底砾岩地层高效钻井技术研究
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孙加荣,蔚永宁
(陕西能源职业技术学院陕西咸阳712000)
摘 要:本文通过对冀东油田底砾岩地层特点的了解,经理论分析及钻井实践提出针对底砾岩地层实现高效钻进的技术措施和建议。对其它地区应对复杂地层的钻井工程有一定的借鉴作用。
关键词:冀东油田;底砾岩;高效钻井技术
中图分类号:T E 242 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)13—0109—03 随着世界人口的不断增加和经济的持续发展,人类对石油的需求量越来越大。从当今世界石油开发情况来看,世界上大部分国家浅部油气层已基本开采枯竭。石油勘探开发向更复杂、更深处的地层展开。随着勘查深度的增加,越来越多的地质问题也随之凸现出来,给安全、高效钻井带来了更多的困难。
笔者通过对冀东油田大量地质及钻井资料全面、深入的分析,提出了解决这些复杂问题的一些措施和看法,并通过实践验证了其有效性。1 冀东油田底砾岩特性及其对钻井的危害1.1 底砾岩特点
冀东油田的底砾岩普遍位于玄武岩地层之下,海浸层位最底部的侵蚀面之上。埋藏深度一般在2100～3000m 之间,厚度可达50m ～100m 。成份以石英为主,长石次之,砾石分选性好、磨圆度好,砾石之间为泥质胶结,胶结性差。
1.2
底砾岩地层对钻井施工的影响
图1 底砾岩地层对DBS 新型P DC 钻头的损坏
冀东油田的砾岩地层,对钻头的使用存在着巨大的安全隐患,主要表现在以下两个方面:
1冀东油田在底砾岩地层普遍使用的是镶齿三牙轮钻头,但在钻进过程中跳钻现象十分严重,使得牙轮钻头的损害是非常严重的,从而导致井下复杂事故。其中,在2005年10月23日,在南堡2-11井钻进底砾岩地层时,发生了掉牙轮事故。当时,钻进过程中扭矩突然变化,在不停顶驱的情况下,上提一
根钻杆下划,划眼时出现别顶驱憋泵现象,起钻后发现牙轮钻头两牙轮掉入井底,钻头磨损严重,保径齿磨光。
o冀东油田底砾岩其上与玄武岩地层的相接触,而在钻进过程中对于玄武岩地层钻进时,选用价格昂贵(钻头单个价格在40万～60万)的新型P DC 钻头存在较大的安全隐患。曾经在南堡5-6井的玄武岩地层施工过程中,由于当时对该地区地层情况的不了解,价值52万的DBS 新型P DC 钻头在快速顺利地穿过玄武岩后,进入了紧随玄武岩地层下面的底砾岩地层,当时,跳钻现象非常严重,最后钻头仅进尺2m 多即报废(图1)。2 底砾岩高效钻井技术研究
冀东油田底砾岩地层的存在严重阻碍了快速钻进,突出表现为机械钻速低和钻头损害严重。故此,笔者从水力碎岩、井底清洗和牙轮钻头三个方面来讨论底砾岩的高效碎岩技术。2.1 水力碎岩
实践表明,合理使用井底钻头射流的水力能量(钻头结构如图2)有助于改善钻头的破岩效率,提高钻速,鉴于此,人们就井底射流流场的演变规律及其对钻头破岩钻进速度的影响进行了大量的研究和实践,获得了一些有益的结论,帮助现场提高了工作效率[1]。因此,可以考虑对冀东油田的底砾岩地层,应
用钻头的水力射流来破碎岩石。
图2 喷嘴井底工作示意图
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收稿日期:2012-04-22
作者简介:孙加荣(1982-),男,陕西西安人,工学硕士,助理教师,主要从事地质教学及研究工作。
冀东油田底砾岩由于其中砾石胶结比较松散,因此在该地层采用高速射流碎岩时,应注意的问题主要就是井壁的稳定性,防止因液流对井壁严重冲刷导致的井壁坍塌和井径扩大。
从上面分析可知,钻头的高速射流可以提高冀东油田底砾岩层的碎岩效率,进而提高该地层中的钻速,可以考虑选用合理的水眼尺寸以及水眼布置形成的水力射流来加强钻头的碎岩效果。2.2
井底清洗
图3 井底净化不充分V m =f(nP )关系曲线
式中:V m —钻速;P —钻压;n —转速
钻井实践证明,井底的净化效果对钻进效率影响很大。图2a 、b 分别为钻压、钻速和转速、钻速在井底不同净化条件下的关系曲线。由图可见井底的净化效果会直接影响到钻进速度,降低钻进效率,这主要是由于钻头对岩屑的重复破碎造成的[2]。在冀东油田底砾岩地层中,这种重复破碎作用极其严重。因此,有必要通过提高对底砾岩地层井底的净化效果来提高钻井效率。
2.3 三牙轮钻头改进方案
根据冀东油田底砾岩层的特点以及三牙轮钻头的碎岩特点,可以通过对牙轮钻头进行改进来提高钻头的碎岩效率。改进方向是:减小牙齿尺寸,增加牙齿数量。牙齿尺寸的减小提高牙齿与井底岩石的接触应力;牙齿数量的增加和齿顶间距的缩小提高了单位面积上的冲击次数,从而提高钻头碎岩效率[3](图4)
。
图4 钻头齿圈布置不同直径牙齿时的情形
由于改进后的钻头牙齿与井底岩接触应力的增加,它可以在较小的钻压下进行破岩;同时,因牙齿
尺寸缩小齿顶间距也减小,这样可以减弱砾岩地层钻进跳钻的程度。从而在一定程度上可以避免在过
大的钻压和严重冲击的共同作用下导致钻头损坏。3 底砾岩安全钻进技术措施
为预防三牙轮钻头的损坏而导致井内事故和用于底砾岩地层对新型PDC 钻头的损坏,应从底砾岩地层钻头的选择和新型PDC 钻头的保护入手。3.1 底砾岩地层钻头的选择
牙轮钻头是由壳体、巴掌(牙爪)、牙轮轴承和睡眼等部分组成(图5)。其运动特点是牙齿随钻头一起绕钻头轴线转动的同时,又绕牙轮轴线逆时针进行自转。因此,牙轮钻头具有活动构件较多、结构复杂的特点。
图5 牙轮钻头结构示意图1—牙爪;2—牙轮;3—水眼
冀东油田目前在玄武岩地层中使用最普遍的就是镶齿三牙轮钻头,但由于牙轮钻头的结构特点,在复杂地层(主要指坚硬、破碎等地层)钻进时,极易导致钻头轴承因严重磨损而掉牙轮事故的发生。所以,在底砾岩地层中应该尽量避免使用三牙轮钻头,可以选用无运动构建、耐磨、耐冲击的孕镶自锐式金刚石钻头(图6)。因为,对于底砾岩地层,孕镶自锐式金刚石钻头与牙轮钻头相比具有以下优势:
图6 天然—人造金刚石混合孕镶的自锐式金刚石钻头3.1.1 结构简单
孕镶金刚石钻头的钻头体、金刚石和钻头胎体材料是通过高温高压作用烧结在一起的,因此,孕镶金刚石钻头本身就是一个整体,无运动构件(如图7)。孕镶金刚石钻头通过在钻进过程中保持磨损胎体材料使其中的金刚石保持一定的出刃,从而实现稳定的碎岩效果。这样钻头的结构在钻进过程中避免了像牙轮钻头那样因运动构件严重磨损而导致的井下事故。
3.1.2 耐磨性好
金刚石是迄今人类发现的最坚硬的研磨材料。
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内蒙古石油化工 2012年第13期
其弹性模量极大(8800M Pa ),在空气中与金属的摩擦系数小于0.1,所以具有极高的耐磨性,是刚玉的90倍,硬质合金的40～200倍。同时,用于研磨性强的硬地层的孕镶金刚石钻头的胎体也要求具较高的耐磨性。所以,从整个由金刚石和胎体材料共同组成的钻头工作部分具有很强的耐磨性。3.1.3 耐冲击
在冲击荷载的作用下,如果钻头工作面上的金刚石发生剪蹦,几乎不会影响到钻进效果,再加上钻头本身良好的整体性,孕镶金刚石钻头具有很强的抗冲击能力。也鉴于孕镶金刚石钻头具有耐冲击的特性,人们还设计专门用于坚硬地层冲击回转钻进的孕镶金刚石钻[4]
。
图7 孕镶金刚石钻头结构示意图
3.1.4 综合成本低
虽然金刚石钻头的价格和牙轮钻头相比要贵得多,但由于金刚石钻头在井下工作寿命长,进尺快,起下钻次数少,井下事故少,从钻井综合成本和钻速来说要比牙轮钻头经济合算。3.2 新型PDC 钻头保护措施
底砾岩地层对钻头安全隐患的另一方面就是对用于其上玄武岩层价格昂贵的PDC 钻头的危害。在此,我们要探寻PDC 钻头在底砾岩中的保护措施,通过对南堡5-6井损坏的PDC 钻头损坏的经验教训以及钻井实践的总结分析,总结出以下四点集体的保护措施:
3.2.1 穿越玄武岩地层过程中,发现钻速突然下降,及时提钻,进行钻井液循环,并观察振动筛出岩屑情况,看是否有石英颗粒,如果有石英颗粒,则可能是底砾岩地层,应及时循环起钻更换钻头;若无石
英颗粒,则可以较小钻压进行钻进,并继续观察岩屑上返情况,直至发现石英岩屑,再起钻更换钻头。3.2.2 如果突然发现跳钻现象,应立即循环起钻,更换钻头。因为,根据PDC 钻头切削机理,玄武岩地层用PDC 钻头钻进一般不会发生跳钻现象。如发生跳钻,极有可能是钻遇了底砾岩地层。
3.2.3 认真研读该地区地质资料,预测快钻遇底砾岩层时,可预先起,更换钻头。
3.2.4 在穿越玄武岩地层过程中,提醒地质人员密切关注岩屑成分变化,并及时通知钻井人员,保证钻井方面及时了解到地层变化情况,以预防事故的发生。4 结论
4.1 地层特性分析
通过对冀东油田底砾岩地层的特点进行分析,即砾石分选性很好、强度极高、研磨性非常强的石英质砾石;砾石间属于泥质胶结,胶结较差,并且正好位于玄武岩地层下面。
通过理论分析和实践验证,总结出了底砾岩地层安全、高效钻井的两大隐患,即快速钻井和钻头安全使用。
4.2 快速钻井技术
分别对水力碎岩、井底净化和牙轮钻头的改进三个方面进行了的讨论,提出了自己对提高底砾岩地层机械钻速的一些措施,和进一步研究底砾岩地层快速钻进的思路。4.3 钻头安全使用
分别从结构、耐磨性、耐冲击性和成本四个方面对孕镶金刚石钻头和普遍采用的三牙轮钻头进行对比分析,总结出了金刚石钻头的明显优越性,并建议采用孕镶金刚石钻头来取代三牙轮钻头在底砾岩地层中钻进。
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Research on efficiency drilling technology in the basal conglomera te
SUN J ia -r ong ,Y U Y ong -ni ng
(Depart ment of Geol ogical Sur vey ,Shaanx i Energy Inst it ut e ,Xianyang 712000,China )
Abstract :T hro ug h a study on the f eat ures o f basal cong lom erat e in Jidong Oilf ield,t he t heoret ical analy sis and drilling pr act ice ,t he aut hor proposes t hat t echnical m easures of eff iciency drilling and recom-mendations t o t he basal co ng lomerat e.Serve as a reference f or ot her regions t o deal w it h complex fo rma-tio n of dr il ling eng ineer ing .
Key words :Jidong oilf ield;basal co ng lomerat e;ef f iciency drilling t echno logy
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2012年第13期 孙加荣等 底砾岩地层高效钻井技术研究
水平井钻井技术及其在石油开发中的应用 经济的快速发展使人们对石油的需求急剧增加以及对环境保护意识的日益增强，如何高效，清洁，经济地开采地下能源已经成为目前继续解决的问题。在此情况下，水平井钻井技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油，天然气开发中得到广泛应用的一项综合技术。水平井钻井技术的发展对油井产量提高已经油田采收率提高都起到了只管重要的作用，水平井钻井技术的出现是石油钻井技术方面重大的突破。 水平井技术作为油气田开发的一项成熟，适用技术，在油气田开发中日益得到推广应用，近几年来，随着水平井工艺技术的突破性进展，综合钻井成本逐年下降，经济效益的显著提高，水平井在许多不同油气藏开发中逐步得到广泛应用。本文介绍了水平井的优点及应用范围，论述了水平井的施工技术，并结合钻井工程实例，详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用，最后点出了水平井钻井技术的应用效果和存在的问题。并得出了相应的结论。 关键词：水平井，钻进工艺，攻关目标水平井钻井技术存在的问题，井眼轨迹控制，随钻测量。
第1章绪论 现在，随着经济的发展，人们对石油的需求越来越大，水平井钻井技术成为最重要的钻井技术之一。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量，降低采油成本。并且随着MWD (随钻测量仪)、PDC (聚晶金刚石复合片钻头)和高效导向螺杆钻具的应用，水平井技术已日趋完善。 总的来说。21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化，智能化，轻便化和经济化的方向发展。 传统的公关领域，主要是为钻井施工提供实用心情的工艺技术和装备，目的是提高钻井速度，降低钻井成本。水平井是未来钻井队的主要作业方式，对水品经的研究和发展将成为我们今后的最重要的课题之一，一定要重视和完善。
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井） 国外定向井发展简况
（表一）
10．井眼尺寸不受限制 11．可以测井及取芯 12．从一口直井可以钻多口水平分枝井 13．可实现有选择的完井方案 （4）．短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具 2．侧钻容易２．非常规的完井方法 3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多 6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制 8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（MeasureDepth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL
页岩气水平井钻井技术 摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。针对这些问题，本文对国内页岩气井进行了技术跟踪，归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。 关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻 美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用，正在改变着世界能源格局，而同为世界能源进口大国的中国，同样拥有丰富的页岩气资源。政策以及相关支持政策的陆续出台，不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心，而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式，在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。与常规天然气藏相比，页岩气储层孔隙度主体小于10％，储层孔隙为0~500nm，孔喉直径介于5~200nm，渗透率极低，一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。当前，公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件：①页岩气储集层厚度大于100ft（30m）；②富有机质页岩有机质丰富，TOC > 3 %；③成熟度Ro在1.1-1.4之间；④气含量>100ft3/t；⑤产水量较少，低氢含量；⑥黏土含量小于40 %，混合层组分含量低；⑦脆性较高，低泊松比、高杨氏弹性模量；⑧围岩条件有利于水力压裂控制。页岩气藏作为典型的连续型油气聚集，往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。页岩作为粘土岩常见岩石类型之一，是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的，其成分复杂，除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外，还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物，页岩层理构造发育，多呈页状或薄片状（图1左），并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙（图1右），脆性高、易碎，外力击打作用下易裂成碎片，且吸水膨胀性强，长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。例如，四川威远-长宁构造完成的3口页岩气水平井，水平井段钻进过程多次遭遇井壁垮塌、掉块等复杂，引发卡钻、报废进尺等事故，并导致3口水平井储层段40%进尺作业占总作业时间70%以上。同时，页岩气水平井井壁失稳问题频发，不但严重影响到钻井周期、钻井成本等问题，还直接导致井身质量差、固井难度大、储层污染严重等问题，这些问题都给后续开发带来极为不利的影响。据不完全统计，截止2012年初，四川威远、长宁及云南昭通页岩气产业化示范区完钻的4口水平井，平均井深3357米，平均钻井时间118天，而北美地区井深4000~5000米，水平段1500~2000米的页岩气井钻井周期通常在15~20天，水平段钻井时间仅为5~8天。由此可见，我国相对落后的页岩气水平井钻井技术，已经成为制约我国页岩气工业快速发展的重要瓶颈。
地勘行业特有工种 职业技能考核鉴定论文（技师、高级技师） 题目：深孔钻探技术选择与施工技术探讨 姓名 工作单位 申报工种工程地质工程施工钻工 申报等级技术工一级 联系电话 提交时间 2017 年 6 月 7 日 地勘行业特有工种职业技能鉴定站制
深孔钻探技术选择与施工技术探讨 摘要：根据近几年的现场施工，全液压钻机的使用数量越来越多，同时也出现了不少问题，主要是运行成本较高，部分液压钻机运行时漏油严重，加油如加水。国外的一些液压钻机，维修的零部件不好配备，维修周期长。总体而言，全液压钻机正走在技术成熟售后完备的路上，因此全液压钻机的占比不应太高。待技术成熟后，再提高全液压钻机的使用数量较为合理。 关键词：深孔，设备，钻孔结构，冲洗液 1 设备管材选择 1.1具备1000米以上施工能力的钻机 （1）国产立轴式钻机：XY-5、XY-6、XY-8、HXY-9B。 （2）国产全液压钻机：YDX-3、YDX-1800、HYDX系列、XD-5、XD-6、FYD-2200。 （3）进口全液压钻机：LF-70、LF-90、LF-230、CS1000P6L。 钻机总体性能评价：
在深孔施工中，钻机的最大钻进深度要超过设计孔深20%以上，甚至更高，以备出现孔内事故，要超负荷运转。另一个原因，目前国产深孔钻机技术尚不成熟，标注的最大钻进深度与实际钻进深度有一定差距。 1.2管材 为了满足深孔及复杂破碎地层钻进取心需要，将钻杆体两端墩粗方式来提高钻杆整体强度及寿命，钻杆抗拉强度提高47.6%。抗扭提高50%以上。优点是减少材料消耗及钻杆重量。内加厚适当减少岩心径，可以减少钻头刻取面积、孔内扭矩、功率消耗。目前已大面积推广应用，并取得了较好的综合应用效果，深度超过2000m。但由于材质本身及加工精度等问题，还有需要改进提高的余地。 在钻杆材质方面，我国以往走入了误区，只考虑了钻杆各强度和刚性，忽略了钻杆在钻孔复杂的受力及柔性，从国外钻杆的静强度、钻杆螺纹根部的壁后、应用效果看，钻杆具有良好的柔性、较好的同轴度、螺纹加工精度对防止钻杆折断具有重要的影响。我国钻杆的静强度比国外高的多因此，“863”项目2000米深孔绳索取心钻杆钻杆重点解决钻杆材质、热处理工艺及加工精度等问题。 （1）优选进口Q系列钻杆。 （2）选择国内45MnMoB或XJY850高强地质管材。 （3）选择唐山金石、无锡钻探工具厂等知名厂家产品。 （4）几种国产钢材性能参数对比表（见表1） 钻杆推荐使用深度=(0.75~0.8)×钻杆最大可使用深度
浅析地质勘查中钻探技术手段应用 发表时间：2019-06-26T17:14:42.707Z 来源：《防护工程》2019年第6期作者：董超[导读] 它在国民经济发展中起着非常重要的作用，因为中国是一个人口众多，人口基数庞大的国家。因此，矿产资源总储量相对较大，但中国人均占有量较小。 河北源众矿山工程技术有限公司河北秦皇岛 066000摘要：它在国民经济发展中起着非常重要的作用，因为中国是一个人口众多，人口基数庞大的国家。因此，矿产资源总储量相对较大，但中国人均占有量较小。因此，它将对地质和矿物勘探造成很大压力。本文了解了当前中国地质勘探方法的应用和基本原理。同时分析了应用过程中存在的问题，并介绍了相关的地质矿产勘查方法。展望未来发展，努力不断推动地质矿产勘查的快速进展。 关键词：地质勘查；深部地质；钻探技术 前言： 注重钻孔技术在钻探工程中的应用探讨，可使相应的作业计划实施更具科学性，提高钻孔效率，为钻探工程的科学建设提供保障。因此，需要给予钻孔技术在钻探工程中的应用更多的关注，落实好这方面的应用研究工作，促使钻探工程建设目标得以顺利实现，满足与时俱进的发展要求。 1钻探设备及技术的发展现状 1.1设备及技术发展不断完善 能源是当代社会发展的重要因素，在世界经济的快速发展情况下，对能源的需求也在迅速提升，因此能源危机迅速成为了全球的共同危机。中国在近几年的发展十分迅猛，而对能源的消耗也十分迅猛，因此国家在发展能源勘探挖掘技术方面做出了很大的努力，目前在各类矿产资源综合开发利用方面已经初步完善，并且在技术方面也有所提高。 1.2利用多种设备提高钻探技术 在之前的技术限制下国家并没有对沉埋地下的能源进行开发，只是开发了表层的能源，从而导致了表层能源的殆尽，目前国家主要针对深埋地下的能源进行开发。这便需要各个专业知识的辅佐，才能顺利进行钻探工程。在多种设备的辅助下，钻探工程才能保障质量，施工安全性才能得到提高。 2钻探设备及技术的创新对策 创新在实现技术及设备的突破发展中占据重要地位，要想实现设备的更新换代必须在创新方面做出努力，进而实现技术的更新换代，是钻探技术实现突破性的发展，因此创新是发展钻探工程的基础。 2.1设备的创新发展 由于历史原因，国家的工业发展较慢，与国外的钻探设备相差较大，导致在某些比较深的钻探工程中，仍然使用二代岩心钻机这样的落伍机器，这种钻机主要采用液压立轴，与先进钻机相比工作效率较低，一小时一米的进程实在不堪重用。而国外的先进钻机不仅可以实现一小时三米的进程而且在精确度方面也是遥遥领先中国钻机三倍以上。这说明中国钻机与国外先进钻机还有很大的差距。国家必须做出更大的努力来弥补这个差距，不仅要借鉴他们的经验也要根据中国的地质特点，合理开发新型钻机。 2.2技术的创新 要想实现钻机的创新发展，首先应该在技术方面突破，实现技术创新，才能制造出多功能，高效率的钻机。中国的钻机技术与国外相比还有很多的不足之处，实现创新的这一过程还需要很长的时间。国外相对领先的钻探技术有：绳索取心技术、金刚石钻进技术、深孔钻技术等，这些都是国家需要努力的方面，而且还要创新出适合自己的技术。不断实践自己的创新技术，使之可以适应不同的地质环境，实现可持续发展战略。 2.3人才的培养 培养人才是保障行业创新发展的基础。不管是开发制造先进设备，还是开发创新技术，都需要人才的参与。要想从根本上实现创新钻探设备以及技术的工作发展，必须注重人才的培养，将技术人员的研究素质和经验大大提高。因此注重培养人员素质是必不可少的，参与的研发人员不仅要有先进的技术素养，还应具备独特的创新能力。在设备研发上不仅要明确把握施工时遇到的问题所在还要有强硬的理论能力，这样才能大大缩小新设备出现问题的几率。 2.4综合矿山地质研究钻探 在进行矿山地质勘探时要根据以往的地质资料，和专业地质队或地质院校等共同合作探究，对矿床的成因、类型、空间分布等进行深刻了解，以及矿体的规模、矿石质量、产状等都需要明确了解，从而对矿床的成矿条件、成矿模式、成矿规律等做出推理，做出精确的计划。通过对矿山地质的综合研究，对矿区进行预测、验证以及规划，把钻探工程的经济效益提到最高，为钻探技术的发展做十足的准备。 3钻探技术应用分析 在了解钻孔技术功能特性的基础上，可将其应用于钻探工程中，使得钻探作业计划得以高效实施，为现代钻探工程的更好发展提供支持。钻孔技术在钻探工程中的应用要点具体包括以下方面： 3.1增加钻探工程中技术含量方面的应用 基于钻探工程作业计划的实施，若能重视钻孔技术应用，则有利于增强该工程中的技术含量。具体表现为：（1）在浅钻技术的支持下，可提高钻探工程在近地表部分矿体的勘探效率，并保持这方面勘探作业进行中良好的成本经济性； （2）钻探工程中若能重视岩心钻的科学使用，可实现对埋藏较深的矿体地质状况的深入分析，实现对盲矿体的有效勘探，获取矿体向地下深部延伸的更多信息，促使最终得到的钻探成果更加丰富，逐步实现钻探工程的科学发展； （3）地下钻作用下的钻探作业开展，可实现对产状复杂的矿床的详细勘探。实践中通过对这些不同钻探方法的配合使用，可增加钻探工程中的技术含量，并扩大钻孔技术的应用范围。 3.2提高钻探效率、改善钻探工况方面的应用
浅议复杂地层中钻探施工技术的应用 发表时间：2019-05-20T10:20:33.530Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：丁春阳 [导读] 在钻进过程中，往往导致钻孔超径或缩径，未能及时处理或处理不当，易发生掉钻、卡钻甚至烧钻、埋钻等事故。 黑龙江省煤田地质二O四勘探队黑龙江省七台河市 154600 摘要：随着建筑项目、矿井、铁矿、油田等工程项目的改建、扩建，在施工过程中钻探施工面临的环境条件越来越复杂，尤其是在一些海洋、岩溶地区进行钻探施工，很容易出现卡钻、掉钻以及埋钻的现象，在钻探施工过程中必须要加强对钻探技术的研究，根据地层地貌条件、钻探施工工艺以及机械设备的基本情况出发，提高钻探施工水平。本文对复杂地层中的钻探施工技术进行分析和探讨。 关键词：复杂地层；钻探；施工技术；应用 1复杂地层钻探难以开展的原因 1.1岩性本身引起的复杂地层 构造、蚀变较发育的地层在被冲洗液冲刷和钻具撞击作用下，极易发生破碎及掉块等问题，导致孔壁极不稳定，在钻进过程中，往往导致钻孔超径或缩径，未能及时处理或处理不当，易发生掉钻、卡钻甚至烧钻、埋钻等事故。 1.2溶蚀引起的复杂地层 地下水主要通过溶蚀作用来破坏岩石结构。当坚硬的花岗岩被溶蚀以后，原地层结构存在的溶于水的矿物质被流水带走，最终留下的是不能被水溶解的高岭土与石英颗粒的混合物，在岩心钻探过程中，该类地层发生机械破碎，导致岩心采取率低。 1.3地质运动而引起的复杂地层 地质构造运动时将会产生压力、扭力、剧烈震动等，这些力相互作用就会形成扭性、张扭性等多种断层。如果钻具进入这类地层的破碎区域，通常会出现孔壁大面积坍塌和冲洗液漏失现象。 1.4流水引起的复杂地层 流水会对岩石地层起到冲击或者沉压的作用。比如流沙层以及泥质地层等都是因为沉积所导致的，流失将会造成岩石稳定性降低，牢固性降低，极易引发缩径或坍塌等问题。 1.5风化作用形成的复杂地层 岩石风化将会破坏岩石中颗粒之间的连接力，渐渐使得岩石出现裂隙、松散、断裂等情况，经过长时间的风化与其它作用力的影响极易造成岩石坍塌、掉块等问题。 1.6地层中的矿物岩石引起的复杂地层 一些地层在进行钻进工作时将会使得原有的矿物岩石结构发生变化进而形成复杂地层。加之在后期钻探过程中被反复冲蚀撞击，其稳定性将会严重下降，进而出现破碎等情况，进而产生缩径，严重时会发生孔内事故。 2分析钻探的影响因素 2.1地层条件 复杂地层的脆性、强度、层里等方面都十分复杂，容易对钻探的整体施工高质量造成不良影响。例如，在具体施工过程中，如果发现岩石层里方向与垂直方向的层里硬度较大，在具体钻探过程中，容易出现较大弯曲，并且如果钻探期间遇到溶洞、破碎带，很有可能会卡钻等不良现象，这将会对工程最终的施工质量造成影响。 2.2钻探工艺 钻探工艺会对钻探最终的质量产生直接影响。例如，在具体钻进期间无法对钻井压力进行有效控制，在钻进期间可能会导致钻杆受到影响，从而致使其出现弯曲，这将会导致整个钻孔出现弯曲；如果施工期间，钻速过快，容易导致钻杆回钻期间，离心力变大，在横向上出现振动，这将导致孔径加大；钻探期间如果遇到软岩，要对冲洗液量进行控制，若无法及时控制，将会冲破孔壁，引起卡钻等不良现象。钻探施工会受到地质因素的影响，具体情况如图1所示。 2.3钻机设备 钻机型号及钻机设备质量都会对复杂地层钻探造成直接影响。例如，钻进功率偏低，或钻机出现了较为严重磨损，如果在钻进过程中，遇到复杂地层，钻机的钻速、钻压等各项参数都达不到作业需求，这将会对钻进的施工质量和效率造成不良影响。 3复杂地层中钻探施工技术的应用 3.1选择合理的钻探方法 钻机在复杂的地层中应用，要依据实际情况对钻机的速度和压力进行调整，在具体作业过程中，要依据岩石的耐磨性、可钻性，以及
深部钻探技术方法的研究与应用 发表时间：2019-04-02T10:22:34.607Z 来源：《基层建设》2019年第1期作者：孙晓东 [导读] 摘要：矿产资源在当前，推动了社会经济的迅速发展，就现在的状况来看，许多浅层易开采的矿产已基本得到开发，剩余的大部分矿产资源都是复杂而开采困难较大的矿产资源，在矿产资源的勘探开发中，对于深部矿产资源的开采难度系数非常的大。 宁夏煤炭地质调查院宁夏银川 750000 摘要：矿产资源在当前，推动了社会经济的迅速发展，就现在的状况来看，许多浅层易开采的矿产已基本得到开发，剩余的大部分矿产资源都是复杂而开采困难较大的矿产资源，在矿产资源的勘探开发中，对于深部矿产资源的开采难度系数非常的大。文章对深部钻探技术方法的研究与应用进行了研究分析，以供参考。 关键词：深部；钻探技术；研究与应用 前言 地质钻探技术随着城市化进程脚步的加快，得到了显著的提升。就现在的勘探情况看，许多相对较浅的矿产资源，早都被开发商彻底的开采干净，为了实现对深矿区并且开采较困难的矿产进行钻探，对实际情况的分析必须结合地质理论知识而进行试验，最终确保安全开采能够提高开采效率，确保地质钻探质量最佳。 1地质钻探技术的意义和作用 地质钻探技术有助于寻找深部矿产资源，在采矿业中得到广泛的应用，同时在建筑工程前期的规划中也会利用到。地质勘查的进行，对地下层的具体情况可以进行深入的了解，利于判断出地层中的不稳定因素。地质钻探技术随着科技的发展不断的完善和进步。钻探技术可根据需要增加勘探深度，可以有利于技术人员更清楚的了解地质结构，并确定是否存在不稳定因素，验证所选择的开采方案是否具有可行性。地质钻探技术分析如下： 1.1反循环式钻探技术 反循环钻井技术在地质钻探技术中，是一种新发明的的采矿技术。钻井领域称这项技术为钻井技术的新改革。反循环钻进技术一般有两种：即空气反循环、水反循环。同时，采用两种方法将同一钻孔中的钻具进行钻井的转换。空气反循环技术经济高效。而水循环技术具有取心质量高、清晰判层、效益好的优势和特点。根据地层实际情况，结合两种方式共同进行或者也可单采用水反循环和空气反循环钻进，对国土资源调查分析发挥着巨大的作用。 1.2液动锤钻探技术 液压锤钻进技术，是在旋转钻探的基础上，利用泥浆泵运送的冲洗液体驱动液压潜孔锤，将外力施加到钻头上。也就是把冲击负荷的回转钻头安装在了钻头处。在进行钻孔时，液压锤位于钻杆或岩心管与钻头中间。在深钻条件下，随着钻入加深进入钻孔中对钻头施加冲击力，实现提高钻进效率的要求。液压潜孔钻探是对普通回转钻头的一种改进技术，是现代金刚石钻进和空气钻井的一种新钻井技术。对于坚硬岩石和复杂岩层钻进难度大、效率低来说，是一种有效的钻井技术。 1.3绳索取心钻探技术 不采用提钻方式实现取心的技术称之为绳索取心技术，其原理为：填充岩石或岩心管的心被堵塞，不必直接将钻孔柱放在地面上，利用专业的打捞设施，在钻钻杆柱内将岩矿心的容纳管拉上来。当钻杆需要大修或更换时，钻杆柱才会被提升到表面。绳芯钻井技术降低了起重钻具的耗时，为纯钻井提供了足够的时间，很大程度上提高了钻进的效率；减少了钻井设备举升所带来的磨损，降低了提升钻杆冲洗液对井壁的冲击力，保证了井眼的安全。 1.4组合钻探技术 把空气循环连续取样和水利反循环结合的新技术称之为组合钻井技术，和空气反循环连续取样原理相同，但该技术主要在循环介质中用液体进行作业，采用连续取柱状岩心方式进行钻进，以取心质量好，低劳动强度的特点，但与反循环钻井技术相比较，钻井效率相对较低，并且对钻地层的结构不能及时去了解。该技术在干旱缺水和硬岩地质勘探中经常使用。自该技术推出以来，已在青海、新疆等地区进行了应用。和传统技术进行比较，可使作业效率提高5倍之上，并使可以降低成本。该技术在国内地质钻探中拥有广阔的应用前景。 2深部钻探技术方法的研究与应用 矿区内出露的最老地层为，由变质砂岩、绿色片岩、黑云母片岩、混合岩等组成。主要由石英岩、暗色板岩及白云岩等组成，分为6个岩组，20个岩段。矿区内只出露下部的4个岩组，总厚3000余米。铁、铌、稀土矿主要赋存在H8白云岩与H9板岩的过渡带中。根据铁的边界品位圈定出主矿、东矿等铁矿体群，，东西长16km、南北宽约3km，矿体产状与围岩基本一致。 2.1钻探施工技术措施 2.1.1开孔泥浆钻进 根据孔的地理位置和暴露的岩石表面，表面开口是岩层，但表层非常破碎，这是在采矿过程中回填的岩层。因此，通过泥浆钻进挡土墙中选择钻孔，并通过单管干钻进行钻芯。在相对完整的基岩中钻2.9m后，进入Φ108mm孔板套管，然后使用无固体聚丙烯酰胺冲洗液进行Φ91mm钻孔。钻到13.2米后，岩石完好无损，然后向下流动。Φ89mm技术外壳，适用于普通钻孔。 2.2JS75绳索取心钻进技术措施 2.2.1完整地层施工技术措施 完成Φ89mm技术外壳后，采用JS75绳芯钻孔工艺进行钻孔。岩层主要是在孔深530m范围内的板岩层，颗粒细小、磨削力强、岩石比较完整，孔壁基本稳定。因此，在钻井过程中采用传统的金刚石钻井方法，无水泥浆+水解聚丙烯酰胺+切割浆料可以降低旋转钻井阻力有效提高钻井效率，基本保证钻井。洞的底部是干净的（没有沉积物和岩石粉末）。 2.2.2复杂地面施工技术处理措施 （1）技术措施的确定。当钻孔深达约529.8m时，灰绿泥裂缝断裂带（俗称断层泥）与板岩夹层，上块严重坍塌。采取措施：强制扫多次，扫地时间超过6h。该材料采用大量井筒壁材料，如纤维素油，磺化沥青粉和非荧光防塌剂，以保持钻井施工。钻到614.80m时，它是板岩和白云石之间的接触层。地层柔软坚硬，伴有严重的高岭土，易于减小直径，遇到遇水时容易膨胀，结构松散，易坍塌，仅依靠高质量泥浆钻石加膨润土加苏打灰（NaCO3）和羧甲基纤维素钠（CMC）难以实现墙壁保护。通过研究判断它是由板岩骨折引起的。经过近8个
复杂地层中泥浆技术的应用 介绍了复杂地层中钻井泥浆技术研究与应用的现状和发展，针对大型复杂地层中钻井工程，指出了泥浆性能指标难以保持、性能参数调整困难、稳定性要求高等技术难点，以及泥包钻头、膨胀缩径等容易出现的问题并提出了解决问题的方法。 标签：复杂地层中钻井泥浆处理剂现状 1复杂地层中钻井泥浆技术研究与应用的现状及难点 复杂地层中立井常规钻井泥浆的配制一般使用膨润土和添加剂，常用的添加剂有钠羧甲基纤维素、三聚磷酸钠和FA367 等，钻井泥浆性能参数见表1。 复杂地层中钻井工程井筒深、冲积层厚、钻进直径大等特点为泥浆技术的研究及应用带来一定的困难，目前为止，复杂地层中钻井泥浆制作工艺仍需进一步研究和完善。相对来讲，石油钻井技术中的泥浆制作工艺已比较成熟，这也许能为解决复杂地层中钻井泥浆问题开辟一条新的途径。 1.1复杂地层中钻井泥浆性能指标难以保持 复杂地层中立井钻井施工采用反循环洗井方式，即利用压气升液的原理，在空心钻杆上部插入一根尾部钻有许多小孔的风管，通入压缩空气后，气浆混合，钻杆内外形成压差，使带有岩屑、泥渣的泥浆通过钻头体下面的吸收口进入钻杆中的环形空间，经水龙头排到地面。深部钻进时，一个完整循环大概需要十几个小时，使得大量泥浆长时间滞留在井内，容易产生沉沙、离析等现象将直接影响破岩效率和排渣效果；钻进过程中遇到的黏性土层和砂性土层较多，自然造浆量较大，维护泥浆性能的添加剂浓度不断降低，含砂量不断增加，泥浆性能指标难以保持。 1.2复杂地层中钻井泥浆的性能参数调整困难 复杂地层中深立井钻井直径大，所需的泥浆量大（如山东龙固煤矿 2 个主井井筒钻井深度582.75 m、钻井直径8.7 m，风井井筒钻井深度580 m、钻井直径9.0 m，每口井泥浆量3.5 万m3 左右），泥浆性能参数调整比较困难，处理时间长，资金投入大。 2复杂地层中钻井泥浆容易出现的问题及解决方法 2.1泥包钻头问题 工程实际中，通常采用不同泥浆体系和提高操作工艺来避免或减少泥包钻头。采用抑制性泥浆体系，减少黏土的水化膨胀和分散；选取低黏度、低切力的
岩土工程勘察中钻探技术的应用 发表时间：2015-12-25T15:01:34.697Z 来源：《基层建设》2015年15期供稿作者：耿成珍1 周庆云2 [导读] 1.十四冶建设云南勘察设计有限公司；2.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院钻探作为岩土工程勘察最主要的手段被广泛应用，钻探技术的高低，直接关系到勘察成果的质量。 耿成珍1 周庆云2 1.十四冶建设云南勘察设计有限公司； 2.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院 摘要：钻探作为岩土工程勘察最主要的手段被广泛应用，钻探技术的高低，直接关系到勘察成果的质量。所以，应对其进行更深入的了解，以便进行更精准的控制。文章对岩土工程勘察常用的钻探工艺进行了全面详细的了解与分析，并仔细分析了钻探技术在地质勘察工程中的应用。 关键词：岩土工程勘察；钻探技术；应用 伴随我国经济的发展与进步，土木工程建设也在飞速的发展，而岩土工程勘察行业也伴随土木工程的进步而进步。钻探技术依靠自身能直观反映的特点，成为了岩土工程勘察过程中最关键性的工序。众所周知，目前阶段，在我国经济持续发展的背景下，工程建设行业发展的速度加快，使得岩土工程勘察业务量增加，特别是高层、超高层建筑物的勘察过程中，取样、原位测试工作等对钻探技术提出了更高的要求。 一、岩土工程勘察概述 岩土工程勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性态的影响，并结合工程设计、施工条件以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提交处岩土工程问题及解决问题的决策性具体建议，并提出基础、边坡等工程的设计准则和岩土工程施工的指导性意见，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程[1]。 岩土工程勘察的手段主要有：工程地质调查和测绘、钻探及采取土试样、原位测试、室内试验、现场检验和检测，最终根据以上几种或全部手段，对场地工程地质条件进行定性或定量分析评价，编制满足不同阶段所需的成果报告文件。其中，钻探技术是勘探方法中的关键技术，并且在孔内原位的测试以及岩土样品的采取中发挥重要的作用。如果钻探技术存在一定的问题，就无法实现准确揭露地层结构，并且也无法获得准确的力学参数，更严重的会对工程整体的质量产生影响，甚至会产生一定的安全隐患。 二、岩土工程勘察与钻探 1、岩土工程勘察中常用的钻探技术 （1）反循环钻探的技术 反循环钻探技术主要包括空气反循环技术与水力反循环技术，两者之间的循环介质存在一定的差异[2]。其中，水力反循环钻探技术的循环介质主要是水和泥浆，而其循环的方式则是将循环介质送至孔底，这样就可以使取心钻头达到柱状岩心，岩心随着钻头一起返回地面。但是，空气反循环钻探技术的循环介质是空气，并且通过双臂钻杆外管作用，就可以将空气送到孔底。与此同时，空气会产生剧烈膨胀的现象，进而形成冲击力，带动孔底潜孔锤对孔底岩石进行撞击。随后，钻杆就会把空气一同带回地面，并携带相应的岩屑，根据岩屑就可以对地质进行所需信息的测量了。 （2）绳索取心技术 在利用绳索取心技术来获取岩心时，无需利用钻杆，并且只有在必须更换钻头或者钻头出现问题的情况下才需要使用钻杆。绳索取心技术的重点就是在出现堵塞情况时打捞所使用的工具与存储岩矿心的岩心管。在进行岩心的提取过程中，也无需对钻杆住进行提升。 （3）液动潜孔锤技术 液动潜孔锤技术主要的工作原理是充分利用冲洗液，使其有效的带动液动潜孔锤进行运行。在液动潜孔锤受到外力冲打的情况下，液动潜孔锤就会将此能量中的部分能量传给钻头，进而将岩石击碎。而泥浆泵在冲洗液的输送工作中具有重要的作用，运用泥浆泵就可以使钻头进行反复的运动，进而产生冲击负荷。 （4）组合钻探技术 组合钻探技术就是将反循环钻探与绳索取心以及液动潜孔钻探技术相互结合形成的，这种具有综合性的钻探技术，能够科学合理的融合入各钻探技术的优点。并且，组合钻探技术能够按照实际的地质情况进行钻探工作，能够有效的减少施工的成本与劳动的强度，并且有利于钻探作业效率的提高[3]。 2、钻探技术在岩土工程勘察中的应用 因为隧道地质勘察具有代表性，所以下文以钻探技术在某高速公路隧道地质勘察中的实际应用为实例进行分析，这样也能够更直观的了解钻探技术在地质勘察领域中的应用效果。 （1）测量并标定孔位 在开钻之前，相应的测量技术人员对标高以及掌子面中线与拱部控制点进行测量，并且技术人员需要按照之前所设计的钻孔位置与角度，合理的选用测量仪器，确定孔位和标准的角度，保证钻头段与主动杆处于同一方向与孔位对准，并对钻机进行定位，为开孔工作做好准备。 （2）开孔 在钻机完成就位，并对相关设备的运行进行调试以后，准备开钻。应充分考虑到围岩情况，进而正确的选择合适的钻头，保证开孔处于两米到五米的范围内基本无偏差。 （3）安装孔口管 根据选择的钻机配套钻头选择孔口管的加工方式。通常，钻头的直径采用的是76与91，所以，可以使用直径为108的无缝钢管作为孔口管使用，一般的长度是两米[4]。如果存在围岩不理想的状况，可以合理的对孔口管的长度加长，这样可以更好的保证锚固止水的功能。在孔口管的管身处要使用麻丝来封堵孔口管与岩壁之间的缝隙，孔口管的底部是使用锚固剂进行封堵的，长度在十厘米至十五厘米范围内。在对孔口管进行清洗时，需要使用高压水对孔壁进行清洗，然后与快硬水泥进行拌合，形成糊状，并将其放入到孔内。此过程需要使
钻井新技术及发展方向分析 1 钻井技术新进展 1.1石油钻机 钻机是实现钻井目的最直接的装备,也直接关系到钻井技术进步。近年来,国外石油钻机能力不断增强,自动化配套进一步完善,使钻机具备更健康、安全、环保的功能,并朝着不断满足石油工程需要的方向发展。主要进展有: (1) 采用模块化结构设计,套装式井架,减少钻机的占地面积,提高钻机移运性能,降低搬家安装费用。 (2) 高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。 (3) 采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自动化工具,提高钻机的智能化水平,为提高劳动生产率创造条件。 1.2随钻测量技术 1.2.1随钻测量与随钻测井技术 21 世纪以来, 随钻测量(MWD) 和随钻测井(LWD) 技术处于强势发展之中,系列不断完善,其测量参数已逐步增加到近20种钻井工程和地层参数,仪器距离钻头越来越近。与前几年的技术相比,目前,近钻头传感器离钻头只有0.5～2 m 的距离,可靠性高,稳定性强,可更好地评价油、气、水层,实时提供决策信息,有助于避免井下复杂情况的发生,引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。由于该技术的市场价值大,世界范
围内有几十家公司参与市场竞争,其中斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯3 家公司处于领先地位。 1.2.2电磁波传输式随钻测量技术 为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要,电磁波传输MWD(elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD) 技术研究与应用已有很大进展,测量深度已经达到41420 km。 1.2.3随钻井底环空压力测量技术 为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要,哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪（annular pressure measurement while drilling，APWD) ,在钻井过程中可以实时测量井底环空压力,通过MWD 或EMMWD 实时将数据传送到地面,指导欠平衡钻井作业。 1.2.4 随钻陀螺测试技术 美国科学钻井公司将航天精确陀螺定向仪封装在MWD 仪器中研制出随钻陀螺测试仪( gyro measurement-while-drilling ,gMWD) ,截至2007 年底,gMWD 已经在美国的多分支井中成功应用数百口井,特别是在需要精确定向或对接井中起到了关键作用。 1.2.5 井下随钻诊断系统 美国研究人员开发出了井下随钻诊系统(diagnostics-whiledrilling，DWD)包括井下温度、压力、钻头钻压、钻头扭矩、井斜方位和地层参数等各种参数测量仪器,高速实时数据传输系统及其相关的仪器,地面
工程地质勘察中钻探技术的应用分析陈军 发表时间：2018-05-15T15:04:18.157Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第34期作者：陈军蒲鸿波王益林 [导读] 本文探讨了工程地质勘察中钻探技术的应用。 四川省煤田地质局一三五队四川泸州 646000 摘要：钻探技术是工程地质勘察中重要的技术，是工程地质勘察十分有效且重要的手段之一，不同的地质对钻探技术的要求不同，在工程地质勘察中对钻探技术的选用也是重要环节之一，因此必须加强对工程地质勘察的钻探技术进行研究分析。本文探讨了工程地质勘察中钻探技术的应用。 关键词：工程地质勘察；钻探技术；应用 探矿工程技术在众多领域都发挥了不可替代的作用，在实际工作中，要正视工程中存在的一系列问题，并针对这些问题制定相应的改革措施，发挥各方的主观能动性，在社会经济发展的指挥棒下，充分发展技术、理论知识和实践创新能力，必将具有十分重要的现实意义和经济效益。 1 地质勘察工程简述 1.1 工程地质勘察工程的概念 工程地质勘察是指通过对于地质情况的勘探、调查、试验从而对于区域内的地质状况充分了解，为工程的施工打下基础。在地质勘察过程中需要对工程的岩土结构和水体分布情况进行详细的分析调查，以便充分了解岩土体的空间分布及变化规律，便于工程建筑施工时采取相应的措施从而确保工程地基的稳定。 1.2 工程地质勘察的特点 工程地质勘察过程中，相关的现场勘察人员需要充分考虑到工程的现场地质条件。不同的工程有不同的勘探要求，一般的民用建筑在勘探布孔时会沿着建筑轮廓线进行布孔，而水坝等大型建筑在布孔时往往会沿着建筑的轴线进行布孔。在钻探时也应当尽量选择相对较为简单的钻探方法与设备。钻探不仅可以了解现场的地质条件和地层岩性，还能帮助勘察人员进行地层的取样与实验。 2 工程地质勘察中对钻探技术选用的影响因素 2.1地质条件的不同影响钻探技术的选用 第一，卵碎石类地形的松散度影响。松散的卵碎石地形比较容易钻孔取样，钻入难度小，比较轻松，但是由于比较松散很容易坍塌，所以可以考虑使用跟管钻进；不够松散的卵碎石地形由于鹅卵石排布比较紧密，可以从一定程度上减少塌方的危险，但是相对来说很难钻入，所以可以选用裸孔钻进。第二，卵碎石层含水度影响。卵碎石层含水量的大小也会影响钻探技术的选用，含水量高的卵碎石层通常土质比较潮湿，钻孔难度小，但是土质疏松也容易发生塌陷，最好采用跟管钻进的方法，当然也有特殊情况，如果最底层土质属于粘性土，则会比较稳固不易塌方，用裸管钻进也是可以的；反之，如果含水量较小的话，土质会比较紧密，不易塌方，跟进难度也比较大，可以采用裸管钻进的技术。第三，卵碎石颗粒的直径大小有差异。钻具的口径和卵碎石颗粒的直径有着十分密切的关系，选取时最好采用口径大于石头颗粒直径的钻具，必要时候可以对钻具口径进行加大来确保钻孔工作的顺利进行。第四，卵碎石层的属性差异。卵碎石层的土质大都是粘性土，适合采用裸管钻进，但是在钻进过程中要用跟管对孔壁进行保护，来预防钻孔时孔壁的崩溃。 2.2工程地质钻探技术常用的方法不同 在一般情况下，施工地点的地质条件都是不同的，针对不同的地质条件有不同的地质钻探方法。具体如下： 第一，击入法，主要适用于土层分布极为紧密的情况，操作方式是使用连续锤子敲击，实际情况中多采用重锤少击来进行，以保证土质的还原，而且效率也比较高；第二，压入法，适用于土质疏松的情况，有连续压入和断续压入，前者一般适用范围比较广；第三，振动法，这一种由于会对土质产生波动，破坏地质结构，一般不建议使用。 3 工程地质勘察中钻探技术的应用 3.1反循环钻探技术的应用 反循环钻探技术是一种应用较为广泛的钻探技术，其在实际的应用中根据循环介质的不同又被分为空气反循环钻探技术和水力反循环钻探技术。空气反循环钻探技术在钻探过程中以空气作为介质来进行钻探，在钻探过程中通过双臂钻杆外管来实现对于压缩空气的传输，将其输送到孔底，压缩空气在膨胀后产生较大的冲击力，驱动孔底的孔锤对岩石进行冲击，而后钻杆又将空气和岩屑带回地面，实现对岩屑的检测化验，水力反循环钻探技术是以泥浆或水作为介质进行转孔的，在转孔时将水送至孔底驱动钻头，在钻头的作用下获得岩层，而后在钻杆的作用下转头内的岩芯带回地面，实现样品的钻探采集。 3.2 绳索取心技术 在工程地质勘察中，如果使用绳索取心技术，则不需要钻杆辅助，在钻探过程中，只有当钻头出现质量问题时，采取更换钻头或者使用钻杆。该项钻进技术的核心工具是打捞工具以及岩心管，在钻进过程中，如果发生堵塞问题，则可以使用打捞工具，在提取岩心时，可以使用岩心管。绳索取心技术在钻进施工过程中，施工便捷，而且适应性较强，因此应用范围十分广泛。与此同时，通过该项钻进技术，有利于确保岩心质量，而且钻进深度较低，所以，钻进效率比较高。在钻探施工中，如果出现堵塞问题，则通过打捞工具的辅助，可以有效避免钻杆工具与岩心发生摩擦，有利于提升钻进效率。由于该项钻探技术不需要频繁的提升钻杆，而且升降次数比较少，因此，施工人员的劳动强度比较低，钻头的使用寿命也比较长。现阶段，该项钻探技术已经被广泛应用于工程地质勘察中。 3.3 液动潜孔锤钻探技术 液动潜孔锤又被称为液动冲击器，事实上它只是一种辅助加快钻探效率的技术，是对传统的回转钻探的改良产物。在传统回转钻探中，钻头在切削土壤的同时，泥浆泵还将输送泥浆或者水对钻孔进行清洗，进而使钻头的工作效率得到保障，该技术正是在这一基础上发展而来的。 该技术利用泥浆或水等介质辅助钻头钻探。具体过程是液动潜孔锤对液体介质施加压力，转而液体介质对钻头施加相应的冲击力，这种冲击力是具有一定固定频率的。这种技术充分利用了岩层的固定物理性质：岩层硬度大、抗剪力，但是不耐冲击力。传统的回转钻头是
南方海相PDC钻头下岩屑录井方法1
南方海相PDC钻头下岩屑录井方法 胡端义张军罗世国 (江汉石油管理局测录井工程公司湖北潜江 433123) 摘要：PDC钻头在南方海相勘探的广泛应用，使传统的岩屑录井面临严峻挑战，为适应海相勘探开发需要，优选出合理的碳酸盐岩录井系列，本文从南方海相地层特征出发，指出了应该注意的录井相关流程及要求， 重点介绍了显微镜放大描述法、化学试剂分析法、外观特征描述法、综合录井参数辅助识别法、综合分 析判断法五种岩屑录井方法，探讨了自然伽马地面测量识别法和岩屑光学成像色差识别法两种新技术方 法；并通过应用实例分析了南方海相PDC钻头应用条件下录井随钻岩性识别的应用效果。 关键词：南方海相 PDC钻头岩屑录井地层特征录井参数 引言 集团公司油气并举战略实施后，南方海相成为勘探的主战场。与早期钻井不同的是，工程多采用PDC钻头钻进，井型也以大位移井、侧钻井、水平井为主。PDC钻头的广泛使用，使钻井进入了高钻速、高时效的“双高”时期，传统的岩屑录井面临着严峻挑战。 首先，水平井采用螺杆涡轮钻进或旋转复合钻进后，钻时、钻压、扭矩等综合录井工程参数变化不明显，以找油为主的碎屑岩PDC录井方法（如钻时录井、定量荧光录井、dc指数）无用武之地。 其次，PDC钻头研磨地层作用强，岩屑细而碎，使用常规普通放大镜，矿物成份和结构的辨别较为
困难。 面对PDC钻头带来的诸多技术难题，在随钻测量技术（LWD）大范围推广尚不成熟的条件下，录井行业不能消极被动，必须跳出碎屑岩PDC录井的旧框框，摸索出新的录井方法和录井手段，优选出合理的碳酸盐岩录井系列，以适应日新月异的海相油气勘探开发需要。笔者从事南方海相录井工作多年，总结了近年来江汉油田在南方海相录井中的方法和手段，供录井业界同仁探讨。 1．南方海相地层特征 目前，南方海相勘探基本集中在志留系以上的上组合地层。自井口侏罗系沙溪庙组至志留系，地层沉积剖面以碳酸盐岩为主，其次是碎屑岩及粘土岩，少为蒸发岩及炭质岩（煤）。 侏罗系－上三叠统以砂、泥岩为主，中、下三叠统－上石炭统以碳酸盐岩为主，下石炭统－志留系为石英砂岩、泥页岩。该区碳酸盐岩目的层中，岩性又以石灰岩为主，次为白云岩，另有一些特殊岩类——炭质岩（煤），石膏岩及少量凝灰岩（绿豆岩）等。 * 胡端义工程师，1971年生，1994年毕业于江汉石油学院石油地质勘探专业，现在江汉油田测录井公司录井大队从事现场录井生产与技术管理工作。通信地址:湖北省潜江市江汉油田。邮编:433123 电话0728－6578530。
作者简介:黄洪春,1966年生,工程师;1986年毕业于重庆石油学校钻井专业,现从事煤层气研究与试验工作,已发表论文 10余篇。地址:(065007)河北省廊坊市万庄44号信箱。电话:(010)69213379。 Ο加里?特瑞特.新型水平定向钻井系统.煤矿区煤层气项目投资与技术国际研讨会论文集.2000年9月北京。 煤层气定向羽状水平井钻井技术研究 黄洪春 卢明 申瑞臣 (中国石油勘探开发研究院廊坊分院) 黄洪春等.煤层气定向羽状水平井钻井技术研究.天然气工业,2004;24(5):76～78 摘 要 从煤储层特性分析入手,讨论了现有煤层气井增产技术的不足,阐述了用特殊的羽状水平井来提高煤层气单井产量的有利条件。并通过室内实验和研究,介绍了煤层气定向羽状水平井的设计方案、钻井关键技术和主要工具结构原理,提出了在国内现有技术与装备条件下相应的实施方案和建议。所述技术对中国煤层气的开发具有实际应用价值。 主题词 煤层气 羽状水平井 设计 钻井技术 煤层实施羽状水平井的有利条件 由于垂直井贯穿煤层割理系统长度有限(通常为煤层厚度),而煤层气藏基岩渗透率很低,为获得经济产量需要对煤层实施增产措施。从我国煤层气试验井来看,先后试验了水基压裂液压裂、CO 2泡沫压裂、裸眼洞穴等多种增产技术措施。 对各向异性的煤层气藏压裂水力裂缝方位研究表明,水力裂缝通常沿与面割理(煤层主应力和渗透率方向)平行方向延伸,不能充分地进入煤层深部。加之煤层机械强度低、易压缩,压裂裂缝难以控制,压裂砂易嵌入煤岩使其对煤层的支撑效果大大降低,并有可能在裂缝周围形成一个屏障区。从8口裸眼洞穴完井的试验情况来看,因造洞穴方式和施工工艺的不同,未达到改善近井地带渗透率而使增产效果差。 理论研究和常规油气储层实践证明,当储层纵横向渗透率比值大于0.1时钻水平井效果显著,其产量可达直井的3～10倍,煤层气储层渗透率完全符合该条件。 要在渗透率较低的煤储层中获得经济的煤层气产量,需要更多的煤层裸露和割理系统沟通才能实现,而羽状分支水平井可以做到这点。 综上所述,煤层气储层具有钻羽状水平井有利 的条件。 煤层气定向羽状水平井设计 所谓羽状分支水平井是指在一个主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道,分支井筒能够穿越更多的煤层割理裂缝系统,最大限度地沟通裂缝通道,增加泄气面积和气流的渗透率,使更多的甲烷气进入主流道,提高单井产气量。 1.煤层气羽状水平井完井方法 对于煤层气定向羽状分支水平井的完井方式,工艺较简单,主要采用裸眼完成,直接投产。 2.井身结构 煤层气需要通过排水降压解吸附才能产出,因此,定向羽状水平井井身结构必须考虑排水采气。参考美国已成功完成的羽状分支水平井钻井方案Ο,结合我国煤层特点提出如下两种井身结构方案。 方案一,需要另钻直井抽排水。 215.9mm 井眼在目的煤层顶部下入 177.8mm 技术套管并注水泥固井;用 152.4mm 钻头小曲率半径造斜进入煤层,并在煤层中钻500～1000m 长的主水平井眼;然后用 120.6mm 钻头由下往上在主水平井眼两侧不同位置交替侧钻出4～6个水平分支井眼。单个水平分支井眼长300～600m ,与主水平井眼成45°夹角,全部采用裸眼完井。最后,在距水平井井 ? 67?