松科1井（主井）取心钻进钻井液技术

松科1井是全球第1口陆相白垩纪科学探井,由主井(又称北井)和南井组成,主井164.77~1 792 m井段连续取心。分析了主井取心钻进存在的钻井液技术难点;经过室内钻井液体系优选,根据不同地层分别采用了PAM钻井液体系、DFD-LG-CMC钻井液体系和DFD-NH₄HPAN-SAKH钻井液体系;同时结合钻井液粘度的合理控制技术、降低循环压降的钻井液技术等,先后解决了松散砂层、水敏性泥岩和硬脆性泥岩中的取心钻进技术难题,探索出了一条用低成本钻井液进行类似科学钻探工程的成功之路。     

松科一井(主井)钻探工程技术配套

设计井深1810 m、完钻井径157 mm、需在松辽湖盆穿透一层含油气构造的松科一井(主井)科学钻探工程,采取自制底架提升平台高度安装井口防喷设施、改造TJS-2000E型水井钻机升降系统提高设备起重能力、研制水力出心装置克服加长加重大口径钻具出心困难、引进石油钻井高速离心除泥机控制泥浆固相含量、根据工程条件无附件焊接套管表层固井等配套技术,成功地完成了国家“973计划”项目“白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化”对工程的规定任务,为高质量、低成本实施大陆环境科学钻探工程探索出了一条可行之路。     

基于SPAC法探测松科二井深层地热储水构造

微动探测技术作为一种获取地下地层速度结构和探测隐伏断裂构造的方法, 具有无须人工源、勘测过程便捷、抗干扰能力强的优势, 在城市、村庄浅层勘探中很受青睐。为进一步探索松辽盆地北部深层地热资源潜力, 在黑龙江省安达市南部松科二井及周边, 布设了一条微动探测剖面, 以获取该区嫩江组至坳陷层底部登娄库组地层的横波速度结构。基于空间自相关法(SPAC)从微动信号的垂直分量中提取S波频散曲线, 通过内插、光滑与反演计算, 获得了一条长9 km、探测深度达到地下4000 m的二维S波速度结构剖面。探测结果表明: 研究区地下S波速度总体呈现西高东低的趋势, 在松科二井西侧100 m、东侧2300 m、东侧3700 m处, 深度1400~2800 m范围内存在三个明显的低速异常带, 推测这些位置很可能存在断层或隐伏断裂构造。结合地层分层资料, 在该深度范围内以泉头组和登娄库组为主, 岩性多为砂岩和泥岩互层, 是良好的水热储层。本研究探索了基于空间自相关法的微动探测在识别深层地热储水构造的适用性, 为松辽盆地北部清洁能源调查指明方向。     

松科二井高温高压随钻测温技术的应用研究

松科二井是亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井。松科二井完钻后38 h测井温度为241℃,创造了我国钻井工程最高井温应用记录。松科二井井内参数测试主要采用两种方法,一是综合物探测井,在下套管前进行综合测井;另一种是不影响正常钻进工作,随钻进行井下参数测试。及时掌握井下随钻温度等信息,对高温泥浆性能的调整和动力机具应用起着关键性的支撑作用。本文针对松科二井科学钻探高温难点问题展开系列研究,研制了一种存储式井下高温测试仪器。该仪器经过多轮攻关改进设计,成功应用于松科二井现场,在现场应用的最高随钻测试温度为222℃。     

定向取心技术在松科1井中的应用

介绍了DX101型岩心定向取心钻具的工作原理和性能特点,并就其在松科1井中的现场应用及效果作了总结与分析。     

松辽盆地深部基底地应力状态：来自松科2井地应力实测数据的证据

松辽盆地基底内的地应力状态是地震等地质灾害研究、盆地动力学分析和油气资源开发利用等领域的重要基础数据。岩心非弹性应变恢复法是近年来发展起来的基于钻孔岩心的近原位三维地应力测量方法。本文将岩心非弹性应变恢复法应用于松辽盆地大陆科学钻探松科2井(SK-2)深部地应力测量,获得了松辽盆地基底内近6～7 km的三维地应力状态,结果表明盆地基底内(6 646～6 846 m)为走滑断层应力环境(σ_H>σ_V>σ_h),最大水平主应力方向为近E-W方向。盆地基底内的应力状态与盆地内及周边邻近区域的震源机制解(震源深度7～15 km)所反演的应力环境相吻合。盆地基底处于以E-W向近水平挤压为主导的构造应力场,这种应力状态的形成,可能为西太平洋板块NW向挤压运动背景下,受控于NE-NEE走向的依兰—伊通断裂和敦化—密山断裂右行走滑产生的次级应力场。研究结果对于认识区域构造应力场背景及松辽盆地的形成与演化过程具有重要参考价值。     

松辽盆地松科1井晚白垩世沉积地层有机地球化学研究

松科1井是中国大陆第一口以白垩系陆相地层为主的全取心科学探井。通过取心样品的系统地球化学分析,研究了泥岩有机质丰度、类型、成熟演化及有机质沉积环境在纵向上的变化特征。结果表明:青一段泥岩有机质丰度最高,有机碳一般大于2%,平均为3.21%,发育优质烃源岩,其次在青二、三段、姚家组和嫩江组一、二段中也均发育有机质丰度相对较高的源岩层。纵向上泥岩有机质丰度显示出从高向低的9个韵律性变化,反映了湖相沉积过程中气候与水体环境、生物发育及有机质保存条件的周期性变化。青一段泥岩有机质类型主要为Ⅰ型,较高的甾烷含量反映以藻类输入为主,较高的伽马蜡烷和低的Pr/Ph及甲藻甾烷的存在反映该时期水体具有盐度分层和强还原的沉积环境,可能与海侵有关。青二、三段泥岩有机质类型主要为Ⅰ—Ⅱ型,伽马蜡烷和Pr/Ph等多项指标反映出该时期水体呈现振荡变化,有机质受陆源影响加大。姚家组有机质类型变化大,一部分为Ⅰ—Ⅱ1型,另一部分则Ⅱ2—Ⅲ型,较高丰度的泥岩通常具有较好的有机质类型,多项指标反映出该时期沉积环境波动较大。嫩江组一、二段泥岩主要以Ⅰ型和Ⅱ型为主,4-甲基甾烷的存在反映具有沟鞭藻的贡献,较高的伽马蜡烷和低的Pr/Ph反映水体有盐度分层。有机质成熟度指标反映青二、三段中部泥岩开始进入成熟,源岩开始大量生油的深度在1500m。     

松科二井火石岭组地层岩石物理学特征研究

松辽盆地资源与环境深部钻探工程是针对白垩纪古气候与古环境研究、地球深部资源调查以及基础地质研究等一系列科学问题而实施的科学钻探。松科二井是松辽盆地科学钻探工程的主体钻孔,设计的测井项目齐全,采集了丰富、连续、原位的地球物理测井资料。本文主要利用该孔的测井资料研究深部火石岭组地层岩石物理学特征;结合实验室岩心核磁共振测试结果,分析不同岩性储层的孔隙结构特征。研究表明,火石岭组地层主要发育安山岩、凝灰岩、复成分砾岩和凝灰质泥岩,其中火成岩岩相以爆发相和喷溢相为主,安山岩和复成分砾岩表现为高电阻率、低声波时差特征,凝灰岩为低电阻率、高声波时差特征,凝灰质泥岩电阻率最低;储层整体上具有低孔低渗的特点,但凝灰岩储层小孔和中孔发育,物性相对较好,是较为有利的储层。研究结果为进一步评价松辽盆地深部油气资源和地层结构提供了有力支持。     

中国陆相白垩纪科学钻探松科一井(北井)钻探工程技术配套

松科一井是中国政府"973计划"项目为获取陆相白垩系地质资料,在中国松辽盆地布置的科学钻探工程,由南井和北井两个子工程组成。北井采用水源钻探设备与地质岩心钻探工艺组合,完成了井深1810m的钻探工作,在要求连续取心的1630m井段中,获取直径Φ96mm的岩心1542m,岩心采取率达95%。介绍了北井在钻探工程技术配套上取得的一系列技术成果。     

松辽盆地松科1井晚白垩世沉积时期古湖泊生产力

通过对松科1井不同层位泥岩样品的地球化学分析,利用有机碳法计算古海洋生产力公式定量恢复了白垩纪时期松辽古湖泊生产力,探讨了湖泊演化过程中生物发育、水体环境的变化及生产力与优质烃源岩关系.结果显示:青山口组一段和嫩江组一段时期生产力最高,最大值达到3 000g/(m2·a),生物标志化合物指标反映了该时期以藻类为主要贡献,水体具有盐度分层,湖底为厌氧环境,可能与海侵作用有关,此时湖泊为超富营养或富营养湖,反映出高生产力与湖泊中藻类勃发、水体分层、湖底厌氧等条件有关;青二、三段早期继承了青一段时期湖泊特点,具有相对较高的生产力,为中至富养湖;之后生产力逐渐下降,到晚期时生产力又有增大,为中养湖.姚家组一段沉积时期湖泊生产力平均为365 g/(m2·a),为中养湖;姚家组二、三段沉积早期和晚期时生产力均较低,一般低于100 g/(m2·a),属贫养湖;而在沉积中期生产力有明显增大,为中养湖.生产力、泥岩中生物标志物的变化反映了湖泊在白垩纪沉积时期生物发育、水体环境出现振荡变化.超养湖和富养湖的高生产力是形成优质源岩的基础.     

松辽盆地徐家围子断陷沙河子组顶界面特征研究——基于松辽盆地大陆科学钻探松科2井

为精确划分松辽盆地沙河子组层序地层,限定断陷期沙河子组与营城组地层时代,进而研究断陷期盆地的演化,笔者利用松辽盆地大陆科学钻探松科2井获取的下白垩统地层岩芯资料,从岩芯尺度对沙河子组与营城组界面进行揭示,结合过松科2井地震剖面解释、松科2井及邻井测井响应特征分析和岩芯精细描述,总结出沙河子组顶界面在不同尺度的具体特征:(1)在地震剖面尺度,其表现为明显上超的特征;(2)在测井曲线上,界面附近表现为由下到上自然伽马曲线变化幅度增大,双侧向电阻率曲线由低值变为中高值的特征;(3)岩芯尺度上,表现为细粒沉积的砂泥岩突变为砾岩或火山岩。     

松科一井（主井）取心钻进工艺

松科一井的科学目标之一,是通过厘米级样品的取样与分析,建立全球范围内可对比的、高分辩率的陆相白垩系综合地质剖面,将传统地质学百万年的时间分辨率提高到万年尺度。因此,岩心采取率指标对松科一井的地质研究具有极其重要的意义。根据主井不同地层,研发与选用硬质合金、PDC、孕镶金刚石3类12种结构形式的钻头和2种隔液保形单动双管取心钻具,采用转盘单回转与螺杆马达+转盘复合回转钻进工艺,在长井段复杂地层取心钻进163041 m,获原状砂样采集率8207%、岩心采取率9492%的技术指标。详细介绍了取心钻具结构与钻柱组合、取心作业的难点,及相应的工艺措施与技术效果。     

松科二井邻域沙河子组含油气地层结构特征——基于测井和地震数据的分析

松辽盆地大陆深部科学钻探工程"松科二井"获得了最完整的沙河子组地层岩心,初步识别出深部页岩气气测异常43层,累计厚度102 m,显示出沙河子组地层具有良好的深部能源前景。为进一步分析松辽盆地沙河子组地层油气资源潜力,本文在前人研究的基础上,结合松科二井测井、岩心数据和地震数据,分析松科二井邻域沙河子组地层的层序特征和空间展布,同时以随钻录井记录到的气测异常为出发点,分析沙河子组地层的测井和地震响应。结果显示:松科二井邻域沙河子组地层具有厚度大、横向延续小的地层展布特点,根据测井、岩心及地震数据,将沙河子组地层分为4个三级层序:SQ1、SQ2、SQ3和SQ4,其中顶部SQ4层序具有较好的油气前景,其岩性以泥岩为主,并具有相对较高孔隙度、低波阻抗的测井曲线特征,在地震剖面上表现为连续强振幅,阻抗反演剖面上存在局部低波阻抗特征,揭示了该区沙河子组深层天然气资源的赋存条件。     

松辽盆地白垩系大陆科学钻探松科2井:井底温度、地层压力预测

松辽盆地白垩系大陆科学钻探松科2井设计井深达6 400m,是东亚地区最深的科学探井。松辽盆地地温梯度高,深层孔隙流体压力组成与分布十分复杂,因此准确预测地层温度和压力,对整个钻探工程至关重要。通过对松科2井井区探井测温、试油数据的整理分析,探索目的层地温、地温梯度、地层压力与深度规律,对井底温度进行预测,并对主要目的层地层压力和地层破裂压力进行分段预测。利用深度与地温关系、深度与地温梯度关系和深井对比等方法,综合预测6 400m井底温度为238.83~265.11℃。利用松科2井井区地层压力与深度关系,破裂压力系数平均值和DrillWorks软件计算结果,综合预测营城组、沙河子组、火石岭组-井底地层压力分别为30.54~37.72、33.22~59.52和59.52~67.18 MPa,地层破裂压力分别为52.35~58.62,61.88~105.68和104.57~118.03 MPa。     

松科二井轻烃组分垂向分布特征及其对深部油气的指示

松辽盆地深部油气已成为今后油气战略性接替领域的一个重要方向,松科二井连续取样的6042组103种单体的轻烃组分数据显示,轻烃组分垂向分布特征呈现明显的分段性,整体可划分为6个区段:Ⅰ段(井段470～1000 m)罐顶气峰面积小,出峰个数少,主要以甲烷为主,重烃较低,为浅层低熟油气段。Ⅱ段(井段1000～2800 m)罐顶气峰面积小,出峰个数多;甲烷含量中等,重烃含量普遍较高;有机质类型以Ⅰ型为主,处于成熟阶段,为常规油气段。Ⅲ段(井段2800～3320 m)罐顶气峰面积小,出峰个数较少、零散;甲烷含量整体较高,重烃含量与Ⅳ段相似,表明该段气源可能来源于Ⅳ段。Ⅳ段(井段3320～5940 m)罐顶气峰面积大,集中分布在3400～3800 m和5200～5400 m井段,明显高于Ⅲ段和Ⅴ段;为Ⅲ型烃源岩,处于高成熟—过成熟阶段。Ⅴ段(井段5940～6200 m)罐顶气峰面积、出峰个数低;甲烷和重烃含量较低。Ⅵ段(井段6200～7018 m)出峰个数、罐顶气峰面积低;甲烷含量较高,重烃含量中等,其总体特征与Ⅳ和Ⅴ段不同,推测深部可能存在气源。上述垂向分布特征反映了白垩系、侏罗系和前侏罗系在油气成因类型、成熟度和含气性及其油气来源等具有不同的特征,为松辽盆地深部非常规天然气探索拓展提供了重要依据。     

保形取心技术及其在松科1井中的应用研究

主要介绍了在松科1井南孔中保形取心技术的特点、工艺过程和应用效果，并提出了今后在大庆油田地区应用此技术时应注意的一些问题。     

松科1井嫩江组湖相含铁白云石的准确定名和矿物学特征

通过XRD衍射和电子探针分析,从矿物学命名的角度出发,提出松科1井嫩江组湖相白云岩的主要矿物是白云石和铁白云石之间的过渡类型——含铁白云石,而不是长期认为的铁白云石。矿物学特征表明:精测后的晶胞参数a、c、V值均大于标准白云石,更接近标准铁白云石,说明含铁白云石和铁白云石具有相同晶体结构,但在同一结构位置上,Fe2+和Mg2+的数量比存有差异,且结构中Fe2+对Mg2+的部分替代是导致晶胞轴长和体积增大的原因,从晶体结构的角度再次证实样品为含铁白云石。另外,通过计算,含铁白云石的有序度均值为0.40,CaCO3摩尔含量均值为55.48g/mol,表明较富钙的、低有序度的含铁白云石形成于结晶速度较快、不稳定的成岩环境中。     

基于测井频谱分析的松科二井登娄库组地层沉积速率研究

松辽盆地科学钻探工程松科二井获取了白垩纪陆相沉积资料,其中连续、多参数、高分辨率的地球物理测井资料为研究松辽盆地地层的沉积速率变化规律提供了机会。本文利用GR、Th、K、Th/K多种测井数据,采用天文旋回的方法来计算松科二井登娄库组地层的沉积速率,并探讨影响地层沉积的主控因素。多种测井数据的频谱分析结果表明了登娄库组地层记录着米兰科维奇旋回信息,这说明登娄库组沉积过程受天文轨道驱动力影响。Th测井数据对天文旋回信息的敏感性强,综合考虑多种测井数据的测试结果获得了连续、相对准确的地层沉积速率。登娄库组地层沉积速率从下往上整体呈现为由高到低的趋势。登二段至登三段时期地层沉积主要受盆地断陷活动控制,地层整体具有高沉积速率特征,最高达到16.2 cm/ka。随后至登四段时期由于断陷活动逐渐减弱,盆地向区域坳陷的构造格局转化,登四段整体具有沉积速率较低的特征,最低为5.9cm/ka。该研究建立了松科二井登娄库组地层连续的沉积速率剖面,为揭示松辽盆地由断陷活动过渡到坳陷活动的地质规律提供了测井证据。     

松辽盆地松科2井早白垩世沙河子组天文年代标尺

对松辽盆地白垩纪国际大陆科学钻探工程——松科2井的沙河子组自然伽马测井数据(GR)开展了详细的旋回地层学研究。频谱分析结果揭示, 沙河子组上段(3336~4727 m)具有142~188 m、44~57 m、14 m和7~9 m的沉积旋回; 下段(4727~5960 m)具有170~205 m、44~61 m、16~18 m和7.5~11.5 m的沉积旋回。这些沉积旋回的周期之比近似早白垩世天文轨道周期之比20:5:2:1, 将这些沉积旋回依次解释为405 ka长偏心率、约100 ka短偏心率、约37 ka斜率和约20 ka岁差旋回。相关系数法(COCO)通过统计检验获得上、下段地层沉积速率约为40 cm/ka和56 cm/ka, 支持了该天文周期的解释。对405 ka长偏心率沉积旋回信号进行带通滤波, 并以松科2井3961 m处凝灰岩样品的锆石U-Pb二次离子探针年龄(U-Pb SIMS)113.9±0.9 Ma为锚点, 建立了松科2井沙河子组(112.3~118.2)±0.4 Ma的"浮动"天文年代标尺, 其持续时间约为5.92±0.4 Ma。本研究为确定早白垩世升温过程中松辽盆地重大环境和地质事件的年代提供了新的年代学约束, 为该时期全球海、陆相地质事件对比提供了年代学基础。     

钻头泥包原因分析及松科二井防泥包钻井液的应用

为解决松科二井白垩系沉积地层因泥质含量高、易水化分散,在水基钻井液环境中易导致钻头泥包从而影响钻头机械钻速、引起井下黏附卡钻等问题,结合松科二井取心钻进工艺,系统分析了钻头在泥岩和水基钻井液环境下产生泥包的原因,为钻头的防泥包设计和防泥包钻井液的配制提供了依据,并提出了具有较优异防泥包性能的钻井液配方。结果表明：松科二井钻遇的泥页岩地层具有泥质含量高、易水化产生黏性的特点,极易诱发钻头在岩屑的黏附作用和由岩屑的机械“镶嵌”共同作用下引起的钻头泥包现象。钻头的机械黏附与钻头结构尺寸、井底水力条件、钻头材料与表面状态、钻进规程参数以及钻井液性能指标均有着密切关系,调整钻井液性能是钻井现场解决泥包问题的有效途径。根据松科二井四开高温高压井段的工艺特点,经复配获得了抗高温、抗黏附性能优异的钻井液配方。高温抑制性、热稳定性及润滑性测试结果表明,该钻井液具有高温态（230℃）的强抑制性、低滤失量和润滑性好的特点,可解决松科二井取心钻头的泥包问题,有效避免机械钻速的不稳定和黏附卡钻的发生,现场应用效果良好。