取心钻进时极易发生堵心,严重影响回次进尺长度及取心钻进效率。本文对复杂地层钻进时易出现的堵心问题进行了分析和整理,总结了易堵心地层特征,开展了堵心原因分析,在此基础上,从取心钻头、取心钻具、冲洗液性能及取心钻进工艺方面给出了堵心预防措施。     

连续循环系统在科学超深井中的需求分析

作为“入地”重要手段的科学深井、超深井工程是研究深部地质学的重要方法,被誉为“伸入地壳的望远镜”。科学超深井井内超高温高压成为钻井作业中突出的技术难题之一,其对钻井液、井底动力机具、井下检测仪器、铝合金钻柱提出了极为苛刻的要求,致使工程难度增大、风险提高、工期加长。通过对科学超深井钻井工程特点的总结,分析了钻井液连续循环对井眼稳定性和井底温度的影响,得出了连续循环系统对于科学超深井钻井作业具有较强的技术需求的结论。对我国未来万米科学超深钻计划提供了技术支持。     

冻土区天然气水合物试采对接井冲洗液技术

2015年,在祁连山木里冻土区进行了天然气水合物试采对接井施工。根据木里地区的地层条件,针对孔壁易出现的水化、坍塌、掉块等现象,制定了冲洗液配方,通过合理调整处理剂的用量,达到良好的护壁及润滑效果。使用过程中对密度、粘度、含砂量、失水量等参数进行了监测,并对冲洗液性能作出及时调整。应用结果表明,该冲洗液配方具有良好的综合性能,能够满足冻土区天然气水合物试采井钻探施工要求。