復(fù)雜地層取心鉆探技術(shù)

朱永宜，，復(fù)雜地層取心鉆探技術(shù)

交流內(nèi)容一、概述二、國(guó)、內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、松散與松軟地層取心鉆具四、松科一井(北井)取心技術(shù)交流內(nèi)容一、概述概

述復(fù)雜地層定義復(fù)雜地層，是指在受成因、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及風(fēng)化、地下水侵蝕等多種地質(zhì)作用影響下，形成巖石節(jié)理、片理、裂隙發(fā)育，破碎、軟硬互層，膠結(jié)性、穩(wěn)定性、強(qiáng)度極差,或是遇水膨脹、溶解的地層。概

述復(fù)雜地層定義概

述某鋁土礦勘探實(shí)例-1

CSR補(bǔ)勘ZK333ZK334ZK335概

述某鋁土礦勘探實(shí)例-1CSR補(bǔ)勘ZK333ZK33概

述某鋁土礦勘探實(shí)例-2

ZK334CSR補(bǔ)勘概

述某鋁土礦勘探實(shí)例-2ZK334CSR補(bǔ)勘概

述科學(xué)鉆探對(duì)巖心的質(zhì)量要求采取率指標(biāo)高大陸科學(xué)鉆探不低于80%環(huán)境科學(xué)鉆探不低于90%（1cm厚的地層能承載數(shù)千至數(shù)萬(wàn)年的地質(zhì)信息)巖心質(zhì)量要求高反映地層原生結(jié)構(gòu)表面均勻、光滑(巖心掃描成像要求)

概

述科學(xué)鉆探對(duì)巖心的質(zhì)量要求概

述巖心掃描儀概

述巖心掃描儀概

述科學(xué)鉆探對(duì)巖心的質(zhì)量要求概

述科學(xué)鉆探對(duì)巖心的質(zhì)量要求

CCSD的研究成果繩/沖二合一、繩/螺二合一、繩/沖/螺三合一的成果，反映了我國(guó)取心鉆具研究的最高水平該批鉆具設(shè)計(jì)依據(jù)是科鉆一井的地層條件，護(hù)心、卡心、托心手段均還不適應(yīng)復(fù)雜地層取心

科學(xué)鉆探國(guó)內(nèi)研究狀況CCSD的研究成果科學(xué)鉆探國(guó)內(nèi)研究狀況

鉆具形式無(wú)泵鉆具噴反式單動(dòng)雙管鉆具半合襯管式三層管鉆具沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)提高破碎地層回次進(jìn)尺

地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究狀況鉆具形式地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究狀況

問(wèn)題隔水、保形措施不力巖心卡取或承托不可靠巖心出管對(duì)巖心外觀造成傷害繩取鉆具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)法運(yùn)用于弱膠結(jié)與無(wú)膠結(jié)的松散地層

地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究狀況問(wèn)題地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究狀況

空氣反循環(huán)中心取樣(CSR)

地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究狀況空氣旋流器雙壁鉆桿雙通道水龍頭壓縮空氣動(dòng)力頭樣品空氣反循環(huán)中心取樣(CSR)地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究空氣反循環(huán)中心取樣

地質(zhì)勘探地質(zhì)勘探

空氣反循環(huán)中心取樣(CSR)樣品為鉆屑鉆效高，樣量大反映層位準(zhǔn)確，品位代表性好只可用于地質(zhì)工作程度較深的礦區(qū)國(guó)內(nèi)未制訂地質(zhì)工作規(guī)范，較難推廣

地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究狀況空氣反循環(huán)中心取樣(CSR)地質(zhì)勘探國(guó)內(nèi)研究

巖心爪鉆具

石油鉆井巖心爪鉆具石油鉆井

巖心爪鉆具

石油鉆井國(guó)內(nèi)研究狀況巖心爪鉆具石油鉆井國(guó)內(nèi)研究狀況

巖心爪鉆具—對(duì)巖心爪施力方式

石油鉆井國(guó)內(nèi)研究狀況機(jī)械加壓式銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成提動(dòng)鉆具讓開(kāi)空間投球加壓剪斷銷釘續(xù)對(duì)巖心爪加壓巖心爪鉆具—對(duì)巖心爪施力方式石油鉆井國(guó)國(guó)內(nèi)研究狀況液力加壓式銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成提動(dòng)鉆具讓開(kāi)空間投球加壓剪斷銷釘續(xù)對(duì)巖心爪加壓2-外管3-懸掛軸4-劈槽滑套5-鋼球6-投球7-內(nèi)掛套國(guó)內(nèi)研究狀況液力加壓式2-外管貝克休斯液力舉升全封閉鉆具1—提升軸2—旁通套3—外管4—提升套5—鎖套6—鋼球7—滑套8—鎖塊9—彈簧10—彈簧座1—巖心爪內(nèi)殼2—外管3—巖心爪外套4—內(nèi)管5—彈簧6—全封閉蛤殼7—卡簧貝克休斯液力舉升全封閉鉆具1—提升軸2—旁通套3—鉆具特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試復(fù)雜,工作量大,鉆進(jìn)中不能接單根,鉆進(jìn)時(shí)內(nèi)管可能上頂

液力舉升解鎖，液力與彈簧力割心并實(shí)現(xiàn)全封閉，卡簧與蛤殼雙保險(xiǎn)卡心國(guó)外研究狀況鉆具特點(diǎn)國(guó)外研究狀況

SecurityDBS公司Posiclose鉆具1-提升接頭2-投球3-外管4-鎖塊5-滑套1-接頭2-外管3-投球4-滑套5-懸掛套6-鋼球7-彈簧8-彈簧座SecurityDBS公司Posiclose鉆具1-提極復(fù)雜地層取心現(xiàn)狀依然嚴(yán)峻南海PY4-2-2井取心數(shù)據(jù)表公司起始井深(m)進(jìn)尺(m)心長(zhǎng)(m)采取率(%)巖性勝利油田取心公司1673.8013.200.826.20松散軟泥砂和鈣質(zhì)泥巖1843.009.504.5247.50極疏松砂巖和泥質(zhì)粉砂巖BakerHughesINTEQ公司1987.8014.403.8026.39松散軟泥砂和泥質(zhì)粉砂巖2003.0010.306.3061.16成巖和成柱性砂泥巖2155.3910.246.1059.63較硬成巖和成柱砂泥巖勝利油田鉆具：國(guó)產(chǎn)機(jī)械加壓式貝克休斯鉆具：Hydro-LiftFullClosureCoreCatcher極復(fù)雜地層取心現(xiàn)狀依然嚴(yán)峻南海PY4-2-2井取心數(shù)據(jù)表公司

工況分析常規(guī)鉆具的配合產(chǎn)生徑向流沖蝕巖心，酥松地層打空管現(xiàn)象常見(jiàn)

鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具工況分析鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具

工況分析噴反鉆具反循環(huán)強(qiáng)度受管內(nèi)心樣狀態(tài)的影響，酥松破碎地層采取率一般都不高松軟地層中雙動(dòng)雙管隔液鉆進(jìn)、干鉆燒心，采取率有保證兩種鉆具都對(duì)巖心的原生結(jié)構(gòu)有破壞作用，不能用于科學(xué)鉆探

鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具工況分析鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具

總體思路通過(guò)鉆頭與卡簧座配合關(guān)系的設(shè)計(jì)，改變巖心根部液流流向、屏敝液流對(duì)巖心的沖蝕對(duì)強(qiáng)塑、高粘地層的鉆頭，采用大排水、排屑空間設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)兼?zhèn)潆p動(dòng)雙管與單動(dòng)雙管特點(diǎn)的三層管雙鉆頭鉆具(SS型)。根據(jù)地層松散破碎程度，第三層管(襯管)可選完整管或半合管。對(duì)完全無(wú)膠結(jié)的地層，襯管選有機(jī)透明材料，出心時(shí)心樣與襯管同時(shí)入庫(kù)保存

鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具總體思路鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具

總體思路對(duì)酥松但可成形的地層，內(nèi)管直接設(shè)計(jì)成半合形式繩索取心SS型鉆具內(nèi)鉆頭超前于外鉆頭，且可與內(nèi)總成同時(shí)打撈出管繩索取心SS型鉆具外總成雙層、三層管通用，無(wú)需提大鉆即可根據(jù)地層變化選擇不同鉆具結(jié)構(gòu)

鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具總體思路鉆具設(shè)計(jì)總體思路復(fù)雜地層取心鉆具

鉆具結(jié)構(gòu)

NQ隔液繩取鉆具鉆具結(jié)構(gòu)NQ隔液繩取鉆具

鉆具結(jié)構(gòu)

NQ隔液繩取鉆具鉆具結(jié)構(gòu)NQ隔液繩取鉆具

使用效果

NQ隔液繩取鉆具使用效果NQ隔液繩取鉆具

使用效果

NQ隔液繩取鉆具使用效果NQ隔液繩取鉆具KZ型鉆具是為我國(guó)科學(xué)鉆探工程設(shè)計(jì)的具有集成化功能的提鉆取心鉆具，在外總成與單動(dòng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一的的基礎(chǔ)上，配置不同的內(nèi)總成，可分別完成堅(jiān)硬致密地層、膠結(jié)松散地層、破碎與裂隙充填發(fā)育地層，以及強(qiáng)塑高粘地層的提鉆取心鉆進(jìn)。

KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具KZ型鉆具是為我國(guó)科學(xué)鉆探工程設(shè)計(jì)的具有集成化功能的提鉆取心

技術(shù)參數(shù)雙管鉆頭唇面：

150~156mm/

95mm三管鉆頭唇面：

150~156mm/

76mm容納巖心長(zhǎng)度：雙管9～12m，三管3～6m，半合管1.5m、3m外總成螺紋上扣扭矩：8～10kN·m最大工作鉆壓：50kN

KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具技術(shù)參數(shù)KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具

單動(dòng)與普通單動(dòng)雙管結(jié)構(gòu)—較完整地層

KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具用于完整、較完整地層單動(dòng)與普通單動(dòng)雙管結(jié)構(gòu)—較完整地層KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜

半合管結(jié)構(gòu)

KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具單鉆頭雙層管式，用于弱膠結(jié)地層單鉆頭三層管式，用于裂隙充填發(fā)育地層雙鉆頭三層管式，用于無(wú)膠結(jié)松散地層半合管結(jié)構(gòu)KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具單鉆頭雙層管

隔液、保形結(jié)構(gòu)—無(wú)膠結(jié)松散地層必要性防沖蝕保護(hù)地層原生結(jié)構(gòu)構(gòu)造可行性鉆具內(nèi)腔壓力恒大于或等于內(nèi)、外腔連通處液壓力襯管選透明材料，隔管觀察描述，樣品隨管入庫(kù)

KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具隔液、保形結(jié)構(gòu)—無(wú)膠結(jié)松散地層KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層

雙鉆頭三層管繩取鉆具復(fù)雜地層取心鉆具雙鉆頭三層管繩取鉆具復(fù)雜地層取心鉆具松科一井是國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目——“白堊系地球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣候變化”，在中國(guó)東北部松遼盆地布置的環(huán)境科學(xué)鉆探工程，也是全球首例陸相白堊系科學(xué)鉆探工程。工程由相距100余公里的南井與北井(主井)兩個(gè)子工程組成。北井設(shè)計(jì)完鉆井深1810m，要求于井深164.77m~1792m內(nèi)連續(xù)取心，巖心直徑不小于

90mm、平均巖心采取率不低于90%?？碧剿ㄟ^(guò)招、投標(biāo)程序承擔(dān)施工。

工程背景與技術(shù)要求松科一井取心技術(shù)松科一井是國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目——“白堊系地球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)

地層分布松科一井取心技術(shù)0～211m，流砂層211～750m，松軟泥巖，夾少量薄層泥巖、砂巖750~950m井段為松軟泥巖與泥頁(yè)巖、砂巖、礫巖交替出現(xiàn)的井段，地層軟硬變化頻繁950~1250m井段，紅色泥巖造漿性陡增，礫巖膠結(jié)微弱，泥頁(yè)巖、砂巖硬度不高但發(fā)脆，提鉆時(shí)的抽吸作用下引發(fā)頻繁掉塊1250m以深出現(xiàn)黑色堅(jiān)硬致密泥巖，1500m至完鉆全為黑色堅(jiān)硬致密泥巖。地層分布松科一井取心技術(shù)0～211m，流砂層松科一井取心技術(shù)松科一井取心技術(shù)松科一井取心技術(shù)——砂層取樣砂層試取樣鉆進(jìn)統(tǒng)計(jì)鉆具類型進(jìn)尺/m回次數(shù)樣品量/m采集率/%時(shí)效/m/h回次進(jìn)尺/m單動(dòng)雙管12.6452.5520.174.082.53雙動(dòng)雙管3.0141.5551.503.900.75單動(dòng)壓刀1.2951.0077.520.520.26合計(jì)16.94145.1030.002.691.21說(shuō)明

試取心井段：102.77m～162.77m松科一井取心技術(shù)——砂層取樣砂層試取樣鉆進(jìn)統(tǒng)計(jì)鉆具類型進(jìn)尺回松科一井取心技術(shù)——砂層取樣松科一井取心技術(shù)——砂層取樣松科一井取心技術(shù)松科一井取心技術(shù)松科一井取心技術(shù)嵌塊式鉆頭一開(kāi)泥巖鉆進(jìn)統(tǒng)計(jì)鉆具類型進(jìn)尺/m回次數(shù)心長(zhǎng)/m取心率/%時(shí)效/m/h回次進(jìn)尺/m單動(dòng)雙管15.001714.6697.730.510.88單動(dòng)三管18.561513.7674.140.821.24合計(jì)33.563228.4284.680.641.05松科一井取心技術(shù)嵌塊式鉆頭一開(kāi)泥巖鉆進(jìn)統(tǒng)計(jì)鉆具類型進(jìn)尺回次數(shù)松科一井取心技術(shù)嵌塊式鉆頭鉆頭泥包形成強(qiáng)烈的提鉆活塞效應(yīng)松科一井取心技術(shù)嵌塊式鉆頭鉆頭泥包形成強(qiáng)烈的提鉆活塞效應(yīng)松科一井取心技術(shù)嵌塊式鉆頭松科一井取心技術(shù)嵌塊式鉆頭嵌塊式鉆頭嵌塊式鉆頭嵌塊式鉆頭二開(kāi)嵌塊式鉆頭鉆進(jìn)效果地層進(jìn)尺/m回次數(shù)取心率/%時(shí)效/m/h回次進(jìn)尺/m松軟層與軟弱巖層穿插624.1712593.291.694.99酥松砂巖與中硬泥巖互層318.536492.031.044.97合計(jì)942.7018992.861.394.99嵌塊式鉆頭二開(kāi)嵌塊式鉆頭鉆進(jìn)效果地層進(jìn)尺回次數(shù)取心率時(shí)效回次松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)泥、頁(yè)巖塑性大，巖心受力后變形大，卡簧卡取巖心或不牢固，或因收縮過(guò)度被拉出卡簧座，殘留井底的大段巖心與卡簧均需專門撈取。松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)泥松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)大公差：允許卡簧更緊地抱住巖心大行程：允許卡簧在上死點(diǎn)時(shí)順利通過(guò)巖心大缺口：允許卡簧產(chǎn)生更大的徑向收縮大壁厚：保證卡簧不被拉出卡簧座技術(shù)參數(shù)：1.0~1.2mm內(nèi)徑負(fù)公差、12~15mm缺口、3、5

斜角松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)大公差：允許卡簧更緊卡簧設(shè)計(jì)卡簧設(shè)計(jì)松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計(jì)松科一井取心技術(shù)地面水力出心松科一井取心技術(shù)地面水力出心松科一井取心技術(shù)泥漿固相控制松科一井取心技術(shù)泥漿固相控制松科一井取心技術(shù)南、北兩井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比北井運(yùn)用水源鉆探設(shè)備與巖心鉆