浅谈钻探技术在现代工程中的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈钻探技术在现代工程中的应用 摘要：新世纪，能源安全问题日 益突出，尤其是地下资源作为可持续发 展和社会经济发展的命脉，重新引起世 界各国的重视。我国是闻名于世的古代 钻探发源地,如今正向现代化钻探技术迈 进,但对比发达国家水平,各方面依然有 明显差距,有待迎头赶上。关键在于重视 吸取国内外成功经验,挖掘潜力,研制开 发新的钻探技术工艺和钻探方法，发挥 群体智慧与力量,不断改革、开拓、创新、 进取,把我国地质钻探技术推向更新、更 高的水平。 中国论文网 /2/view-12910755.htm 关键词：钻探工程；钻探技术； 新技术；新设备；工程应用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 1 钻探工程技术现状与应用领域 1.1 钻探设备及钻探技术现状 矿产资源紧缺的状况已有目共睹， 如何加强矿产勘查，保证矿产资源供给 已迫在眉睫。经过几十年地质工作者的 不懈努力，如今表层矿床已经勘查和开 发的差不多了，21 世纪面临的多为深层 地段的探矿，这种深层矿层钻探勘查对 取心(样 )、钻进速度、工程成本、安全 防护等方面有更高的要求。面对深层矿 产的勘查，除了理论支持以外，钻探验 证至关重要。在系统勘探矿床的地质情 况下，探明和圈定地下矿体的边界线， 了解矿产品质时，在配合地下坑探工程 在深部大致了解矿床的延伸情况及矿床 地质情况时，都离不开钻探。钻探工程 一直是矿产勘查的重要技术方法之一， 是直接从地下岩层获取实物样品的唯一 途径。但是应该看到，我国目前存在钻 探设备陈旧老化、技术方法落后、钻探 效率低等诸多问题。因此，加强矿产资 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 源的勘探开发，大力推进钻探技术与装 备的现代化，研究开发先进钻探技术、 装备是十分迫切的。 1.1 钻探技术应用领域 钻探技术应用愈来愈专业化。其 专业化主要呈两种表现方式：第一，在 矿种方面趋于专业化，如膨润土矿钻探、 硅藻土钻探、铝土矿钻探、砂矿钻探、 高岭土矿钻探、盐并钻探等。第二，在 施工区域方面趋于专业化，如卵砾石层 钻探、黄土地区钻探、水上钻探、污染 地区钻探、河谷区钻探、冻土层钻探等。 近年来我国加大投资力度向地质找矿勘 查倾斜，特别加强铁矿、煤炭的勘查， 许多新技术的运用也更多地在这两个领 域得到实践，如在煤炭勘查方面，已有 大批勘察单位采用 MRD 钻探技术，它 可以取芯、可以在坚硬岩石里定向运动， 先垂直向下，然后水平钻进，按你的要 求轨迹运行。简单地说，如果有一个事 先打好的孔，它可以摸到那个孔位。这 种技术还在石油和天然气勘察中得到广 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 泛运用，由此可见，其专业化在矿产勘 查中的作用越来越明显。 除上述以外,还有考古钻探钻孔采 矿（如溶盐采卤）等都需要采取各种钻 探技术工艺。 2 钻探关键技术与创新 由机械化和科学化钻探阶段发展 到自动化钻探阶段的关键技术有六个方 面，它们是钻探重大革命的里程碑和标 志。 2.1 钻机和装备的智能化、自动 化 自动给进：1935 年 Westinghouse 公司第一个自动送钻专利， 20 世纪 40 年代气动送钻控制，1955 年 有了第一个液压动力水龙头和水力卷扬 机；刹车系统：离合片，比例控制电 磁刹车等；井口铁钻工“三吊一卡” 机 械化；井口一二层台的井架机械手： 起下立根拉入推出一扣，摘；循环 系统一固控系统：全自动监控密闭循环 一净化系统；井控一防喷及应急系统： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 井口装置、防喷器组、电液井控、节流 管汇系统；顶驱系统：20 世纪 70 年 代 Brown 公司开发了电驱水龙头，现在 以美 Varco 公司生产的 TDS 系列为最 好；信息与数据采集、处理、决策、 贮存、传输、通讯、管理等功能的软硬 件装备；海洋：半潜式浮式钻探平 台及其专用装备；钻具、管具、钻头 等的相应进展。 自动化石油钻机都是“机电仪计” 一体的智能化、信息化、自动化钻机， 具有完善的性能，集先进性、可靠性、 适应性(恶劣环境与地质条件)和经济性 于一体。主要产品有：德国 Prostar- 2000 型自动化钻机(钻深 7000m)；美 国 NSCO 及 Apache、Pool 等公司生产 的 A10-32 型等自动化钻机(钻深 6100m)； 英国 S&R 公司生产的 RD-D 型自动 化钻机(钻深 6100m)； 挪威、法国等 也研制了中深井用自动化钻机；我国 宝石厂生产的 ZJ70、ZJ90 钻机及广汉 生产的钻机也都在向自动化钻机进展。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 2.2 随钻测量与地质导向钻探技 术 20 世纪 90 年代中期起，相继研 发应用了 LWD、PWD、IWD 、NRWD 等，形成了随钻地质导向钻探和随钻工 程服务技术，适应了复杂地质与环境条 件下钻复杂结构井、特殊工艺井实时处 理井下复杂情况和不确定性难题，以及 实时控制三维井身轨迹入窗中靶等高难 技术的要求。而 SWD 还能探测钻头前 方地层参数，起到了“ 车前灯、探照灯 ” 作用。 2.3 旋转导向钻探与随钻测控制 传贮技术 90 年代中期，斯伦贝谢等多家大 公司先后研究成功了 PD 等系列 RSTRSS 。RSS 是人类继实现空间和 水域制导技术之后的又一个重要里程碑” 。21 世纪国际上又提出了“PV”等钻垂 直井工具。RSS 还成功地应用于小尺寸 油管(98.4 114mm)的过油管侧钻和套 管钻进。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 2.3 电子/智能钻柱技术 美国 Grant 公司研制的智能钻杆 用铜导线输送电能，可以根据井下硬件 用电量大小的要求来确定输电功率的大 小。智能钻柱的数据传输速率可达 104bDs、105bps 和 106bps，最大已达 1.56*106bps。智能油管用光纤为主。智 能钻柱系统在井下采用分布式传感器短 节，将微处理器分别安装在传感器内部， 然后通过耦合元件将微处理器信号耦合 到电力线上，从而传输到地面传感器。 该系统采用传输直流电，如井下硬件需 用交流电，可在井下硬件上增设逆变器 DCAC。 2.5 最优化钻探与智能 SOD 集成 技术 这套工作可以概括为“模型一测 值一指令”的实时闭环钻进系统和软件 系统。 2.6 信息、网络与远程自动化钻 探 信息技术和网络技术以及通信技 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 术是自动化钻探的重要组成部分。Slb 与 MDTotco 合作自剑桥 Slb 研究中心 (SCR)在网上发送变泵排量的遥控指令 达 8000km 远程遥控着横跨大西洋的德 州 Cameron 试验中心的钻机成功地执行 命令，第一次实现了远程自动化钻探作 业。总之，人类在进入 21 世纪时，石 油钻探系统正由机械化和科学化钻探阶 段向半自动化再到自动化钻探阶段进展， 这是发展大趋势。 3 钻探技术的应用 在钻探工程中，经常会遇到各种 类型的复杂地层，极易引起各种孔内事 故，导致机台钻进效率及岩矿芯采取率 较低，甚至钻孔报废，严重制约了钻探 工程进度，直接影响了钻探效率、钻探 经济效益和勘探质量。因此，分析各类 复杂地层的成因，并据此找出相应的解 决措施是非常必要的。 3.1 水敏性地层 处理该类地层的根本就是抑制或 避免水对地层的水化作用。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 在遇水溶解地层中较常用的方法 是采用相应的饱和盐水泥浆做冲洗液， 可有效抑制盐层的溶解；可使用失水量 较小的高分子聚合物或植物胶冲洗液， 或向冲洗液中添加有机处理剂降低冲洗 液的失水量，此方法可有效减少冲洗液 的失水量，降低地层溶解程度；对于其 他水敏性地层：过去采用油基泥浆做冲 洗液，但该法成本太高，且遇高温时易 起火，存在较大安全隐患。目前常用方 法是采用钾基泥浆（即在泥浆中加入可 溶性钾盐） ，钾基泥浆中钾离子有抑制 粘性土吸水膨胀的性能。也可采用高分 子聚合物、植物胶冲洗液或向冲洗液中 添加有机处理剂等措施。此外，在条件 允许的情况下，可采用空气或泡沫冲洗 介质，该类冲洗液的最大特点就是不使 用水，钻进工程中岩土层不接触水，避 免了水对岩土层的水化作用。 但该方法仅适用于地下水位以上 钻进，使用时应结合现场实际条件合理 选用。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 3.2 松散破碎地层 常采用高比重、高浓度、高粘聚 力泥浆护壁，提供泥柱压力平衡孔壁压 力，必要时可投粘土水泥球。但该种泥 浆可泵性差，影响钻进效率，因此处理 该地层后用套管隔离，以下地层采用一 般冲洗液。运用高分子聚合物、植物胶、 复合胶类冲洗液进行护壁、堵漏也是一 种良好的有效措施。这类冲洗液是适应 钻探要求，在低固相泥浆的基础上发展 而成的。它与清水相比，具有较好的悬 携钻屑的能力，且能够在岩芯表面、钻 孔孔壁上形成薄的吸附膜，有较好的护 壁能力，并可以将破碎、无胶结的岩芯 胶结包裹，提高其完整性；同时，该类 冲洗液又有较好的润滑性和减阻作用。 它与泥浆比较，则有较轻的比重，同时 粘度调整灵活，流动性好，固相含量少， 因而能提高孔底钻头的碎岩效率。 3.3 裂隙地层 主要问题就是堵漏问题，在实际 工作中主要有两种方案：一是随钻堵漏 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 即边钻边堵，在冲洗液中加堵漏材料， 有惰性堵漏材料（即不与冲洗液发生反 应的材料如锯末、草屑等）和黏胶材料 （即与冲洗液发生反应的材料，用于微 小裂隙） ；二是停钻堵漏，可采用灌水 泥浆，加压将其压入裂隙中永久堵漏， 必要时可投粘土水泥球，用钻具挤压至 裂隙内。 3.4 岩溶地层 处理此类复杂地层较常采用：隔 离法，即溶洞较大，且离井口较浅，用 多级套管成孔隔离；堵塞胶结法，若溶 洞较长、且大、离井口较深、采用隔离 法会造成金属管起拔困难，耗材亦较大。