螺杆钻进工艺在青海共和干热岩GR1钻井中的应用

本文重要介绍了转盘(顶驱)+螺杆钻具复合钻进工艺在干热岩钻井中的应用。为进一步提高干热岩钻井施工效率和减少孔内事故,在青海共和干热岩GR1井进行了转盘+螺杆钻具复合钻进应用,根据现场高温井况下螺杆钻具的工作特性,改进优选了螺杆钻具的耐高温橡胶和转子定子的配合间隙,是螺杆钻具复合钻进工艺在深孔高温干热岩钻孔(孔深3705m,孔底温度236℃)施工的首次成功尝试,并取得了良好效果,经受住了硬岩和高温的考验,为进一步改进螺杆钻具在高温井况下的应用提供了宝贵的现场施工经验,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

涡轮取芯钻进工艺在干热岩钻井中的应用

我国干热岩勘探刚刚起步。为准确评价干热岩型地热资源的资源量,需要钻获高质量的干热岩岩心,但目前针对高温、高硬度、高研磨工况下的干热岩取芯钻进工艺研究较少,严重制约了干热岩型地热资源的准确评价。为此,自主研发了Φ127 mm涡轮钻具,在福建漳州HDR-1井和青海共和GR1井进行了干热岩钻井取芯应用研究,研究验证了研发的涡轮钻具与KT-140取芯钻具的适配性、涡轮钻具与金刚石取芯钻头的匹配性,揭示了高温和硬岩井况下涡轮钻具工作特性,经受住了孔底236 ℃高温考验,钻获了高质量岩心,取得了涡轮钻具现场测试应用的各项参数;涡轮取芯钻进工艺与常规取芯钻进工艺相比,既充分发挥了涡轮钻具高转速的性能,也发挥了其耐高温、耐研磨、耐高地应力、使用寿命长和现场劳动强度低的特性,干热岩取芯钻速和质量大大提高。该工艺是高温深孔干热岩井下动力回转钻具驱动取芯钻头进行取芯钻进的首次成功尝试,为干热岩涡轮钻具复合取芯钻井技术的进一步科研攻关、现场试验与推广应用提供了宝贵的施工应用经验和借鉴,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

φ127 mm涡轮钻具在干热岩钻井取心钻进中的试验研究

干热岩地层以火成岩为主,地层温度高,可钻性差。为解决干热岩钻探机械钻速低、钻具磨损严重等问题,针对干热岩特点研制了一套耐高温φ127 mm涡轮钻具,并在福建省漳州市干热I井进行了试验,试验井段平均机械钻速与φ165 mm螺杆配合金刚石钻头相比提高了30.3%,与转盘配合牙轮钻头相比提高98.5%。试验结果表明,该φ127 mm涡轮钻具结构设计合理,能够满足干热岩高温钻探的需要。     

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。     

青海贵德ZR1干热岩井钻进工艺研究

青海贵德ZR1干热岩井具有高温、高硬度、高研磨性的特点。在施工中优选聚磺钻井液体系,在高温高压下保持良好的流变性与较低的滤失量,满足干热岩井施工要求,应用效果好。通过分析地层岩性、岩石物性等因素,选择了适于该井高硬度、高研磨性地层钻进的牙轮钻头,并取得1.24 m/h平均机械钻速。通过实验与实践,掌握了高温井（130 ℃）固井工艺,固井止水质量检查合格。使用川5-4型取心器成功在高温、高压、较破碎地层完成了取心作业,取心率45%～83%。     

气动潜孔锤取心钻进工艺问题的研究

分析了研究气动潜孔锤取心钻进方法的必要性;介绍了CX-120型气动潜孔锤取心钻具的结构、工作原理;结合该钻具,提出了依据地层情况,确定气动潜孔锤取心钻具结构性能、制定其钻进工艺和操作规程的方法。CX-120型气动潜孔锤取心钻探实践验证了研究内容的合理性,从而完善了气动潜孔锤取心钻进工艺技术。     

绳索取心钻进技术在砂岩铀矿勘查中的应用研究

针对绳索取心钻进在砂岩铀矿钻探中应用的情况，作了技术分析，提出了改进方案。     

空气泡沫水泵增压装置钻进工艺在绳钻中的试验研究

在干旱缺水矿区或漏失地层中钻孔时,可选择水泵增压装置泡沫钻进工艺用于金钢石钻进绳索取心.尤其是当技术套管未下人之前的较浅孔段出现大量漏水情况时,可用该工艺配合原工艺钻过该孔段,下好技术套管隔离后,再换用原工艺继续钻至终孔.采用此法可使钻进的用水量大大减少,降低费用,该法在西部灰岩含煤地层中已得到广泛应用.     

空气反循环钻进工艺在物探爆破孔施工中的试验应用研究

概述了空气反循环钻进工艺应用于物探爆破孔施工的原理、特点及其试验应用情况。通过试验应用得出结论,该工艺方法具有钻进速度快、成孔深度深、有效实现不提钻下炸药等优点,具有良好的应用前景。     

绳索取心钻进工艺在水利水电工程地质勘探中的应用研究

以绳索取心钻进工艺在滇中引水工程可行性研究阶段万家—新庄段ZK2108孔的实践性应用为例,介绍了绳索取心钻进工艺技术的特点和应用细节,并对实际应用效果进行了对比分析,对关键技术环节进行了探索和应用研究,为绳索取心钻进工艺在水利水电工程地质勘探中的推广及应用奠定了基础,积累了经验。     

液动潜孔锤用于干热岩钻进的优化与试验

我国目前能源结构对化石燃料依赖度过高,在全球能源转型的大环境下,作为一种新型清洁能源,干热岩具有储量巨大、资源丰富、分布广泛等优势。针对干热岩勘探开发中高温硬岩钻进的技术难点,对YZX178型液动潜孔锤进行了结构优化,并在某干热岩井中进行了试验应用。试验结果证实了YZX178型液动潜孔锤用于干热岩等坚硬地层进行冲击回转钻进的可行性和高效性,获得了与螺杆钻具接近的机械钻速,且具有节能环保、安全性高、维护方便、节约成本、高温适应性强等优势,但仍需进一步解决其工作寿命与牙轮钻头相匹配的问题。     

干热岩耐高温钻井液的研究进展与发展趋势

在如今传统能源储量日益减少的趋势下，干热岩这类新型地热资源的开发显得尤为重要，而干热岩钻井由于其井下的超高温环境，对传统钻井液系统提出了非常严格的要求。传统钻井液在高温作用下滤失量大大增加，普通的辅助添加剂往往不能发挥出功效。常用的以“三磺材料”为核心的钻井液虽然具有令人满意的耐温效果，但因其含有大量有毒物质，污染程度十分严重，需要开发新的环保型钻井液耐高温体系。国外干热岩研究早于国内三十余年，有着十分重要的耐高温钻井液经验与技术，作为刚起步的国内干热岩研究，也有着“青海共和盆地恰不恰干热岩”这样十分重要的项目工程。本文首先介绍了当前干热岩钻井概况以及对钻井液的性能要求，并结合国内外学者对耐高温钻井液与环保钻井液的研究进展，了解其配方组分与设计思路，结合干热岩特点探讨干热岩耐高温钻井液发展趋势，旨在为干热岩钻井液技术研究上提供支持。     

革新钻井液技术以促进干热岩产业化开发

我国干热岩资源丰富,利用系数高,可为电力提供稳定基础荷载,被认为是能够担负起能源革命重任的可再生清洁能源,其规模开发对我国实现“碳达峰和碳中和”具有重要意义。然而,经历近半个世纪,目前世界范围内仅有少量利用EGS技术开发的干热岩示范项目有微量发电,实现产业化目标尚有许多技术瓶颈。通过研究EGS开发过程和钻井液技术,笔者提出：EGS钻井过程中存在钻井液漏失。因此,钻井液组分自身、钻井液与岩屑或井壁岩石、钻井液与热储裂缝表面岩石,在高温高压下会发生各种理化反应,生成新的物质。这些新的物质可能会沉淀在井壁和裂缝表面,甚至可能与井壁或裂缝表面岩石固结成一体,降低裂缝的有效空间,甚至封堵裂缝,且难以清除,使热储导流能力极大降低,难以达到发电要求的流量。因此,革新钻井液技术理念,研究EGS高温高压环境下钻井液组分和岩屑与温压之间的相互关系及其对钻井液性能的影响,利用先进的计算机数据统计、分析和计算技术,对钻井液性能、钻井液在井筒的流动特性以及钻井液与热储岩石的配伍性进行精准预测和控制,避免或减少钻井液漏失以及钻井液在热储环境下与岩石的反应,消除钻井液对热储伤害,提高渗透率,可能是干热岩产业化的技术突破。     

多种测温方法在青海共和干热岩GR1井中的应用

干热岩钻孔温度是干热岩型地热资源评价的重要指标,目前大多数地勘工作的温度测量仪工作温度大都在180 ℃以下,然而随着干热岩钻孔深度和温度的增加,受钻孔内高温、高压的影响,出现超出仪器测温范围或测温数值不准确的情况。为此,本文利用青海共和干热岩GR1井采用BZM电子多点测温仪、MTCHT-H型测温仪以及多组温度计的方式进行了多种方法的单点测温,同时结合SKD-3000B井车测温、GRY-1型钻孔轨迹测量仪等多点连续测温方式进行对比分析。结果表明,单点测温结果更接近真实地层温度,但单点测温效率低,精度差;GRY-1型钻孔轨迹测温仪因隔热装置隔绝,温度传导效率较慢,测温结果偏低。需要进一步开发准确、有效、经济的高温井下温度测量仪器或方法。     

Development and application of turbodrills in hot dry rock drilling

The strata of hot dry rock (HDR) are usually igneous rocks with high temperature which are challenging for drilling activities. This paper deals with the key technology and research of turbodrills, introduced the application of turbodrills in HDR drilling at home and broad, and analyzed the field application cases. With the advancement such as low speed high torque turbodrill, reduction turbodrills, independent spindlesection and PDC bearings and so on, the application of turbodrills has widely expanded. The application of high-temperature turbodrills in Fenton Hill, HDR geothermal wells, high-temperature formation in Tahe oilfield all proved that turbodrills are the best downhole motors in deep high-temperature HDR drilling, thus they deserve further research and generalization.     

煤矿井下硬岩定向钻进螺杆马达选型及试验

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进效率,在分析硬岩定向钻进螺杆马达要求的基础上,选择了4种不同类型的螺杆马达在陕西韩城桑树坪煤矿进行井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,四级7︰8头螺杆马达和五级5︰6头螺杆马达在定向钻进硬岩时,其平均机械钻速分别为2.52 m/h和2.15 m/h,累计纯钻进使用时间可达550 h。这2种类型的螺杆马达表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层。     

唐山马头营干热岩M-2井钻井工艺

M-2井为马头营干热岩开采试验井组的采出井,为解决M-2井在钻进过程中新生界地层坍塌、钻头泥包、太古界花岗岩地层钻进效率低、溢流、掉块以及高温钻井液等施工难点,进行了钻井关键技术研究。通过增加钻井液比重、降低滤失量、提高黏度,维护了新生界井壁稳定性;采用双泵大排量、转盘高转速旋转,解决了钻遇新近系钻头泥包问题。在井深3 880 m处,通过提高泥浆比重,并加入随钻堵漏剂,有效遏制了溢流、大消耗和掉块;通过改进耐高温钻井液,提高了泥浆的流变性,降低了摩阻和转盘扭矩,保障了M-2井的顺利完井。通过更改钻具组合,采用大螺杆、大钻压、大排量、粗径钻具,使M-2井在太古界变质花岗岩地层中平均钻速达到2.46 m/h,比M-1井同地层纯钻速提高了69.7%,降低了钻探成本。旋锤机配合金刚石复合片(polycrystaline diamond compucts, PDC)钻头提速实验,证明了该方法可有效提高钻进效率,但变质花岗岩地层较硬、研磨性强,PDC片易崩坏,钻头性能仍有待改进。相比而言,采用?203 mm螺杆+牙轮钻头钻进整体效益更高,可作为后续施工中的优选方案。