湘西北复杂构造区破碎地层绳索取心钻进技术难点及优化

以湘西北复杂构造区湘慈地1井为例,针对钻进过程中遇到的岩心采取率低以及卡钻埋钻等钻进难点,通过采用无泵反循环超前侧喷绳索取心钻具以及优化钻井液体系的方法,有效地提高了该钻井工程中的岩心采取率;该新型钻具能够在孔底形成局部反循环,并且结合钻具内部防堵锥网以及超前侧喷钻头的设计能够有效地提高破碎地层中的岩心采取率;通过在钻井实践中应用,该钻具在岩心破碎井段的采取率达到了94.4%,取得了良好的应用效果。     

囊袋式取心钻具的设计与应用

如何提高岩（矿）心采取率是钻探工程施工中关注的重要问题之一。针对在钻探中经常遇到的岩（矿）心采取率低的问题,设计了一套钻探工程施工用囊袋式双管取心钻具。该钻具能利用双管中的塑料囊袋结构满足在极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层中钻探施工实现高取心率的要求,在进行双管钻进工艺且不需增加其他钻探设备的前提下,实现岩心采取率达到90%以上。     

囊袋多节捆绑式绳索取心钻具的设计与应用

由于现有的普通绳索取心钻具缺乏隔水与护心装置,在松散、软弱、破碎等复杂地层取心钻进时,破碎岩心易被冲蚀,提钻过程中岩心易脱落,使岩心采取率和取心质量达不到设计要求,甚至无法采取到岩心。针对上述问题,设计了一种囊袋多节捆绑式绳索取心钻具。该钻具在普通绳索取心钻具基础上增加了多节捆绑式囊袋总成结构,并与超前侧喷钻头配合使用。囊袋可以隔绝冲洗液,有利于取得原状岩心,通过分段捆绑,可以有效包裹住岩心,防止其在提钻过程中脱落。超前侧喷钻头改变了冲洗液流向,起到隔水与护心的作用。现场应用表明,该钻具能够完成在松散、软弱、破碎等复杂地层的钻探工作,岩心采取率达90%以上,取心质量也得到明显提高。     

破碎地层取心钻具研究现状及展望

数十年来,国内外专家学者针对破碎地层取心技术做了大量的研究,在提高岩心采取率、增加回次进尺、降低进心阻力、提高机械钻速等方面取得了显著成效。但针对破碎地层岩心频繁卡堵的解决方法研究相对较少,虽然以JamBuster为代表的解堵取心工具,通过增加衬管的方法在一定程度上缓解了岩心卡堵情况、增加了回次进尺,但仍未从根本上解决卡堵问题。本文总结了近年来国内外针对破碎地层取心的研发现状,分析了其中存在的不足,提出了几点发展完善建议。     

破碎带取心钻进技术

云南省兰坪县中排乡李子坪铅锌矿详勘施工中,由于地层破碎带较发育,采用绳索取心钻进岩心采取率仍很低,无法满足设计要求。通过设计导流底喷钻头及相应的冲洗液,调整钻进参数等技术措施,取得了较好的效果,确保了工程质量。     

超前侧喷绳索取心钻具的研制

[摘 要]针对破碎、软弱等复杂地层岩心采取率低的问题,本文通过无泵接手、岩心抓取机构和超前侧喷钻头的设计与结合,研制了一套超前侧喷绳索取心钻具;该钻具是一种基于普通绳索取心钻具及无泵反循环钻具设计的新型钻具,能实现孔内钻井液的局部反循环并改变孔底冲洗液流向,从而达到排粉及提高岩心采取率的目的;现场试验表明,超前侧喷绳索取心钻具能够实现破碎、软弱等难取心地层的正常钻进,试验孔段岩心采取率为94%,大幅度提高了岩（矿）心的采取率。     

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。     

喷射式局部反循环绳索取心钻具

针对金矿复杂破碎地层钻探存在的岩心采取困难、孔内漏失严重等问题,改进绳索取心钻具,增加了局部反循环装置,研制出一套适应性广、取心可靠的可调喷射反循环钻具,提高岩心采取率,取得了良好的效果。介绍了该钻具的结构原理、适应范围及应用效果。     

小口径连续取心钻具在软弱破碎地层中的试验

介绍了小口径连续取心钻具的结构特点及其在软弱破碎地层的试验情况，通过取得突破150m孔深的试验成果，论证了小口径连续取心钻进技术在生产实践中的可行性与现实性。     

SYZX75绳索取心液动锤加长岩心管的应用

主要介绍了SYZX75绳索取心液动锤配套加长岩心管在破碎岩层中的使用效果及使用该钻具的经验体会。     

某矿区复杂地层综合治理技术及措施

针对以往复杂地层钻进施工中存在的问题,在不断总结经验和教训的基础上,通过采用绳索取心钻进加高效长寿命钻头、套管隔离构造带以及优质泥浆护壁等综合治理技术及措施,大幅度提高了钻进效率和钻孔质量,取得了良好的经济效益和社会效益。     

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。     

提高复杂地层取心质量的一种发夹式岩心提断器及其应用

为了解决普通取心钻具在软弱、松散性复杂地层钻进中的取心问题,降低堵心、磨心概率,提高钻进回次进尺长度和岩心采取率,研制了安装在普通S95绳索取心钻具上的一种新式岩心提断器。该岩心提断器是利用女性头饰发夹卡取软弱、松散岩心,其构件由发夹、发夹座、发夹室组成,无须通过铆焊工艺固定,可在施工现场由手工借助一种发夹装配器进行组装。在某勘查区3个钻孔中进行了试验,试验孔段总进尺45.11 m,平均回次进尺1.16 m,平均岩心采取率91.42%。试验结果表明：该岩心提断器与底喷式钻头及“引心管”配合使用,能够在软弱、松散性破碎地层大幅度提高回次进尺量、岩心采取率及取心质量,解决了试验前应用普通绳索取心钻具,在钻遇松软夹石、水敏性强的复杂地层中岩心采取率不足30%的难题。用发夹卡取软弱、松散岩心的方法与类同现有技术中簧片的卡心方法比较,更具经济性、灵活性和普适性。其应用领域不限于矿山地质,还可拓展到水文地质、工程地质及环境地质的岩心钻探,具有广泛的应用前景。     

威海地区3000m深部地热钻探关键技术的应用与分析

“山东省文登-荣成-威海地区深部地热资源调查”项目是“山东省2018年度38个省直地质勘查项目”之一,总体目标是通过小口径深部钻探技术来完成3000 m测温孔的施工,为地热地质调查、钻孔测温、岩心热物性及放射性元素含量测试等工作提供通道和具体实物资料。本文结合3000 m小口径地热探孔的施工进程,系统介绍了该深孔的钻孔结构、施工设备、钻探工艺方法及关键技术等内容,重点针对严重破碎带、高应力复杂地层条件的泥浆技术、深孔钻头技术等展开了试验对比和分析研究,采取针对性技术措施,成功地解决了孔内复杂难题,配套研究的长寿命高效钻头提高了钻孔施工效率,减少了钻探成本投入。论文还探讨了深孔地热钻探的“现场标准化建设和绿色施工”管理方法。     

两种简易绳索取心内管总成打捞工具的应用

绳索取心钻进中,钻具断脱常会导致内管总成掉入孔内,打捞内管总成无疑是一个非常棘手的问题。本文分析了存在的施工难点及应采取的施工措施,针对2个钻孔不同的实际情况设计的2套内管总成打捞工具,成功把全部裸露于孔内的内管总成打捞上来,避免了钻孔报废,节约了时间,降低了经济损失。实践证明这2种工具是有效的。     

汶川科学钻探PDC取心钻头有限元分析

汶川地震断裂带科学钻探项目是在龙门山"北川-映秀"断裂及龙门山前缘安县-灌县断裂附近实施5口科学群钻,由于所实施的5个钻孔都位于地震断裂带上,地层十分松软破碎,普通取心钻进的取心率低、岩心扰动大。为解决该问题,设计并采用了一种超前式隔水防冲蚀PDC取心钻头,取得了良好的效果,提高了岩心采取率,并保证了岩心的原状性。论文通过UG建立的实体模型导入ANSYS Workbench下的CFX流场分析和Steady-Thermal稳定热分析模块,分析了该钻头的井底流场分布、大小以及钻头的冷却效果,并计算孔底有效排粉的最低泵量,以确定超前式隔水防冲蚀PDC取心钻头取心钻进时保证取心率和岩心原状性要求的最优泵量。     

深海硬岩连续取心钻头的研制

气举反循环技术是一种可用于深井硬岩地层的高效钻进技术,不受地层裂隙、溶洞影响,排渣彻底。通过研究专用的连续取心钻头,可实现深海硬岩的连续取心作业,提高深海硬岩钻井效率及取心率,为深海钻探提供一种全新的取心方案。本文从牙掌选型、卡断器结构、岩渣及岩心通道优化设计等方面进行研究,提出了连续取心钻头的设计方案,并试制加工钻头。在地热井中进行了验证性应用,灰岩地层、砂岩地层取心率可达80%以上,高于大洋钻探统计取心率。陆地验证性应用为该技术方法在海洋取心钻探中的应用奠定了技术基础。