科钻工程中组合式钻探技术

 根据地层情况和工程的技术要求，中国大陆科学钻探工程科钻一井的钻探工程设计首先必须确定基本的钻进技术体系和总体施工方案。在广泛汲取各国科学钻探经验的基础上，科钻一井采用了一套完整的新型设计理念，提出了“组合式钻探技术”、“灵活的双孔方案”、“超前孔裸眼钻进技术”这三个战略层面的技术，并将三者有机地结合起来，形成独具中国特色在坚硬结晶岩中施工科学深钻的一整套技术方案。这种战略层面的技术体系和施工方案决定了操作层面的具体施工技术，是高效、安全、经济实现整个钻探工程的最关键的、最核心的技术战略。这些方案涉及总体技术方案、钻孔结构、钻探设备选择、钻探管材、取心技术与方法、液动锤应用、硬岩扩孔钻进技术、垂孔钻进技术、钻孔防斜与纠斜技术、侧壁取样技术、金刚石钻头、钻孔测量、泥浆及防漏防堵、固井、数据采集及处理等方面。
 
  “组合式钻探技术”是指以大型石油钻井设备为平台，采用地质勘探金刚石取心钻进方法为主，将两种钻探技术体系有机结合，兼有两者优点，适用于科学钻探的一种新型组合式钻探技术。这套技术体系是以薄壁孕镶金刚石取心钻头为主要切削工具，以高转速、低钻压、小泵量为主要钻进参数，解决犬直径、深孔、硬岩连续取心钻进施工难题，实现坚硬岩石高效取心钻进的一种新型组合。这套钻探技术体系是科学钻探特有的方式。
 
  地质勘探取心钻探技术适合于在坚硬岩层中进行小直径的、钻孔深度较浅的连续取心钻进，其方法主要是采用孕镶金刚石钻头，高转速、低钻压、小泵量的工艺参数，设备小型化，大量使用绳索取心、回转冲击等特殊钻进工艺；而石油钻探技术装备能力大，适用于大直径和深孔钻进，但切削工具以牙轮钻头全面钻进为主，少量采用金刚石复合片钻头，转盘转速低，钻压控制精度低，取心钻进的比率较低，适合沉积地层不取心钻进方法，不适合在坚硬结晶岩中进行连续取心钻进。而科学钻孔经常需要在结晶岩地层施工深孔和超深孔，例如，科钻一井就要在以榴辉岩及片麻岩为主的地层，施工一口终孔直径156mm、深度5000m的连续取心钻孔。单独使用石油钻探技术和地质岩心钻探技术都不能胜任这种难题。为了解决直径和深度较大的取心科学钻孔施工问题，只有将地质岩心钻探技术和石油钻探技术与装备结合起来使用，即采用组合式钻探技术。
 
  其实现方法是：在石油转盘钻机上加装一套高速顶部驱动系统，或者在井底钻具组合中加装井底高速马达，进行高转速金刚石取心钻进。
 
  科钻一井采用了组合式钻探技术体系，钻探设备采用宝鸡石油机械厂生产的、具有国内先进水平的ZJ70D型7000m电动钻机，为满足金刚石绳索取心钻进高转速的需求，设计中拟加装顶部驱动装置和绳索取心辅助装备，取心技术采用了绳索取心钻进技术、井底动力冲击回转钻进技术、单动双管取心钻具等。