复杂地层取心技术课件

复杂地层取心钻探技术

朱永宜，，复杂地层取心钻探技术

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)取心技术交流内容一、概述概

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

述复杂地层定义概

述某铝土矿勘探实例-1

CSR补勘ZK333ZK334ZK335概

述某铝土矿勘探实例-1CSR补勘ZK333ZK33概

述某铝土矿勘探实例-2

ZK334CSR补勘概

述某铝土矿勘探实例-2ZK334CSR补勘概

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

述科学钻探对岩心的质量要求概

述岩心扫描仪概

述岩心扫描仪概

述科学钻探对岩心的质量要求概

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CCSD的研究成果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钻具形式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问题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旋流器双壁钻杆双通道水龙头压缩空气动力头样品空气反循环中心取样(CSR)地质勘探国内研究空气反循环中心取样

地质勘探地质勘探

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空气反循环中心取样(CSR)地质勘探国内研究

岩心爪钻具

石油钻井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岩心爪钻具—对岩心爪施力方式石油钻井国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-内挂套国内研究状况液力加压式2-外管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—卡簧贝克休斯液力举升全封闭钻具1—提升轴2—旁通套3—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钻具特点国外研究状况

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SecurityDBS公司Posiclose钻具1-提极复杂地层取心现状依然严峻南海PY4-2-2井取心数据表公司起始井深(m)进尺(m)心长(m)采取率(%)岩性胜利油田取心公司1673.8013.200.826.20松散软泥砂和钙质泥岩1843.009.504.5247.50极疏松砂岩和泥质粉砂岩BakerHughesINTEQ公司1987.8014.403.8026.39松散软泥砂和泥质粉砂岩2003.0010.306.3061.16成岩和成柱性砂泥岩2155.3910.246.1059.63较硬成岩和成柱砂泥岩胜利油田钻具：国产机械加压式贝克休斯钻具：Hydro-LiftFullClosureCoreCatcher极复杂地层取心现状依然严峻南海PY4-2-2井取心数据表公司

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工况分析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总体思路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

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

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

技术参数双管钻头唇面：

150~156mm/

95mm三管钻头唇面：

150~156mm/

76mm容纳岩心长度：双管9～12m，三管3～6m，半合管1.5m、3m外总成螺纹上扣扭矩：8～10kN·m最大工作钻压：50kN

KZ型提钻取心钻具复杂地层取心钻具技术参数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

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

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隔液、保形结构—无胶结松散地层KZ型提钻取心钻具复杂地层

双钻头三层管绳取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164.77m~1792m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

地层分布松科一井取心技术0～211m，流砂层211～750m，松软泥岩，夹少量薄层泥岩、砂岩750~950m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950~1250m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。地层分布松科一井取心技术0～211m，流砂层松科一井取心技术松科一井取心技术松科一井取心技术——砂层取样砂层试取样钻进统计钻具类型进尺/m回次数样品量/m采集率/%时效/m/h回次进尺/m单动双管12.6452.5520.174.082.53双动双管3.0141.5551.503.900.75单动压刀1.2951.0077.520.520.26合计16.94145.1030.002.691.21说明

试取心井段：102.77m～162.77m松科一井取心技术——砂层取样砂层试取样钻进统计钻具类型进尺回松科一井取心技术——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松科一井取心技术嵌块式钻头一开泥岩钻进统计钻具类型进尺/m回次数心长/m取心率/%时效/m/h回次进尺/m单动双管15.001714.6697.730.510.88单动三管18.561513.7674.140.821.24合计33.563228.4284.680.641.05松科一井取心技术嵌块式钻头一开泥岩钻进统计钻具类型进尺回次数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松科一井取心技术嵌块式钻头嵌块式钻头嵌块式钻头嵌块式钻头二开嵌块式钻头钻进效果地层进尺/m回次数取心率/%时效/m/h回次进尺/m松软层与软弱岩层穿插624.1712593.291.694.99酥松砂岩与中硬泥岩互层318.536492.031.044.97合计942.7018992.861.394.99嵌块式钻头二开嵌块式钻头钻进效果地层进尺回次数取心率时效回次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泥松科一井取心技术卡簧设计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：1.0~1.2mm内径负公差、12~15mm缺口、3、5

斜角松科一井取心技术卡簧设计大公差：允许卡簧更紧卡簧设计卡簧设计松科一井取心技术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