钻井液类型对南极冰层取心钻进工作的影响

钻井液的类型与性能对于提高极地冰层取心钻进的效率与保证钻孔稳定性具有重要的影响。在分析铠装电动机械钻具工作原理与钻井液循环方式的基础上,较为详细地分析了升降钻具的速度与钻井液粘度与密度之间的关系;分析了现有钻井液类型和所存在的问题;以二元脂肪酸二醇酯、低分子量饱和脂肪酸酯与甲基硅油的试验测试数据为基础,确定了可用于极地冰层取心钻进的钻井液类型及其性能要求。     

脂肪酸酯分子结构对酯基钻井液性能的影响

脂肪酸酯的分子结构对酯基钻井液的性能具有重要的影响。在分析脂肪酸酯分子中酯基基团数、饱和度、分子构型、分子量大小以及分子间作用力的基础上,选取了6种饱和脂肪酸酯作为研究介质,测试了在不同温度条件下介质的粘度与密度,分析了影响介质粘度与密度的机理,得出了在低温下介质的粘度大小主要取决于脂肪酸酯中脂肪醇分子链的长度。介质密度的高低主要取决于脂肪酸酯的分子量,与脂肪酸酯中酯基的位置、α氢的活泼性以及分子间作用力大小无关。     

南极冰层取心钻探钻井液对雪层影响的模拟研究

深冰层取心钻探是极地科学考察的重要组成部分。在极地勘探取样过程中做到在获得高质量冰岩心样品的同时,将钻井液对极地环境的污染降低到最低程度,对保护极地原生环境具有重要意义。依据南极科学钻探的地层条件,应用Visual Modflow建立了污染物在雪层中的运移模型,在污染物浓度保持恒定时,对钻孔内污染物进行了数值模拟,预测了10年后污染物在雪中污染羽扩散范围。在此基础上,对比分析了不同弥散系数时,雪对污染物弥散的能力。极地科学钻探使用的钻井液粘度通常是水的10倍,随着污染物粘度的增大,其扩散的距离也将相应减少。研究结果为深入开展极地冰层取心钻探钻井液对极地环境影响评价研究奠定了重要的理论与技术基础。     

冰钻电动机械钻具孔内升降运动特性试验研究

根据冰层钻进特点,从钻孔水力学角度出发,分析测试了钻具的质量、长度与钻井液的粘度、密度等因素对钻具下降速度特性的影响规律。通过对4种长度、不同质量的钻具在2种酯类钻井液中下落过程的测试,得出了钻具的下落速度与钻具的长度呈反比,与钻具的质量呈正比,且钻具的下落速度随钻井液的粘度和密度的增大而减小。钻具下落的加速运动时间主要与钻井液的粘度、密度及钻井液在钻具表面流动时的剪切速率有关。     

南极冰下基岩热水驱动快速取心钻具研究

南极大陆冰下基岩岩心对研究南极大陆地质构造及成因具有重要意义,目前尚没有任何一个国家在南极内陆成功钻取冰下基岩样品,研制可快速钻至冰岩界面并完成基岩采样的钻进设备迫在眉睫。针对极地冰下基岩取样技术难题,提出了一种可结合热水钻系统使用的采用热水驱动的冰下基岩取心钻具概念设计。该钻具系统采用常规热水钻完成南极大陆上覆冰层钻进,然后更换热水取心钻具穿过已有钻孔快速到达冰岩界面,完成冰下沉积物和基岩取心钻进,大大缩短基岩取心时间,提高钻进效率。结合中国自主研发的热水钻系统参数,对螺杆马达压力损失和输出扭矩进行理论计算,提出了螺杆马达选择依据。该技术有望在未来极地冰下基岩取心钻进中发挥重要作用。     

南极冰岩界面钻进过程孔斜规律研究及调控装置设计

南极冰层下基岩取心，对于研究南极冰川形成的历程和全球气候变化等方面具有重要的意义。钻遇冰层和岩层的倾斜交界面时，极易发生孔斜，影响基岩取心的质量甚至成败。本文分析了钻头在冰岩界面钻进过程中的受力状态，探究了地层倾角、钻压、转速、机械钻速、单位体积切削功等因素对钻头受力及孔斜规律的影响。最后，基于满眼防斜的原理设计了针对冰岩界面防斜的垂直入岩装置。     

极地深部冰层取心钻探孔壁水压致裂研究

为了维护极地深部冰层取心钻探工作中钻孔的稳定,避免孔内事故的发生,冰层孔壁的水压致裂问题是亟待解决的重要科学问题之一。本文在深入分析国内外冰层钻探资料的基础上,结合冰盖动力学相关理论,计算得出了钻孔所在区域冰层的密度、温度及内部应力随深度的变化规律。在此基础上,结合油气资源勘探水力压裂技术与冰层钻进钻井液等相关理论,建立了合理的孔壁压差计算方法,深入探讨了适用于深部冰层钻探孔壁水压致裂机理。研制了冰层钻孔水压致裂模拟实验装置,可分析研究不同围压条件下冰样的脆性变形机理。结合我国Dome A深冰心钻探工程实际,提出钻孔可能发生水压致裂的深度区域及孔壁所需的起始裂纹长度判定,以期为后续的安全高效冰层钻进提供重要的理论依据。     

南极冰钻钻井液应用性试验研究

钻井液的性质及性能参数对于南极科学钻探有着重要的影响。钻井液除了必须要具备合适的粘度和密度,以满足冷却钻头、平衡孔壁压力、携带冰屑、清洁孔底的要求外,钻井液的性质如导电性、导热性及其腐蚀性对于保证钻具的正常工作、输送孔内信息也有着重要的影响。根据目前已经在南极使用的钻井液类型,分别对6种介质(国产硅油-3cst、KF96硅油-2cst、丁酸乙酯、丁酸丁酯、丁酸戊酯、丙酸丙酯)在不同温度下的电导率、导热系数和对密封件的腐蚀性进行了试验测试,选出了适合南极应用的钻井液类型及在钻具中使用的密封件材质,可供极地钻探选择钻井液类型及钻具设计提供重要的参考。     

钻井液水侵事故处理及维护方案

在钻井施工过程中,地层出水会对钻井液造成水侵,导致钻井液性能发生恶化,如果不对钻井液性能进行及时调整和维护,会给安全钻进带来极大威胁。Z1井是大庆油田部署在松辽盆地中央坳陷区的一口预探水平井。该井在水平段施工时发生了比较严重的水侵事故,钻井液密度和粘度下降明显,钻井液抑制性、封堵能力等性能都发生恶化,给安全钻进带来较大风险。为此,现场取浆对相关性能进行测量,并制定钻井液加重、提粘等处理方案,将钻井液密度、粘度等性能参数调整至设计范围内,有效保证了后续钻井施工的安全进行。形成的钻井液水侵处理及维护方案,为今后安全钻进具有一定的指导意义。     

冰层空气反循环快速钻进方法及冰屑运移研究

空气反循环钻进技术具有钻速快、能耗低、可不提钻连续取心取样、能有效避免积雪层漏失等优点,在冰层钻探中极具应用潜力。本文针对冰层钻探技术特点,提出了双壁钻杆式、双通道高压胶管式和寄生高压胶管式等3种空气反循环冰层钻探技术,分别介绍了其工作原理及特点。基于气力输送和气体钻井基本理论,对冰屑颗粒气体介质中的悬浮速度进行了分析,建立了单颗粒冰屑悬浮、运移方程和冰屑颗粒群悬浮方程,并设计了冰屑悬浮实验台,对冰屑悬浮所需的风速进行了实验测试。理论计算值与实验实测值吻合较好,最大误差约10.91%,结果表明冰屑粒径、冰屑密度和风量是影响其悬浮和上返速度的关建因素。可用本文建立的冰屑运动方程来计算实际钻进时携带冰屑所需的风量,为后续在极地实施冰层空气反循环钻进技术提供了依据。     

南极冰层钻进铠装钻具升降运动特性分析与试验

极地冰层取心钻具的升降运动特性对提高钻进效率、减少孔内事故具有重要影响。在总结极地冰钻特点的基础上,分析了钻孔直径、钻具质量和钻井液的流变特性对钻具在升降过程中的影响,钻具在钻孔过程中运动的两阶段特性、滞流层的存在与影响因素,确定了因钻具的运动所引起的流体扰动量与扰动范围。研制了用于测试铠装电缆悬挂式钻具升降测试试验台和测试的方法,通过对3个不同直径与3个不同质量的钻具在其下落过程的实际测试,得出了钻具下落速度与直径呈二次方关系,与钻具的质量成线性关系的结论。     

极地深冰心钻探“暖冰”层钻进技术难点及对策

极地冰心分辨率高、记录时间尺度长、信息包含量大,直接记录着远古时期的大气组成,蕴藏着珍贵的古气候和古环境信息,获得年代久远的深冰心,对于重建地球的历史演化以及预测全球气候、环境的变迁具有重要意义。因此,世界各国都在竞相寻找年代久远的冰心,开展深冰心钻探工程。实践表明,由于极地冰盖深部"暖冰"层冰的熔点低而温度高,某些冰层的温度接近甚至达到冰的压力熔点,以至钻进速度慢、取心率低、卡钻事故频发。详细介绍了极地深冰心钻探"暖冰"层钻进实践,深入分析了"暖冰"层钻进存在的技术问题,对钻具回转切削产生的切削热对钻进的影响进行了探讨,据此提出了"暖冰"层钻进技术对策以及今后的研究方向,以期为我国即将开展的深冰心钻探工程和冰下基岩取心钻探工程提供一定借鉴。     

水文地质钻探冲洗液的选用

水文地质钻探工作中,钻探冲洗液对含水层的淤堵和对出水量的影响一直是值得关注的问题。优质冲洗液的泥皮薄而韧,有利于洗井,洗井时间短。优质冲洗液在钻进过程中泥皮形成快,而不侵入含水层的空隙通道,固相扩散半径小,提高出水量,有利于对水文地质参数的评价。在条件允许的情况下,水文地质钻探冲洗液选择按照先后顺序可排列如下:低密度冲洗介质、无固相冲洗液、粗分散冲洗液、细分散冲洗液、清水。本文简要介绍了水文钻探冲洗液的要求、选型和性能指标控制,为使用和管理好水文地质钻探冲洗液提供一些参考。     

盐水钻井液配制方法对其性能的影响

随着钻井技术的发展,深井、超深井钻遇复杂地层的情况越来越多,对钻井液性能提出了越来越高的要求。通过对盐水钻井液的配制方法进行理论分析和对比,并结合现场应用,利用已有抗盐材料,基于预水化对钻井液性能影响机理及预水化时间的长短对钻井液性能的影响进行了研究。试验得出,预水化对钻井液的性能起着至关重要的作用,且随预水化时间的变化,钻井液性能产生不同的变化趋势,根据钻井液要求的侧重点不同,为配制不同性能指标的钻井液提供实践指导和理论依据。     

深孔岩心钻探问题探讨

深孔岩心钻探的核心问题是孔壁稳定,其钻前预测涉及地层孔隙压力、地层应力、地层坍塌压力和破裂压力,是实现深孔岩心钻探优质、安全、高效和低成本的关键,决定着孔身结构、套管程序与套管强度、钻井液密度与流变性能的设计。以孔壁稳定为基础,从孔身结构和套管程序、钻具组合、钻探设备方面论述深孔岩心钻探存在的问题,并提出具体的改进建议。     

高原冻土水合物钻探冲洗液的研究

分析了国外冻土和冰层取心钻探冲洗液应用技术现状,从冲洗液抗低温能力,防冻剂和抗低温处理剂的选择,以及泥浆的抑制性、降失水性等方面对高原冻土水合物钻探冲洗液的研究和野外应用提出了建议。     

牡丹江金厂矿区钻井液选用与堵漏技术

介绍了牡丹江金厂矿区金刚石岩心钻探中钻井液的使用和堵漏技术应用问题.所采用的钻井液体系具有良好的防塌效果,且适应性强、粘度适中,形成的泥饼薄而致密且有韧性,能够有效地解决金刚石岩心钻探中出现的钻井液悬浮能力差、漏失严重的问题,对充分发挥金刚石钻进特点,防止孔壁垮塌起到了良好的作用.以ZK-0003孔为例,说明所采用的堵漏技术效果明显、成本低,堵漏后钻孔孔壁稳定,可在实际生产中推广应用.     

赣州科学钻探NLSD-1孔施工技术研究与实践

赣州科学钻探NLSD-1孔是大陆科学钻探选址预研究项目6个钻孔之一,该孔地层复杂,自然弯曲严重,采用高粘度、高密度泥浆绳索取心钻进,全孔轨迹实现人工受控,施工难度大。详细介绍了该孔施工技术及创新成果,对施工过程中的经验与教训进行了总结,并提出了对深部钻探施工技术的体会与认识。