大陆科钻1井取心工艺新技术

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1、大陆科钻1井取心工艺新技术前言科钻1井是一口地质科学探井，在地质构造上有别于一般的油井。钻井选区位于中国中东部的秦岭—大别山—苏鲁造山带的东段，江苏省东海县境内苏鲁地区的南部。地质条件的复杂给钻井施工带来的主要困难：⑴岩层坚硬难钻：岩层主要为片麻岩、榴辉岩、橄榄岩、片岩、斜长角闪岩、糜棱岩和碎裂岩。硬度大，可钻性差，可钻性级值7~9级，有的达10~11级；先导孔和主孔中都将钻到一定厚度的橄榄岩，此类岩石属超基性岩，岩石密度大，硬度大；先导孔和主孔都将钻遇到糜棱岩带，硬度将更大，面理极发育；断层岩硬度、密度及井隙度有很大的差异，软硬岩层会交互出现。⑵变质岩变质深浅不一，其相带变化亦即软、

2、硬地层交互出现频繁，加之面理极其发育和片岩的片状结构，将是强烈的造斜地层，该地区最大的地层倾角30~35°,面理最大倾角30~70°。⑶构造变形岩层的不稳定性给防塌、防卡带来难题，特别注意在柱状剖面上650m、1930m、3210m、4550m井段的地层变化。⑷井区断裂发育，钻井内可钻遇多条断层，易出现漏失、喷涌。该井于2001年6月25日开钻，截至2004年11月30日已钻至井深4900m，共进行1158回次的取心作业，取心进尺4799m，收获岩心4333m，岩心采收率90.3%，达到工程设计要求80%的目标，生产安全无事故，在多项钻探工艺上取得的重大突破。螺杆马达+液动锤+普通双管

3、金刚石孕镶钻头取心工艺是将传统的旋转钻进和古老的顿钻钻进有机的结合起来，由此而产生了回转冲击钻进技术和冲击回转钻进技术。螺杆马达＋液动锤取心钻进工艺在我国属首次试验，液动锤的冲击频率可高达1200次/min，根据地层的岩性变化来调整液动锤的冲击功，使回转冲击钻进和冲击回转钻进相互转换以适应地层。回转冲击钻进主要是以螺杆回转为主、液动锤冲击为辅的钻进技术，通常是螺杆的转速大于液动锤的冲击频率，主要是靠螺杆的高速旋转来达到高速取心钻进的目的；而冲击回转钻进是以液动锤为主、螺杆为辅钻进技术，液动锤的冲击频率远大于螺杆的转速，主要是靠液动锤冲击来达到高速取心钻进的目的，螺杆的旋转主要用于改变冲

4、击点和清砂作用。经试验结果表明，采用该工艺，比单独使用螺杆钻进可提高机械钻速4~6倍，平均提高50%以上。另外液动锤的使用，可以在岩石破碎的地层中可以有效的防止堵心和提高单筒进尺，同时还具有延长钻头进尺寿命、防止井斜、减少井底钻具卡钻等作用。1冲击回转钻进工艺1.1冲击回转概念冲击回转钻进就是在带有冲击载荷下的回转钻进，它是顿钻钻进和旋转钻进相结合的一种钻进方法。1.2冲击回转钻进的岩石破岩机理冲击回转的主要特点是冲击载荷在冲击瞬时达到极高值，接触应力集中，在有预压作用下可以瞬时破碎岩石。在钻头刃齿上不但对岩石作用着静载轴向力和回转切削力，另外还附加了一种连续冲击动载荷，钻头同时在三种

5、载荷下工作。1.3冲击回转钻进优点冲击回转钻进和纯冲击钻进及纯回转钻进都有不同，归纳起来有以下几个主要特点：⑴由于钻头在三种载荷下工作，所以这种钻进方法对钻头要有很好的抗冲击要求；⑵这种钻进方法与常规回转钻进方法相比，它要求的钻进参数是钻压低，钻速低，流量大，泥浆含砂量要小；⑶它与回转钻进相比，可以扩大钻头对地层的适应范围，硬软地层兼可；⑷一般来说，它比回转钻进具有效率高，钻孔质量好，事故少，成本低等优点。2液动锤技术2.1液动锤的工作原理液动锤的工作原理是将液体流动的能量转化成锤子的冲击力。从地面看来，不需要转盘旋转，只消耗泵压，也就是说，只需要泥浆泵提供能量。液动锤的控制元件是一个

6、双稳射流元件，泥浆泵输出的高压水经钻杆柱输入射流元件的喷嘴时产生附壁效应，它主要是靠液流的附壁效应来实现活塞的上下活动，实现旋冲钻进(见图1)。该钻具具有结构简单、启动方便、工作稳定、性能可靠等诸多优点，能明显提高机械钻速和井身质量。2.2技术性能冲击器外径（mm）：127冲锤质量（kg）(含活塞)50~60冲击行程（mm）：20~100水泵流量（L/min）500~600压力降（MPa）3~4冲击频率（次/min）1000~1500单次冲击能（J）60~150钻具总长（mm）22902.3中国大陆科探井使用液动锤的情况液动锤的使用使单一的转盘的回旋钻进变成回旋冲击钻进，从理论上非常有

7、利于快速破岩，从实际使用效果来看也非常乐观，它有效的加快了钻进速度，防止了井斜和堵心（见表1）。从现场试用看，无论是在榴辉岩里还是在角闪岩和片麻岩里，液动锤正常工作时机械钻速是不工作时的4~6倍，而且单筒进尺也较长，由此可见，液动锤在钻进速度上体现了很大的优越性。2.4液动锤的优越性及展望从中国大陆科学钻探井CCSD-1的施工来看，液动锤的确解决了许多问题：⑴在同种地层钻进比较，机械钻速大约是普通钻进的4~6倍；⑵大大提高了单筒取心进尺和收获率