泥页岩地层绳索取心钻进钻头应用及优化设计研究

长江中下游地区页岩气调查井工程,采用绳索取心钻进工艺,钻遇地层多为泥质含量高的水敏性泥岩、软硬互层较为频繁的致密性地层。钻进过程中,金刚石钻头经常出现钻头泥包现象,在软硬夹层中PDC钻头崩齿导致钻头机械钻速和寿命受到严重影响。主要从钻头结构及钻井液性能方面系统分析了金刚石钻头泥包及PDC钻头崩齿的原因,分析认为,现场钻头应用过程中产生的上述问题与钻头唇面结构设计、钻头水路设计、钻头材料与表面状态、钻进规程参数及钻井液性能有着密切关系。通过对钻进工艺、地层岩性分析研究,对原有钻头进行了结构形式优化和改进设计,对钻进规程参数也进行了优化,现场应用结果表明：钻速明显提升,大大提高了泥岩段及夹层段的钻进效率。     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔取心钻进技术

介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目4号孔（WFSD-4）取心钻进施工情况,对破碎和缩径地层的取心钻进工艺和技术措施及其应用效果进行了分析和总结。     

防泥包钻头的优化设计与应用

泥包钻头是钻探工程中常见的现象,主要受冲洗液流速影响。采用计算流体力学方法,借助流体模拟软件CFD(Computational Fluid Dynamics),从优化钻头的水力结构参数上设计了一种防泥包钻头,使钻井液在泵量一定的情况下切削刃前和水槽内的流速尽量增大,适用于在易发生泥包的地层中钻进使用。在大庆松科一井应用表明,用这种模拟方式来优化钻头的水力结构设计是一种有效的手段,取得了很好的经济与应用效果。     

望江凹陷页岩油气地质调查皖望地2井钻井技术

皖望地2井是部署在下扬子陆块沿江褶断带望江凹陷许岭次凹斜坡带的一口页岩油气地质调查井,设计井深1600 m,完钻井深1632 m。钻探目的是主探二叠系大隆组-孤峰组页岩含气性,兼探区域地层层序、岩性、岩相发育情况。针对该井泥砂互层、井壁不稳、岩性复杂、取心困难等问题,通过改进绳索取心钻具及工艺、改善泥页岩等敏感地层钻井液体系、优化钻进参数,提高了钻进效率,确保了岩心采取率。并对钻进过程中出现的问题进行分析,提出了改进措施,为同类型小口径页岩气调查井的钻进施工提供技术参考。     

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。     

密闭取心钻头两相流流场CFD模拟研究

密闭取心是一种特殊取心作业,通过密闭取心钻具与密闭取心钻头配合,在密闭液作用下实现岩心与钻井液隔离,可获得地层原始含油饱和度及油水动态等数据。密闭钻头设计为双流道结构,要满足钻井液过流冲洗冷却钻头唇面、携带岩屑要求,同时密闭液在井底可形成富集区域,有效保护岩心免受钻井液污染,密闭取心钻头流道参数是密闭取心钻头设计的关键。本文运用计算流体力学理论,采用k-epsilon湍流模型及连续性方程对KM型密闭取心钻具配套密闭取心孕镶金刚石钻头的两相流井底流场进行数值模拟,研究钻头唇面两相流混流状态、流体压力、流速、剪切应力分布特征等,分析了流场特征对钻头密闭效果、钻进效率和寿命等的影响,验证了密闭取心孕镶胎块式金刚石钻头流道结构设计参数,提出了钻头两相流流道优化设计建议。     

我国大陆科学钻探工程实施概况及其取心钻进技术体系

科学钻探是为包括构造运动、气候变迁、火山喷发、地震机理、陨星撞击等基础地学研究领域,提取地球深部信息、建立地下长期观测网络的科学工程。开展科学钻探,不仅将促进我国地学基础理论研究走向国际前沿,实现从地质大国向地质强国的转变,还具有拉动我国钻探工程整体进步,提高其技术、学术水平和国际地位的工程技术意义。在通过科学钻探获取的地下信息中,岩心是直接反映地球演变历史的实物资料,也是最为地质学家所重视的研究资料。我国自2001年启动大陆科学钻探工程以来,素以全过程连续钻取岩心和对岩心的高质量要求著称于世。本文概略介绍了我国已成功实施的4项大陆科学钻探工程,着重介绍了在工程中形成的,具有我国自主知识产权的科学钻探取心钻进技术体系：井底动力取心钻进系统、大口径长回次钻程取心钻进系统、极复杂地层原状取心钻进系统,以及各类岩心的无损出管方法,介绍了各钻进系统在工程应用中取得的主要成果。     

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。     

勘探技术与地质钻探学国家自然科学基金项目资助分析

2013年举行的地质工程（探矿工程方向）基础研究战略研讨会提出了应努力将探矿工程学科列入国家自然科学基金资助范畴。令人欣喜的是,2014年国家自然科学基金委员会正式将探矿工程学科纳入资助方向,并命名为“勘探技术与地质钻探学（D0219）”,具有历史性意义。本文对2015年、2016年勘探技术与地质钻探学方向及相近学科资助项目情况进行了分析,获取了资助单位、经费、项目类型、立项内容等规律,指出今后一段时期申报数量总体上会逐年增加,特别是青年基金项目。同时,分析了本学科当前基金申请所面临的主要挑战。     

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。