中国南海珊瑚岛礁泻湖砂层钻探取心技术

中国南海珊瑚岛礁拥有巨大的资源潜力和科研价值。科学钻探是珊瑚岛礁研究工作中获取地层资料的重要技术手段。南海珊瑚岛礁地下普遍存在多层厚层泻湖砂层，主要结构为无胶结或轻微胶结的细粒珊瑚砂，这种层位钻探取心极端困难，是影响钻探成果的主要难题之一。南海两个岛礁所实施的3口千米以上深井施工过程中，为解决泻湖砂层钻探取心难题，在分析泻湖砂层性状的基础上，综合研究钻具合理选用、钻进参数控制、钻井液性能控制等钻探工程核心内容，形成了较完整的适用于泻湖砂层钻探取心的“多要素组合钻探取心技术”。使用该技术能确保珊瑚岛礁泻湖砂层岩心采取率达到95%以上，并基本保持岩心原状性。该研究成果对于珊瑚岛礁钻探具有重要的借鉴作用。     

绳索取心钻进技术在松散盐岩地层中的应用探讨

地质岩心钻探中,岩心采取率一直是地质找矿、地学科研工作者重点关注的对象,也是岩心钻探重要的考核指标。传统的钻探取心方法在松散、软弱、含盐地层,特别是含易溶盐地层的取心质量不佳;绳索取心钻探在完整地层取心效果较为理想,同时可大大提高劳动生产率、降低劳动强度,而对于松散、软弱地层,其取心难度比起传统钻探有时更为复杂。通过柴达木盆地达布逊干盐湖科学钻探工程,对钻遇的地表层、松散地层如何采取技术方法提高岩心采取率进行了探索和研究。实践证明,通过改善冲洗液性能、改进取心卡簧特性及钻头出水方式3个方面技术措施,可大大提高绳索取心钻进在松散、软弱、弱固结、含盐地层的岩心采取率,由改进前的平均30%提高为平均96%。     

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。     

松散砂岩取心技术的应用

砂岩取心是迄今为止仍然没有完全解决的钻探技术难题。砂岩的种类很多,但都有共同的特点：结构比较松散,无胶结或少量胶结,遇水膨胀,透水性好。在砂岩中钻探取心,岩心采取率不高,钻孔容易垮塌。为了解决砂岩取心钻探中的技术难题,从钻进工艺技术参数、取心器结构、钻头优化设计、冲洗液配方、钻机配套、岩心烧结卡取以及水压出心等多方面开展研究,总结出了一套砂岩取心技术,应用在实际钻探生产中,取得的各项技术指标完全满足地质要求,为地浸砂岩取心钻探提供了宝贵的经验。     

第四系地层连续取心钻探技术

在长江三角洲以及杭州湾地区第四系地层连续取心钻探工作中,通过选用大功率钻机以及活动头双套取土器,采用无泵干钻工艺,取心率达到90％以上,且岩心内部原生沉积层理清晰,扰动小。     

绳索取心冲击回转钻进在硬脆碎地层中的使用效果

介绍了绳索取心冲击回转钻进在硬脆碎地层钻进中的应用效果:平均时效可达1.29m/h（绳索取心为0.76h/m）,台月效率为436m/台月（绳索取心为228.5m/台月）,回次进尺为2.07m（绳索取心为0.95m）。     

凤太矿田复杂地层大口径金刚石绳索取心钻进工艺

介绍了大口径金刚石绳索取心钻具在陕西凤太矿田小梨园金矿区复杂地层中的应用情况及施工工艺。针对以前在此矿区施工时遇到的孔内坍塌、掉块、事故多、效率低、采心困难、施工质量差等问题,从钻进方法、钻孔结构、护孔方法、钻进参数、润滑减阻、钻具级配等方面采取了有效的技术措施,提高了钻探施工效率和工程质量。     

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。     

煤矿井下复杂岩层跟管定向钻进技术研究

为了解决煤矿井下复杂岩层破碎定向钻进出现孔壁坍塌而成孔难题,创新发明出复杂岩层跟管定向钻进技术护住复杂破碎孔段。该技术先采用中心定向钻具外跟套管穿过复杂地层,然后提出中心定向钻具利用外部套管护住复杂岩层孔段,最后在外部套管内下入下一级定向钻具施工。本文通过开展跟管定向钻具设计、跟管定向钻进工艺研究,并将该技术应用于淮北某矿高位定向钻孔试验。试验中该技术成功护住了由2层煤线、1层泥岩组成的103.5 m复杂岩层孔段,最终定向钻进成孔孔深530 m。试验表明,本技术可有效护住复杂地层孔段,提高复杂岩层定向钻孔深度和保护抽采通道。     

新疆白干湖钨锡矿区岩心钻探施工技术

随着西部大开发及国家三五八工程的开展,新疆昆仑山脉高海拔无人区成为地质找矿的重点,如何提高昆仑山脉钻孔钻探施工的效率,是当前岩心钻探施工的重点。通过白干湖钨锡矿岩心钻探的施工情况论述了该工程的施工经验和方法。     

基于应力-应变曲线的礁灰岩脆性特征评价EI北大核心CSCD

脆性是岩石类材料的重要性质。针对南海某岛礁在某深度范围内的珊瑚格架灰岩、砾块灰岩、砾屑灰岩及砂屑灰岩的钻孔芯样,开展室内物理性质测试及压缩试验。研究表明,礁灰岩的物理力学性质与其沉积组构和成岩作用密切相关;基于峰后应力降的相对大小和绝对速率的脆性指标计算方法能够反映礁灰岩的破坏特征;围压对礁灰岩的脆性指标影响显著,随着围压的增大,试样的脆性指标呈现趋势性降低;单轴压缩条件下,低孔隙率的砂屑灰岩脆性指标与水泥砂浆类似,同时高于格架灰岩及砾块灰岩;随着孔隙率的增大,砂屑灰岩和砾屑灰岩的脆性指标减小,饱和单轴抗压强度也与孔隙率呈负相关关系。     

三亚海岸珊瑚礁地层成因演化与工程地质分区

珊瑚礁是一类特殊的工程建设场地,受地质成因、生物作用、海洋水动力环境和地质环境演化等多方面影响。开展珊瑚礁场地工程地质分区研究,不仅对认识珊瑚礁岩土层的成因和变化规律、分析评价珊瑚礁场地的工程地质条件等具有重要的理论意义,而且对未来南海岛礁工程建设具有重要指导作用。在现场地质调查的基础上,采用现场原位测试、室内试验和钻探岩芯分析等综合技术手段,分析了三亚珊瑚礁地层的演化历史,对地层结构特征、矿物成分、化学成分和土层物理力学性质进行了深入分析,将三亚海岸珊瑚礁场地划分为泻湖沉积区、砂坝堆积区和水下珊瑚生长堆积区;对各工程地质分区的工程特性和建设适宜性进行了分析评价。研究成果可以对珊瑚礁场地的地质调查、工程规划和设计提供指导和借鉴。     

不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性研究

基于岩石弹性波特性的地震方法是目前地球物理勘探中最主要的方法,岩石中弹性波传播速度是联系岩石物理力学特性与地质学的有效桥梁。对于海相生物成因的珊瑚礁灰岩而言,其弹性波特性研究是了解珊瑚礁体内部整体性质的有效途径。研究表明,珊瑚礁灰岩的弹性纵波速度与干密度、回弹值呈线性正相关关系,与孔隙度呈线性负相关关系。不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性表现出显著的差异性,珊瑚骨架灰岩和珊瑚砾块灰岩均匀性较好,珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩离散性较大。基于珊瑚礁灰岩纵波速度与干密度、孔隙度以及回弹值之间的关系,结合某珊瑚礁体钻孔岩芯沿深度变化的回弹值信息以及岩芯薄片光学检测结果,提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准,具有一定的可靠度和适用性。运用岩石二相体模型基本原理,建立了修正的时间平均公式,而不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性均符合雷莫亨特-加德纳方程。     

环保型弱凝胶护壁护心钻井液研究与应用

海域浅层气地质调查和盐湖环境科学钻探在松散砂岩钻探取样工程中,存在孔壁易坍塌、成孔率低等技术难题,为此开展了松散砂岩地层环保型弱凝胶护壁护心钻井液技术研究。通过弱凝胶结构研究及成胶剂、交联剂及抗盐降滤失剂等材料优选,研发了一套环保型弱凝胶护壁护心钻井液,评价了钻井液的流变性、滤失性、抑制性、护心性能、环保性能等性能,并在山西某盐湖环境科学钻探工程进行现场应用。室内及现场应用结果表明：研制的弱凝胶护壁护心钻井液具有良好的流变性、降滤失性、抑制性（岩屑回收率96.3%）、护壁护心性能及环保性能（BOD5/COD比值24.6%,EC50值47950 mg/L）,能有效解决松散砂岩类地层孔壁坍塌、岩屑不易携带等问题,在松散地层钻探工程中具有广阔的应用前景。     

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。     

松散岩层钻探技术应用研究进展及其主要成果

“松散岩层钻探技术应用研究”是核工业地质局“十五”铀矿地质科研课题之一。本文主要介绍该课题的研究进展情况, 并从沉积岩基础理论研究、钻孔涌漏水综合治理技术、冬季施工技术、松散岩层取心技术研究、卵砾石层取心钻进技术研究、专门水文地质孔与地浸工艺钻孔施工技术研究、无岩心全面钻进技术研究7个方面介绍了课题取得的主要研究成果。