復(fù)雜地層取心技術(shù)課件

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、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)造運動及風(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

述某鋁土礦勘探實例-1

CSR補勘ZK333ZK334ZK335概

述某鋁土礦勘探實例-1CSR補勘ZK333ZK33概

述某鋁土礦勘探實例-2

ZK334CSR補勘概

述某鋁土礦勘探實例-2ZK334CSR補勘概

述科學(xué)鉆探對巖心的質(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)鉆探對巖心的質(zhì)量要求概

述科學(xué)鉆探對巖心的質(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，反映了我國取心鉆具研究的最高水平該批鉆具設(shè)計依據(jù)是科鉆一井的地層條件，護心、卡心、托心手段均還不適應(yīng)復(fù)雜地層取心

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

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

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

問題隔水、保形措施不力巖心卡取或承托不可靠巖心出管對巖心外觀造成傷害繩取鉆具結(jié)構(gòu)簡單，無法運用于弱膠結(jié)與無膠結(jié)的松散地層

地質(zhì)勘探國內(nèi)研究狀況問題地質(zhì)勘探國內(nèi)研究狀況

空氣反循環(huán)中心取樣(CSR)

地質(zhì)勘探國內(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力頭樣品空氣反循環(huán)中心取樣(CSR)地質(zhì)勘探國內(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)國內(nèi)未制訂地質(zhì)工作規(guī)范，較難推廣

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

石油鉆井國內(nèi)研究狀況巖心爪鉆具石油鉆井國內(nèi)研究狀況

巖心爪鉆具—對巖心爪施力方式

石油鉆井國內(nèi)研究狀況機械加壓式銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成提動鉆具讓開空間投球加壓剪斷銷釘續(xù)對巖心爪加壓巖心爪鉆具—對巖心爪施力方式石油鉆井國國內(nèi)研究狀況液力加壓式銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成提動鉆具讓開空間投球加壓剪斷銷釘續(xù)對巖心爪加壓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—鉆具特點現(xiàn)場調(diào)試復(fù)雜,工作量大,鉆進中不能接單根,鉆進時內(nèi)管可能上頂

液力舉升解鎖，液力與彈簧力割心并實現(xiàn)全封閉，卡簧與蛤殼雙保險卡心國外研究狀況鉆具特點國外研究狀況

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)進尺(m)心長(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：國產(chǎn)機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

鉆具設(shè)計總體思路復(fù)雜地層取心鉆具工況分析鉆具設(shè)計總體思路復(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雙管隔液鉆進、干鉆燒心，采取率有保證兩種鉆具都對巖心的原生結(jié)構(gòu)有破壞作用，不能用于科學(xué)鉆探

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

總體思路通過鉆頭與卡簧座配合關(guān)系的設(shè)計，改變巖心根部液流流向、屏敝液流對巖心的沖蝕對強塑、高粘地層的鉆頭，采用大排水、排屑空間設(shè)計設(shè)計兼?zhèn)潆p動雙管與單動雙管特點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。對完全無膠結(jié)的地層，襯管選有機透明材料，出心時心樣與襯管同時入庫保存

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

總體思路對酥松但可成形的地層，內(nèi)管直接設(shè)計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)總成同時打撈出管繩索取心SS型鉆具外總成雙層、三層管通用，無需提大鉆即可根據(jù)地層變化選擇不同鉆具結(jié)構(gòu)

鉆具設(shè)計總體思路復(fù)雜地層取心鉆具總體思路鉆具設(shè)計總體思路復(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型鉆具是為我國科學(xué)鉆探工程設(shè)計的具有集成化功能的提鉆取心鉆具，在外總成與單動機構(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，以及強塑高粘地層的提鉆取心鉆進。

KZ型提鉆取心鉆具復(fù)雜地層取心鉆具KZ型鉆具是為我國科學(xué)鉆探工程設(shè)計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

單動與普通單動雙管結(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、較完整地層單動與普通單動雙管結(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)—無膠結(jié)松散地層必要性防沖蝕保護地層原生結(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

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家973計劃項目——“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)兩個子工程組成。北井設(shè)計完鉆井深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^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)松科一井是國家973計劃項目——“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，泥頁巖、砂巖硬度不高但發(fā)脆，提鉆時的抽吸作用下引發(fā)頻繁掉塊1250m以深出現(xiàn)黑色堅硬致密泥巖，1500m至完鉆全為黑色堅硬致密泥巖。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統(tǒng)計鉆具類型進尺/m回次數(shù)樣品量/m采集率/%時效/m/h回次進尺/m單動雙管12.6452.5520.174.082.53雙動雙管3.0141.5551.503.900.75單動壓刀1.2951.0077.520.520.26合計16.94145.1030.002.691.21說明

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統(tǒng)計鉆具類型進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)嵌塊式鉆頭一開泥巖鉆進統(tǒng)計鉆具類型進尺/m回次數(shù)心長/m取心率/%時效/m/h回次進尺/m單動雙管15.001714.6697.730.510.88單動三管18.561513.7674.140.821.24合計33.563228.4284.680.641.05松科一井取心技術(shù)嵌塊式鉆頭一開泥巖鉆進統(tǒng)計鉆具類型進尺回次數(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嵌塊式鉆頭鉆進效果地層進尺/m回次數(shù)取心率/%時效/m/h回次進尺/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942.7018992.861.394.99嵌塊式鉆頭二開嵌塊式鉆頭鉆進效果地層進尺回次數(shù)取心率時效回次松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計泥、頁巖塑性大，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)計泥松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計大公差：允許卡簧更緊地抱住巖心大行程：允許卡簧在上死點時順利通過巖心大缺口：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)計大公差：允許卡簧更緊卡簧設(shè)計卡簧設(shè)計松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計松科一井取心技術(shù)卡簧設(shè)計松科一井取心技術(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)濟對比北井運用水源鉆探設(shè)備與巖心鉆