科钻一井钻探工程技术主要成就

  科钻一井的钻探施工取得了令世人瞩目的重大工程技术成果，这些成果对促进科学钻探技术进步，乃至能源资源的勘探钻探活动都有重要意义。我国施工的深井大约有1500口（曾义会等．2005)，都是在沉积地层中以勘探开发石油天然气为目的的钻孔，岩石比较软，取心钻进的比率很低，所采用的钻进技术体系是以大口径牙轮钻头或复合片钻头为主要切削工具，以大型转盘式钻机为主要设备的体系。这种技术在坚硬的结晶岩中施工全孔连续取心的深井，就不能适应了。类似科钻一井j-探l程在我国没有先例，在国际科学钻探历史中也是十分少见的，我国工程技术人员在汲取世界各国科学钻探先进技术的基础上，发明创造和成功应用了一系列新技术、新工艺与新器具，形成了独具中国特色的新型科学钻探技术体系。
 
  这套技术体系主要由总体施工技术战略与方案、井底动力驱动的冲击回转取心钻探技术（螺杆马达十液动锤十金刚石提钻取心钻探技术）系统、大直径孕镶金刚石钻头、硬岩大直径长井段扩孔钻进技术、强致斜坚硬地层井斜控制技术、性能优良的LBM-SD泥浆技术、小间隙固井及活动套管J立用技术、孔内事故预防处理技术、钻探数据采集处理技术等组成。这套技术体系中总体施工战略和方案是统领全局的，井底动力驱动的冲击回转取心钻探技术是核心，各项技术之间是相辅相成、互相支撑的。没有性能优良的泥浆，井底动力驱动冲击回转取心钻探技术就不可能实现；坚硬岩石扩孔钻进技术不过关，整个施工程序和活动套管的应用就要重新考虑。因此说这是围绕结晶岩科学钻探形成的完整的钻探技术体系，不是一个孤立的技术，是一个有机组合的整体。但是各项新技术或它们的技术思想又是可以独立应用于其他钻探工程的单项技术。
 
  首先'科学钻探总体施工战略与方案的研究有新的突破。在广泛吸取各国科学钻探经验的基础上，创造1生地将“组合式钻探技术”、“灵活的双孔方案”、“超前孔裸眼小直径取心钻进程序”有机地结合起来’形成独具中国特色在坚硬结晶岩中施工科学深钻孔的一整套技术方案。这种驾驭各项技术措施的理念及技术路线，是整个工程实现高效、安全、经济的最关键的、核心的技术战略。根据这套技术方案而进行的详细的初步设计是整个钻探工程顺利实施的技术基础。
 
  其次，研制成功的井底动力驱动冲击回转取心钻探技术系统属世界首创。该系统采用高速螺杆马达产生的回转动力并辅以液动锤产生的垂直冲击力共同驱动单动双管取心筒和金刚石钻头进行取心钻进。实践证明，这项技术用于硬岩深井取心钻进具有机械钻速高、回次进尺长、取心效果好、钻柱磨损轻微、功耗低以及钻柱对井壁扰动小、防斜和降斜效果明显等优点，是一项新型的复合式取心钻探技术。以这套系统为主完成了5000m取心钻探任务，确保了科钻一井优质、高效、安全、低成本的顺利完工。
 
  此外，以带导向的特种牙轮钻头为主要碎岩工具的扩孔钻进技术，在我国首次实现了坚硬结晶岩长井段扩孔钻进(两次扩孔钻进进尺3429. 07m)；以刚一直一满一重井底钻具组合和金刚石钻头异径侧钻降斜技术为主的井斜控制与造斜钻进技术，攻克了易斜地层的难关，完成了科钻一井井斜控制并在主孔中成功进行了纠斜钻进和侧钻绕障，这是在我国没有类似先例的技术背景下进行的探索与实践，这一整套技术方法的成功，必为我国今后大口径深孔硬岩侧钻提供有益的示范；以低黏度、低切力、低密度、低失水、低固相及润滑性优良为特征的泥浆技术在施工中应用取得了良好效果，该泥浆体系既适用于取心钻进，又适用于全面钻进及扩孔钻进，满足了科学钻探的苛刻要求，泥浆性能能长期保持稳定，对测试分析无干扰，现场应用效果进一步证明了LBM-SD泥浆体系完全能满足中国大陆科学钻探工程采用的螺杆马达液动锤金刚石双管取心钻具的钻进技术要求，具有良好的性能价格比；以小间隙套管、活动套管安装与回收为特征的套管固井应用技术，在科钻一井中应用获得成功，在国内首次成功实现了2019m长活动套管的安装和回收，为科学钻探开发了实用新型的配套技术；同时采用了独特的钻探数据采集与处理技术等一系列钻探施工新技术。
 
  这一整套i技术经受住了苏鲁超高压变质带坚硬岩石和复杂地层的严峻考验，取得了辉煌的成绩。在岩石坚硬和自然造斜强度高的结晶岩地层中解决了大直径、连续取心、长井段扩孔等一系列技术难题，优质、高效、安全、低成本地完成了五千多米深井科学钻探施工任务。不但表明我国深钻技术获得了长足的进步，还大大提升了我国钻探技术在国际上的影响。
 
  在科钻一井施工过程中还研制了具有世界首创的。螺杆马达十液动锤十绳索取心‘三合一’钻具”和既能同径造斜又可获取岩心的“螺杆马达驱动的连续造斜器”，两种钻具分别获得国家发明专利和新型实用专利，并在试验孔及主孔5000m以深井段中进行了初步生产试验，效果良好。
 
  在科钻一井实施过程中还采用了一种特殊形式的适用于科学钻探的管理模式，我们创造性地将中国大陆科学钻探工程中心（简称科钻中心）定义为中国地质调查局领导下的以承建项目为唯一目的独立结算的项目法人，既非事业单位，也非企业单位，但是又能够独立行使法人的职责。科钻中心在钻探工程上实行以项目法人负责制为核心，以招标承包制、工程监理制、合同管理制为支柱的重大科学工程基本建设管理模式，对长期以来形成的计划经济模式下的建设管理体制实行了根本性的改革。在与钻探工程承包方的关系上，采取了一种特殊的甲方高度控制的日费制。实践证明，这是适应非常规钻探工程的一种成功的管理模式。
 
  科钻一井的施工过程是钻探技术研究开发与应用的过程，也是一部“工程哲学”创新的篇章。
 
  科钻一井的成功不仅仅是研究开发了一批新型钻井技术，更为可贵的是解决困难和问题的思路、方法，这中间处处体现了一种哲学的思维，集体创造的智慧，一种远见卓识、脚踏实地解决问题、组织力量的大科学工程的管理模式。
 
  科钻一井的施工过程是钻探技术研究开发与应用的过程，也是一部“工程哲学”创新的篇章。
 
  科钻一井的成功不仅仅是研究开发了一批新型钻井技术，更为可贵的是解决困难和问题的思路、方法，这中间处处体现了一种哲学的思维，集体创造的智慧，一种远见卓识、脚踏实地解决问题、组织力量的大科学工程的管理模式。
 
  中国工程院院长徐匡迪院士说过：“为了搞好我们的工程建设，实现我们的目标，我们不能再走发达国家传统的工业化的老路，我们需要有新的工程理念”；“工程的设计与实践充满了辩证法。
 
  卓越的工程师和卓越的科学家一样，都是富于哲学智慧和‘身体力行’地体现了辩证法的精神的”；“工程问题不单纯是技术问题，重大的工程问题中必定有深刻、复杂的哲学问题。工程需要哲学支撑，工程师需要有哲学思辨的能力”。
 
  科学、技术和工程是三个不同的对象，三种不同的社会活动，它们有本质的区别，同时也有密切的联系。科学活动是以发现为核心的活动，技术活动是以发明为核心的活动，工程活动是以建造为核心的活动。科学活动成果的主要形式是科学概念、科学定律、科学理论，是论文和著作；技术活动成果的主要形式是发明专利、技术诀窍、图纸、配方，当然也可以是技术文献和论文；而工程活动成果的主要形式是物质产品、物质设施。“科学活动的主角”是科学家，“技术活动的主角”是发明家’“工程活动的主角”是企业家、工程师和工人。科学的对象是带有一定普遍性和可重复性的“规律”，技术的对象是带有一定普遍性和可重复性的“方法”，而任何工程项目都是一次性、个体性的项目。三者各有独特的本性，各有特殊的、不能被其他活动所取代的社会地位和作用。强调科学、技术、工程有本质的区别，绝不意味着否认它们之间有密切的联系，相反，科学、技术、工程三者是人类社会活动的统一体。