原联邦德国大陆深钻计划钻探技术

  1．概况。
 
  原联邦德国大陆深钻计划(KTB)是德国第一个大规模地学研究计划。该计划的目的是通过施工科学超深井获取地学信息，进行关于地壳较深部位的物理、化学状态和过程的基础性调查和评价，以了解内陆地壳的结构、成分、动力学和演变。该计划由德国联邦研究与技术部提供总计5亿马克的资助，执行时间为1985～1994年。项目的钻探施工包括两个钻孔，即4000. Im深的KTB先导孔和9lOlm深的KTB主孔(Engeser，1996)。
 
  2．“双孔方案”。
 
  德国在实施KTB计划时采用了“双孔方案”，所谓的“双孔方案”是科学深钻施工的一种新战略，即在钻深孑L或超深孔之前，先在深孔或超深孔位附近钻一个直径相对较小、深度相对较浅的先导孔。后钻的深孔或超深孔称之为主孔，一般万米超深孔的先导孔深度为3000～5000m。主孔与先导孔的关系十分密切，其钻探和测井技术方案都要受先导孑L施工的影响。按此战略施工万米超深孑L，至少分为三个阶段。
 
  第一阶段：在主孑l附近，采用连续取心的方法，钻进深度为3000～5000m的先导孔。在该孔中进行大量的测井。
 
  第二阶段：钻进主孔的第一部分，即与先导孔深度相同的孔段，深度为3000～5000m。由于钻先导孔时已全孔取心并进行了大量测井，因此主孔在此孔段基本不取心和仅进行少量的测井。此时，钻探技术的重点放在垂孔钻进上，把孔钻得尽量直，为超深孔段的顺利施工打下好的基础。由于是全面钻进，对钻孔垂直钻进技术措施的采取十分有利。
 
  第三阶段：从第二阶段达到的深度钻到主孔的终孔深度。
 
  KTB计划的先导孔的深度为4000. 1m．丰孔深度为9101m。
 
  采用双孔钻进方案，可节省施工时间和成本，减轻施工的风险性，具有以下优点。
 
  (1)先导孔采用金刚石绳索取心技术进行全孔取心钻进并进行大量测井，以后钻主孔与先导孔等深孔段时可不必取心，故可基本免除主孔此段的取心和测井工作量；主孔比先导孔直径大很多，可采用垂孔钻探-技术，有利于防止孔斜，从而加大了下部钻孔施工的安全性，减轻了主孔施工风险，节省施工成本。
 
  (2)可获得进行主孔钻探技术方案精确设计所需的地下岩层参数，如地温梯度、岩石物理力学性能参数，提供有关复杂岩层，如漏失层、涌水层和破碎带以及地层压力梯度的信息，为主孔的钻探技术设计提供依据。
 
  (3)可在先导孔中试验将在主孔中使用的钻探器具和材料，如金刚石钻头、孔内取心钻具和钻井液等。
 
  (4)可试验和标定将用于主孔的测井工具、仪器和方法。
 
  (5)先导孔的施工为将来进行钻孔间的水力学和地球物理学试验提供了条件。
 
  3．KTB先导孔钻进工艺方法。
 
  KTB先导孔施工采用了一套所谓的“组合式”钻探技术，即在石油转盘钻机上加装一套高速回转的顶驱系统，并采用金刚石绳索取心钻进工艺方法科学深孔和超深孔的终孔直径一般都较大（由于需采用石油测井仪器的缘故），现有的岩心钻探设备因其承载能力太低而不堪此重任，通常的解决方法是采用石油转盘钻机。但是，石油钻机的转盘转速太低，不能满足金剐石钻进的要求，为此需在转盘钻机上加装一套高速回转的顶驱系统。KTB先导孔施工采用了一套液压顶驱系统。先导孔取心钻进主要采用Φ152. 4mm/94mm孕镶金刚石取心钻头，采用Φ139, 7mm外平、内加厚绳索取心钻杆。