极地冰层取心钻进超低温钻井液理论与试验研究

南极冰层取心钻进的关键之一是钻井液的耐温能力。根据南极冰层钻进的特点及对钻井液的特殊要求,在综合分析国内外冰层钻进钻井液应用经验的基础上,对有机硅、氟代烃、一元脂肪酸酯及二元脂肪酸酯进行了理论上的分析研究,测试了各自在不同温度条件下的粘度和密度,分析了粘度与密度变化的机理。确定出分子间相互作用中无氢键形成的物质的粘温系数最小,脂肪酸酯的粘温系数受到分子间氢键的数量影响最大,指出了介质密度的增加是由于体积收缩所致,与介质的分子结构与形态无关。所得到的结论对于极地冰层取心钻进钻井液的选择与确定具有重要的理论与实际意义。     

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。     

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。     

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.     

中国大陆科学钻探CCSD-1井钻井液流变模式的选择与循环压力降

针对CCSD-1井的钻进方法、井身结构和泥浆体系,通过2000m取心钻进的实施情况和采集的钻井液性能检测数据,采用数理统计和回归分析的方法,优选了卡森流变模式,计算CCSD-1井不同井深的循环压降。结合现场的生产实际,分别测定了螺杆马达、液动潜孔锤和双管取心钻具的循环压降,最后,确定了钻井液循环通道各部分的压力分布。     

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。     

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。     

四川省宣汉县钾盐普查ZK001参数井钻井施工技术

以四川省宣汉县黄金口钾盐普查ZK001井钻探工程为背景,从井身结构、钻具组合、钻井液工艺、取心技术、井斜控制、深部抽水试验等方面,总结研究了钾盐参数井的钻井施工技术。针对施工过程中超长裸眼段钻进、井漏、长段膏盐层钻进等技术难题,通过优化钻具组合,调整钻井液性能,随钻堵漏等措施,工程得以顺利完成。     

钻井液离心机预防绳索取心钻杆内壁结垢研究

针对钻杆内壁结垢严重制约绳索取心安全、优质、高效实施的技术难题,开展了金刚石绳索取心钻进钻杆内壁的结垢机理与影响因素综合研究,结果表明：当钻具结构与钻井液性能一定的情况下,钻井液中的固相含量与颗粒大小是影响钻杆内壁结垢的主要因素。金刚石岩心钻进所产生的岩屑粒径在5~100 μm之间,总体偏细,难以依靠自然沉降清除。为此,研制了TGLW系列小型离心机,现场试验表明：该离心机可使钻井液中固相颗粒的峰值从5~80 μｍ降到3~10 μｍ,固相粒度中值从11.189 μm降到3.513 μm,固相清除率达90%以上,控制钻井液固相含量在0.5%以下,既维护了钻井液性能、又预防了绳索取心钻杆内壁结垢。     

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。     

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。     

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。     

人造金刚石在中国地质钻探中的应用

人造金刚石于７０年代开始在我国地质钻探中推广应用。除人造金刚石单晶外，还采用了聚晶、复合片以及其它烧结体或镶嵌体。从钻头制造到钻探设备、工具、仪器以及钻探工艺等一系列科研成果用于生产，并进行了多项相关理论的研究。建立了钻探设备和工具两个质检中心。所有这些大大地推动了我国钻探工程的技术进步。     

也门1区块恶性漏失地层气体钻井实践

也门1区块地表覆盖着约300 m厚坚硬灰岩,区块内断层多,广泛存在着漏失层,采用常规钻井技术,机械钻速慢,井漏频繁,钻井难度很大。从地质条件、循环介质以及经济性等方面评价了气体钻井在1区块的适应性。现场应用初期,砂岩地层井漏、下套管遇阻问题非常突出,气体钻井发挥的作用有限。针对这些问题,通过优化井身结构和注气注液参数,优选泡沫、充气钻井基液配方、首选充气盲钻作为快速钻穿恶性漏失层的主要技术等,并制订完善的技术措施。现场3口井的应用表明,1区块地层复杂,单一的空气、泡沫或气体钻井技术只能解决部分钻井问题,综合运用气体钻井技术,才能满足提高钻速、稳定井壁和预防井漏等多方面的要求,从整体上提高钻井时效。     

新型无粘土冲洗液的研究与应用

针对复杂地层勘探中遇到的塌孔、漏失、缩径、岩芯采取率低等难题,开展了以植物胶和高分子聚合物为主要原料的无粘土冲洗液的性能研究,通过高分子聚合物对植物胶进行交联改性,得到新型无粘土冲洗液的优化配方,并进行了现场应用.结果表明,该冲洗液可以有效的解决复杂地层勘探中的护壁、堵漏、取芯等问题.     

东北某盆地天然气水合物钻探施工实践

我国可燃冰陆地钻探刚刚起步,它有别于岩心钻探,有自己独特的地方,也有相同的地方。通过工程实例介绍了可燃冰陆地钻探钻孔技术要求,冻土地区塔基制作,可燃冰钻探取样,低温泥浆的配制、维护和使用等技术问题,并阐述了可燃冰钻探取样今后的发展要求。