复杂地层取心技术PPT课件

复杂地层取心钻探技术,国土资源部勘探技术研究所朱永宜zyy，交流内容,一、概述二、国、内外研究现状三、松散与松软地层取心钻具四、松科一井(北井)取心技术,概述,复杂地层定义复杂地层，是指在受成因、构造运动及风化、地下水侵蚀等多种地质作用影响下，形成岩石节理、片理、裂隙发育，破碎、软硬互层，胶结性、稳定性、强度极差,或是遇水膨胀、溶解的地层。,概述,某铝土矿勘探实例-1,CSR补勘,ZK333,ZK334,ZK335,概述,某铝土矿勘探实例-2,概述,科学钻探对岩心的质量要求采取率指标高大陆科学钻探不低于80%环境科学钻探不低于90%（1cm厚的地层能承载数千至数万年的地质信息)岩心质量要求高反映地层原生结构表面均匀、光滑(岩心扫描成像要求),概述,岩心扫描仪,概述,科学钻探对岩心的质量要求,CCSD的研究成果绳/冲二合一、绳/螺二合一、绳/冲/螺三合一的成果，反映了我国取心钻具研究的最高水平该批钻具设计依据是科钻一井的地层条件，护心、卡心、托心手段均还不适应复杂地层取心,科学钻探,国内研究状况,钻具形式无泵钻具喷反式单动双管钻具半合衬管式三层管钻具冲击回转钻进提高破碎地层回次进尺,地质勘探,国内研究状况,问题隔水、保形措施不力岩心卡取或承托不可靠岩心出管对岩心外观造成伤害绳取钻具结构简单，无法运用于弱胶结与无胶结的松散地层,地质勘探,国内研究状况,空气反循环中心取样(CSR),地质勘探,国内研究状况,空气反循环中心取样,地质勘探,空气反循环中心取样(CSR)样品为钻屑钻效高，样量大反映层位准确，品位代表性好只可用于地质工作程度较深的矿区国内未制订地质工作规范，较难推广,地质勘探,国内研究状况,岩心爪钻具,石油钻井,岩心爪钻具,石油钻井,国内研究状况,岩心爪钻具对岩心爪施力方式,石油钻井,国内研究状况,机械加压式销钉联接内、外总成提动钻具让开空间投球加压剪断销钉续对岩心爪加压,国内研究状况,液力加压式销钉联接内、外总成提动钻具让开空间投球加压剪断销钉续对岩心爪加压,2-外管3-悬挂轴4-劈槽滑套5-钢球6-投球7-内挂套,贝克休斯液力举升全封闭钻具,1提升轴2旁通套3外管4提升套5锁套6钢球7滑套8锁块9弹簧10弹簧座,1岩心爪内壳2外管3岩心爪外套4内管5弹簧6全封闭蛤壳7卡簧,钻具特点现场调试复杂,工作量大,钻进中不能接单根,钻进时内管可能上顶液力举升解锁，液力与弹簧力割心并实现全封闭，卡簧与蛤壳双保险卡心,国外研究状况,SecurityDBS公司Posiclose钻具,1-提升接头2-投球3-外管4-锁块5-滑套,1-接头2-外管3-投球4-滑套5-悬挂套6-钢球7-弹簧8-弹簧座,极复杂地层取心现状依然严峻,胜利油田钻具：国产机械加压式贝克休斯钻具：Hydro-LiftFullClosureCoreCatcher,工况分析常规钻具的配合产生径向流冲蚀岩心，酥松地层打空管现象常见,钻具设计总体思路,复杂地层取心钻具,工况分析喷反钻具反循环强度受管内心样状态的影响，酥松破碎地层采取率一般都不高松软地层中双动双管隔液钻进、干钻烧心，采取率有保证两种钻具都对岩心的原生结构有破坏作用，不能用于科学钻探,钻具设计总体思路,复杂地层取心钻具,总体思路通过钻头与卡簧座配合关系的设计，改变岩心根部液流流向、屏敝液流对岩心的冲蚀对强塑、高粘地层的钻头，采用大排水、排屑空间设计设计兼备双动双管与单动双管特点的三层管双钻头钻具(SS型)。根据地层松散破碎程度，第三层管(衬管)可选完整管或半合管。对完全无胶结的地层，衬管选有机透明材料，出心时心样与衬管同时入库保存,钻具设计总体思路,复杂地层取心钻具,总体思路对酥松但可成形的地层，内管直接设计成半合形式绳索取心SS型钻具内钻头超前于外钻头，且可与内总成同时打捞出管绳索取心SS型钻具外总成双层、三层管通用，无需提大钻即可根据地层变化选择不同钻具结构,钻具设计总体思路,复杂地层取心钻具,钻具结构,NQ隔液绳取钻具,钻具结构,NQ隔液绳取钻具,使用效果,NQ隔液绳取钻具,使用效果,NQ隔液绳取钻具,KZ型钻具是为我国科学钻探工程设计的具有集成化功能的提钻取心钻具，在外总成与单动机构统一的的基础上，配置不同的内总成，可分别完成坚硬致密地层、胶结松散地层、破碎与裂隙充填发育地层，以及强塑高粘地层的提钻取心钻进。,KZ型提钻取心钻具,复杂地层取心钻具,技术参数双管钻头唇面：150156mm/95mm三管钻头唇面：150156mm/76mm容纳岩心长度：双管912m，三管36m，半合管1.5m、3m外总成螺纹上扣扭矩：810kNm最大工作钻压：50kN,KZ型提钻取心钻具,复杂地层取心钻具,单动与普通单动双管结构较完整地层,KZ型提钻取心钻具,复杂地层取心钻具,用于完整、较完整地层,半合管结构,KZ型提钻取心钻具,复杂地层取心钻具,单钻头双层管式，用于弱胶结地层单钻头三层管式，用于裂隙充填发育地层双钻头三层管式，用于无胶结松散地层,隔液、保形结构无胶结松散地层必要性防冲蚀保护地层原生结构构造可行性钻具内腔压力恒大于或等于内、外腔连通处液压力衬管选透明材料，隔管观察描述，样品随管入库,KZ型提钻取心钻具,复杂地层取心钻具,双钻头三层管绳取钻具,复杂地层取心钻具,松科一井是国家973计划项目“白垩系地球表层系统重大地质事件与温室气候变化”，在中国东北部松辽盆地布置的环境科学钻探工程，也是全球首例陆相白垩系科学钻探工程。工程由相距100余公里的南井与北井(主井)两个子工程组成。北井设计完钻井深1810m，要求于井深164.77m1792m内连续取心，岩心直径不小于90mm、平均岩心采取率不低于90%。勘探所通过招、投标程序承担施工。,工程背景与技术要求,松科一井取心技术,地层分布,松科一井取心技术,0211m，流砂层211750m，松软泥岩，夹少量薄层泥岩、砂岩750950m井段为松软泥岩与泥页岩、砂岩、砾岩交替出现的井段，地层软硬变化频繁9501250m井段，红色泥岩造浆性陡增，砾岩胶结微弱，泥页岩、砂岩硬度不高但发脆，提钻时的抽吸作用下引发频繁掉块1250m以深出现黑色坚硬致密泥岩，1500m至完钻全为黑色坚硬致密泥岩。,松科一井取心技术,松科一井取心技术砂层取样,松科一井取心技术砂层取样,松科一井取心技术,松科一井取心技术,嵌块式钻头,松科一井取心技术,嵌块式钻头,钻头泥包形成强烈的提钻活塞效应,松科一井取心技术,嵌块式钻头,嵌块式钻头,嵌块式钻头,松科一井取心技术,卡簧设计,泥、页岩塑性大，岩心受力后变形大，卡簧卡取岩心或不牢固，或因收缩过度被拉出卡簧座，残留井底的大段岩心与卡簧均需专门捞取。,松科一井取心技术,卡簧设计,松科一井取心技术,卡簧设计,大公差：允许卡簧更紧地抱住岩心大行程：允许卡簧在上死点时顺利通过岩心大缺口：允许卡簧产生更大的径向收缩大壁厚：保证卡簧不被拉出卡簧座技术参数：1.01.2mm内径负公差、1215mm缺口、3、5斜角,卡簧设计,松科一井取心技术,卡簧设计,松科一井取心技术,地面水力出心,松科一井取心技术,泥浆固相控制,松科一井取心技术,南、北两井的技术经济对比,北井运用水源钻探设备与岩心钻探工艺，历时8个工程月，完钻井深1811m，取心进尺1630m，岩心采取率95%南井使用石油钻井设备与工艺，历时3个工程月，完钻井深1915m，取心进尺965m，岩心采取率98%北井取心工作量大、取心难度大、钻遇地层复杂，且存在500余米极致密的泥岩。客观因素在一定程度上降低了北井的岩心采取率与钻进效率北井采用了运行成本低廉的钻探技术，工程总费用仅为北井的1/3,松科一井取心技术,南、北两井的技术经济评估,两种方法的岩心采取率均满足地学研究要求不容否认，石油钻井装备钻进效率远高于水源钻探装备同样不容否认，石油取