中国大陆科学钻探技术方案

在大量调研国际大陆科学钻探所使用的施工策略、技术方法以及国内钻探技术现状后，提出了在优先采用已有钻探技术的基础上，对关键技术与装备进行研究与开发，主要采用国内设备与器具，少量国内无法解决的关键设备与器具从国外引进的总体思路。根据这一思路，提出了我国实施第一口科学钻孔的技术方案。
 
  1．施工策略与钻探技术方案。
 
  采用“双孔方案”、“组合式钻探技术”和“超前孔裸眼钻进方法”。即先在距主孔200m处钻进一个终孔直径Φ80mm、深度2000m的全孔取心的先导孔，然后进行主孔钻进施工。主孔施工时，先采用液动锤全面钻进方法施工上部与先导孔等深的井段，固井后下入活动套管，然后进行取心钻进。如孔壁稳定，则一直取心钻进至终孔。如遇不稳定地层，取心钻进穿过不稳定层后，将活动套管拔出，进行扩孔钻进。扩_孑L钻进结束后，固井并下人活动套管，恢复取心钻进至终孔。先导孔和主孔的取心钻进均采用金刚石绳索取心钻进。
 
  2．设备方案。
 
  钻机选用国产的、钻进能力在5000m以上的电动石油转盘钻机。为了使转盘钻机能满足金刚石钻进的要求，对钻机作如下的改造：①加装高速顶驱系统；②加装绳索取心绞车；③加装高压、小排量泥浆泵；④加装高精度自动送钻系统；⑤配备先进的钻井仪表系统。
 
  3．钻杆柱方案。
 
  由于要在施工中同时进行扩孔和取心钻进，采用的钻杆柱分两种：绳索取心钻杆和善通钻杆。
 
  普通钻杆可购买或租用高钢级、高强度石油钻杆，规格为Φ127mm或Φ89mm。
 
  绳索取心钻杆考虑到国内的材料技术水平和加工工艺条件，建议从国外进口为妥，并建议采用优质合金钢作为绳索取心钻杆的材质。在结晶岩中进行全孔绳索取心钻进，钻杆柱必须满足下列性能要求：①钻杆柱用于钻进终孔直径Φ152. 4mm的绳索取心钻进，强度应满足5000m深度钻孔施工的要求；②合理的钻杆壁厚，以减少钻头底唇面积，提高钻进技术经济效果；③钻杆柱内平或基本内平，内管总成能在钻杆柱内顺利通过；④钻杆柱与孔壁、内岩心管间隙要合理，减小冲洗液循环阻力和提钻及打捞岩心时的抽吸作用，保持孔壁稳定；⑤钻杆柱接头外表面及螺纹要耐磨损，密封性能好。
 
  4．钻杆柱检测方案。
 
  深井钻进过程中，一旦出现钻杆折断事故，打捞工作量大，容易引发其他井内事故，严重时会导致钻孔报废。由此，建议对钻杆及其接头的壁厚、钻杆的腐蚀与裂纹进行现场检测。钻杆壁厚建议采用超声测厚仪进行测量。钻杆的腐蚀与螺纹建议采用荧光磁粉探伤装置或超声探伤仪进行检测。
 
  5．孔内取心钻具方案。
 
  以绳索取心钻具为主，同时考虑绳索取心液动锤钻具和螺杆马达取心钻具。
 
  绳索取心钻具必须满足下述要求：①各部件必须有耐150℃高温的性能；②应具有内管总成到位报讯装置和岩心堵塞报警装置；③内岩心管与钻杆、内岩心管与岩心间的间隙要合理；④打捞遏阻，打捞器应与内管总成脱卡。
 
  绳索取心液动锤钻具除要达到上述要求外，还需解决液动锤的密封性和抗高温性能等关键技术。
 
  螺杆马达取心钻具为备用钻具，当绳索取心钻具不能使用时使用该钻具进行取心钻进。
 
  6．钻头方案。
 
  由于是在坚硬的结晶岩中钻进，拟采用孕镶金刚石取心钻头。钻头规格为：①钻头外径：
 
  Φ152. 4mm;②刚体外径：Φ140mm;③钻头内径：Φ94mm;④刚体内径：ΦllOmm。
 
  为了确保钻头的寿命，拟采用粒度为45/50目、强度≥25kg的优质人造金刚石作为钻头磨料，并在钻头内外侧刃处采用天然金刚石补强以强化内、外保径。
 
  7．钻井液方案。
 
  我国科学深钻施工拟采用一种以LBM低黏增效粉为主要成分的钻井液系统。LBM低黏增效粉是20世纪80年代为解决绳索取心钻杆内壁结垢而研制的一种低黏低失水高分散性造浆材料。它是由优质钠膨润土和低分子量聚丙烯酸（腈）钠盐按一定比例经混炼、挤压、干燥并粉碎而成。为完善LBM体系以及解决钻进施工过程中遇到的一些特殊问题，对钻井液系统考虑采取以下配套技术措施：④采用RH4钻井液清洁剂，以防止钻杆内壁结垢；②采用RH-3润滑剂，提高钻井液系统润滑性能；③采用JT-888降失水剂，提高钻井液的抗污染能力，并具有抑制分散等性能；④鉴于金刚石钻进的钻屑细小，必需配备满足处理钻井液循环量的细目振动筛、除砂器和除泥器，以保证钻井液的清洁和性能；⑤钻井液循环系统装配计量及液面报警装置，以保证随时发现孔漏和孔涌。
 
  遇有漏失孔段，进行温差测量，以便确定漏层的准确部位。
 
  8．其他方案。
 
  在技术方案预研究中，还就测斜、防斜、纠斜、钻进数据采集、岩心定向等分别提出了技术方案。