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深部地质钻探“拦路虎”

发布时间:2018年07月12日
来源:地调局勘探技术所(2018-07-12)

“上天难入地更难”。人类航天探测器在太空留下足迹,深海潜水器突破洋底极限深度,然而,相比“上天下海”,由于地壳岩石重重阻隔,人类对地下世界知之甚少。

大陆科学钻探不同于普通石油钻探,取出完整的岩心是最关键的环节。松科二井不仅要打到预定深度,为了实现地层研究厘米级的要求,还必须实现95%以上的岩石取心率(取出来的岩心长度与钻井深度的比值),这在世界上都是没有先例的。

松科二井在钻探中面临着一系列世界级难题:在地球的高温、高压、高地应力“三高”条件下,要确保钻具的配件和电子元件能正常工作;同时,要尽可能避免井壁岩石破碎造成井壁垮塌、卡钻等井下事故。面对这些难题地质工作者是如何一一应对和解决的呢?本期将图解深部地质钻探的“拦路虎”。

1.高温问题

松科二井每往下钻进100米,温度升高3℃~4℃,钻到孔底的时候温度已超过240℃,如不能很好的解决这一问题,那么钻具将会在高温下受到严重损坏,深部钻探将是一个遥不可及的梦。

高温下的井底动力钻具

用坏的钻头

 

解决办法

为解决这一问题,科学家们通过反复研究和实验研究出了新型钻井液配方经受住了井底240℃以上温度的考验,刷新了我国水基钻井液应用最高温度记录。

抗高温水基钻井液

 

钻井液就像人的血液一样,在钻眼过程中从地面到井眼最底部不停地循环、净化,传递水动力、冷却并润滑钻具,携带和悬浮岩屑,维护井眼周围井壁的稳定。

 

钻井液的循环

  

2.坚硬岩石

液动锤:坚硬岩层的克星

 

3.破碎的地层

破碎的地层会引起钻孔的坍塌 

应对破碎地层:膨胀波纹管

膨胀波纹管变形膨胀示意图

膨胀波纹管变形膨胀示意图

在波纹管中钻进,孔壁再也不会塌了,安全多啦!

 

4.打钻过程中偏离设计路线

 

应对  采用智能化钻井

数据采集

德国KTB主孔的钻井轨迹剖面1

 

5.取心效率低

传统的科学钻探中大直径井段是先取心钻进一个小井眼,再用扩孔钻头重新钻进去扩大井眼至设计井眼直径。然而,在科学超深井钻探中面临的挑战是如何在大直径井眼中高效钻进,并且完整地抓取岩心。

解决办法:采用新技术

 “松科二井在钻探过程中取得一系列技术创新,如大直径同径取心、长钻程技术和大直径岩心原状出筒技术等,都为我们国家科学超深井钻探取得了技术上的突破。 

 

在取心时用到的工具:卡簧和拦簧

 

松科二井攻克了大直径取心钻头破碎岩石和粗大岩心抓取、携带出井等关键技术,并用国内首创的Φ311mm的大直径同径取心钻探工具直接钻进一个大井眼,一次钻进至设计井眼直径,这样不但省去了传统的小径取心,大径扩孔过程中的很多工序,避免了小井眼到大井眼钻进中的很多风险,而且节约了大量生产物资,获取的岩心样品实物量是设计的5倍,为地学家们提供了更多极其珍贵的岩心。

 

岩心出井犹如飞船对接

 

6.岩心的处理和保存

岩心的完整对地质工作来说至为重要,只有完整的岩心才能描述完整的历史,岩心如此破碎,给科学家们研究地球内部带来很大困难。松科二井的岩心采取率高达96.6%

 

岩心的处理和保存

 

一寸光阴一寸金,对松科二井来说,一万年的光阴才等于一厘米岩心。岩心珍贵,出井后需好好保护

 

[责任编辑:dc]

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