科学深孔复杂地层钻进技术难题与对策
复杂地层成因分析及钻进技术对策
难题之一。 另外流砂层 、 沉积 的泥质地层 ， 都是流水沉积作用 的
结果 ， 会使岩石胶结不牢而造成极为严重的坍塌 、 。 扩径
１４地质构造 引起的复杂地层 ．
失稳 、 。从 冲洗液方面来看 ， 当增 加冲洗液 的粘度 ， 掉块 应 这样 可 以更好 的粘 接孔壁破碎带 颗粒 ， 其粘结力 ； 增加 同时适 当控
困难甚 至各种孔 内事故 。 因此在钻进前应 当及时了解钻遇地层
情况 ， 优选钻 探工艺并设计 钻孔结构 ， 以保 障钻探工作 的顺利 进行 。 本文主要分析了复杂地层 的形 成原 因并提 出了钻进过程
中的相应对策 。
图 １ 裂 隙发 育 地 层
岩
土
工
性岩石最容易形成复杂破碎地层 。 钻探 中常见 的断层大都 由断 层泥 、 糜棱岩 、 断层角砾 、 压碎岩 、 碎块岩和片状岩等分别组成 ， 此类断层的延伸和宽度可以达 几米 、 十几米 、 数百米不等 。 当钻
摘 要： 复杂地层钻探是 小 口径岩 心钻探 生产中的难题 。 文章首先从 五个方面详 细分析 了复杂地层 的形成原 因， 然后结合 实践经验 ， 出了针对各 提
种 复杂地层钻进 的相应对 策， 为处理钻遇复杂地层应 当采用将具体地层情况与钻探 目的相结合 的原则。 认
关键词 ： 复杂地 层； 因； 成 钻探 ； 技术对 策
１２风化作用下形成的复杂地层 ．
育为大的溶洞。 钻遇该 类地层 时， 极易发生漏失甚至不返浆 ， 严
重时甚至导致地表塌陷。
在地层岩石形成过程 中 ，风化作用降低 了岩石全 部或部 分颗粒之间的粘结力 ， 使岩石变得疏松 ， 具有较 大的缝 隙。 钻遇 该段地层 时 ， 钻杆 碰撞孔壁 、 冲洗 液返速过 高或者泥浆 压力激 动均会使地层坍塌掉块 ， 严重时甚至导致漏失 。 １３流水冲击作用 、 ． 沉积作 用等 形成 的复杂地层
福建省深孔钻探主要技术难题及其解决对策
收稿日期：２０１２－０７－３１ 作者简介：陶建华（１９５６－），男（汉族），福建人，福建省地质矿产勘查开发局总工程师、教授级高级工程师，枟探矿工程（岩土钻掘工程）枠杂志、探矿工程在线网理事会副理事长，中国地质大学（北京）、福州大学兼职教授，地质学专业，博士，长期从事地质矿产资源勘查工作，福建省福州市五四北路２８５号，ｆｊｄｋｊｔｊｈ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｆｚ．ｆｊ．ｃｎ；李粤南（１９６２－），男（汉族），福建人，福建省地质矿产勘查开发局教授级高级工程师，枟探矿工程（岩土钻掘工程）枠杂志编委会委员，探矿工程、经济学专业，硕士，从事矿山岩心钻探、地路北基与基础工程、公路工程等施工与管理。
福建省深孔钻探主要技术难题及其解决对策陶建华，李粤南（福建省地质矿产勘查开发局，福建福州３５０００３）摘 要：在系统分析福建深孔岩心钻探复杂地层护壁堵漏与取心难、孔斜超标、钻进效率低等主要技术难题的基础上，结合福建省地勘局多年的钻探生产实践与科研成果，总结地层特别复杂矿区钻孔、长孔段多特征复杂地层、深部强径流大漏失地层、深部松散破碎易坍塌层等重大护壁堵漏难题的治理对策和方法，简要介绍了解决复杂地层岩（矿）心采取率低、易斜地层孔斜、钻进效率低等的经验，提出了需进一步研究解决的技术难题和工作思路。
关键词：深孔钻探；钻探难题；对策中图分类号：Ｐ６３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－７４２８（２０１２）Ｓ２－００３２－０７１ 概述矿产资源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。
随着我国国民经济的发展，矿产资源供需形势严峻，全国开展了以“攻深找盲、探边摸底”为重点的新一轮地质矿区勘查工作。
在深部找矿工作中，尽管有不断创新的地质理论作指导和先进的物探、化探、遥感等新探测技术方法可供应用，但钻探仍然是深部找矿取得最终成果的最基本的的重要工程手段和技术方法。
由于深部矿体勘查钻探的钻孔深度大，除需配备大功率深孔钻机、性能可靠的变量泵、能承受高荷载的钻塔等机具外，还有许多事关钻孔质量、钻进安全、钻探效率与效益等直接影响地质找矿勘探成果的技术难题需要研讨解决。
复杂地层成因分析及钻进技术措施
岩石 的整体性 、 固性 受到破 坏 ， 坚 从而形 成结 构松 散 、 裂 管 隔离 ， 以下地层采 用一 般冲洗 液 。 隙发育 的破碎 地层 ； 造作用对 岩 石 （ ） 构 体 施加 应力 形成 运用 高 分 子聚 合物 、 物 胶 、 植 复合 胶类 冲 洗液 进行
使钻 孔孔壁 失去稳 定性 。根 据遇 水产 生情 况 可 引言 ： 随着 我 国基础 建 设 的发展 ， 以及矿 产 、 油 、 石 水 化 作用 ， 文 等 资源 的勘 探 、 地质 灾 害 探测 的需 要 ， 质钻 探 愈来 分 为 以下 几种 ： 地 ＿ １ 愈成 为一 门不可或 缺 的重要 行业 ， 已成 为应 用普 遍 、 探 （ 遇 水溶 解地 层 ： １ ） 可溶 于水 的岩 土层 遇水 溶解 形 成 测 准确 的勘探 方法 。但 在钻 探 生产 中 ， 常会 遇 到各 种 溶液 ， 经 造成 泥 浆污 染 ， 孔超 径 、 塌 。 钻 坍 较典 型 的如盐岩 、 类 型 的复 杂地 层 ， 易 引起 各种 孔 内事 故 ， 极 导致 机 台钻 钾盐 、 卤石 、 光 芒硝 、 天然 碱 、 膏等地层 。 石 进 效率 及岩 矿 芯 采取 率 较 低 ， 至 钻 孔报 废 ， 重 制 约 甚 严 （ 遇 水 溶 胀 地层 ： 土 、 岩等 地 层 中含 有 大 量 蒙 ２ ） 粘 泥
了钻探 工程 进 度 ， 接 影 响 了钻 探 效 率 、 直 钻探 经 济 效 益 脱石 、 伊利 石 、 高岭 土 、 泡石 等遇 水膨 胀 的矿 物 。该类 海
和 勘探质 量 。 因此 ， 分析 各类 复杂 地层 的成 因 ， 并据 此 找 地层 遇水 易溶 胀分 散 、 离 ， 剥 导致 钻孔 膨胀 缩径 、 浆增 泥 出相应 的解 决措施 是非 常必要 的。 稠 ， 头泥 包 ， 钻 孔壁 表面 剥落 ， 崩解 ， 垮塌 、 径等 。 超 （ 遇水 松 散 地层 ： 质砂 岩 、 化 大 理岩 和 风 化花 ３ ） 泥 风 岗岩 等 地 层 遇水 后 粘 聚 力减 小 ，导致 钻 孔孔 壁 表 面剥 落， 崩解等 问题 。 （） 水 剥落 地 层 ： ４ 遇 页岩 、 片岩 、 干枚 岩 、 石 化 高岭 滑
复杂地层钻探困难原因及治理方法
复杂地层钻探困难原因及治理方法些问题的出现对于钻孔来说是十分不利的。
为了能够更好的提高在复杂地层的钻孔，就需要对这些地层进行合理的分析，这样才能够有效的避免这些问题的出现。
本文针对复杂地层钻探困难原因进行分析，然后根据实际情况及钻进要求，合理运用综合治理方法。
关键词：复杂地层；岩心钻探；；原因分析；综合治理引言复杂地层是指岩心钻探中孔壁不稳定（坍塌、掉块、遇水膨胀、遇水溶解等）、钻孔漏水或涌水的地层。
地质岩心钻探在我国社会经济建设中的有着举足轻重的地位，近几年发展速度也非常迅速的。
由于矿山地表的矿产资源被过度的开发，而现有地质岩心技术的落后，矿山的深部矿产资源得不到有效的利用，导致矿山现有的服务年限非常短暂，市场矿产资源需求也得不到满足。
为了解决以上问题，我国大部分地区将地质找矿的重心转向矿山深部资源的开发上。
开发矿山深部资源将会大大增加复杂地层深孔钻探的施工难度，这对于复杂地层岩心钻探技术的要求大大提高。
因此，提高我国复杂地层情况的岩心钻探技术水平的任务就显得十分紧迫。
1复杂地层岩心钻探困难的原因分析在钻探生产中，从复杂地层的护壁角度来说，是指阻碍钻进的一些特殊岩性的地层。
地层松散、胶结不良、软硬互层、吸水膨胀，遇水溶解或地质构造运动而造成的破碎、裂隙、断裂，再加上地下水的融蚀活动等等，给钻探生产带来坍、掉、涌、漏不利因素。
（1）风化作用形成的复杂地层。
风化作用破坏了坚固岩石的全部或部份的颗粒之间的联结，使岩石变得疏松，具有较大的缝隙，易于坍塌掉块与漏失。
（2）流水作用、沉积作用形成的复杂地层。
流砂层、沉积的泥质地层，皆为流水沉积作用从而使岩石胶结不牢而造成极为严重的坍塌、缩经。
（3）地质构造引起的复杂地层。
在地质构造运动形成的压力、振力和扭力等作用下，造成所谓压性、张性、扭性、压扭性和张扭性各类断层，这些大都由断层泥、糜棱岩、断层角砾，压碎岩、碎块岩和片状岩等分别组成，此类断层的延伸和宽度可以达几米、十几米、数百米不等。
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术深井超深井和复杂结构井是石油勘探开发领域中的难点和重点。
为了提高井深和提高钻井效率，高效、安全、可靠的垂直钻井技术显得尤为重要。
深井超深井钻井技术是指针对超过5000米或更深井深的垂直钻井而言的，在这个范围内，钻井面临的挑战有：高温高压、地层钻进难度大、极易发生事故、井底钻头易受损等。
为了解决这些问题，人们采用了下面的方法：1. 确定合适的钻井液体系结构。
钻井液的质量会对井的钻进效率起到重要的影响，特别是在深井超深井钻井时。
2. 优化钻井工艺，特别针对井口、井筒以及井底的情况进行优化，减少阻力，提高钻进效率。
3. 高效地利用井眼以及钻头的各种功能，例如：钻头可以作为测井工具、地层样品采集工具等。
4. 使用新型的测井技术。
利用高分辨率测井工具，如多频声波测井技术、多角度声波测井技术等。
复杂结构井钻井技术，是指在非垂直井管内钻孔的技术，例如斜井、水平井、方向钻井等。
这种钻井技术常常被应用于开采层状、层状粘土、页岩、煤制气等井型。
为了解决复杂结构井钻井时面临的困难，例如遇到高压、高温、高地层压力、高气水比、钻柱损坏等问题，我们可以采用下面的方法：1. 应用高压钻井液。
因为在水平井、斜井中钻井时，井眼形状复杂，液体能流阻力加大，因此需要使用高压钻井液，以弥补这种能流阻力。
2. 选择合适的防护装置。
为了防止顶部的岩石物质落入井眼，我们需要使用合适的防护装置，如套管、电缆保护管、钢丝绳内钢管等。
3. 选择合适的钻井工具。
钻井工具优化可以提高钻进速度、延长钻头使用寿命、减少钻柱损坏等问题。
4. 积极采用新型的钻井技术。
例如利用地下导向仪、方向钻井技术等。
总之，深井超深井和复杂结构井的钻井技术与传统钻井工艺有很大不同点，需要我们采用先进的钻井技术，才能充分发挥其巨大的生产潜力。
地质钻探中孔内复杂情况的应对措施
地质钻探中孔内复杂情况的应对措施摘要：本文首先介绍了地质钻探的基本含义，然后以破碎性复杂地层为研究切入点分析了复杂地层的结构性质，在此基础上提出了遇到地质钻探中孔内复杂情况的措施，新旺通过本文的分析，可以给相关领域的工作人员在施工时提供一定的参考作用。
关键词：地质钻探；漏通地层；钻孔内径前言：地质钻探工作需要不断的提高工作的效率和质量这样，这样才可以保证在钻探工作的水平达到基本需求的情况下，进一步保证钻探工作的施工安全，因此前期一定要做好钻进地层结构的探究工作。
对许多数据进行探究分析后发现在展开地质钻探工作时，最关键的是需要掌握好复杂底层算进的尺寸。
想要保证这个阶段的工作得到顺利开展，就需要消耗一定的成本，且成本消耗量占整个施工成本的一半以上，同时在施工过程中还受到许多其他外界因素的影响，会引发相应的状态事故，因此导致企业使用的钻探设备在复杂地层进行钻进工作时会受到不同程度的损坏。
由此可见，在开展复杂情况地质钻探工作中，采用合理的钻进措施，将十分重要本文将对地质状态中口内复杂情况进行分析，同时给出相应的应对措施。
1概念分析1.1地质钻探地质钻探工作就是以勘察地下情况作为主要目标的一种钻探工作，他是在落实基本地质普查工作的基础上进行勘察的一种工作，首先要对底层和相应的地质结构有所了解，要开展打普查钻工作，同时在勘察过程中一定要掌握矿场的数量，形状以及品位，因此需要在钻探过程中运用精密性的查探设备。
不管是普通的勘查还是进行详细勘察，在实际开展时都需要采取一块完整岩心，如果条件允许的情况下，还要进行测井工作。
1.2地质钻探中孔内复杂情况根据以往的工作经验，发现地质钻孔中孔内复杂情况的引发因素，主要有地质构造的影响和外力作用。
地质构造的影响主要是在底层容易发生破碎地层的现象，这种现象主要是由于外界环境和地质条件所引发的，比如在地质构造运动时，由于底层出现挤压和张拉的情况，将会引发岩层出现裂缝而导致底层破裂最，中出现地质构造不稳定的现象。
关于深部找矿的相关钻探技术中问题和对策
关于深部找矿的相关钻探技术中问题和对策深部找矿是现代矿产开采中的重要领域之一。
然而，深部找矿的确有许多技术难题需要克服。
其中最关键的问题是如何提高探测的准确度和深度，以及如何提高工作效率和安全性，以确保成本和投资回报之间的良性循环。
以下将针对深部找矿中存在的问题和对策进行探讨。
1. 钻探深度和准确度的限制钻探是深部找矿最常用的技术手段之一。
然而，由于地质条件的复杂性和规模的限制，钻探的深度和准确度仍然存在一定的问题。
对此，现有的解决方案主要有两种。
第一种是使用对地球物理特征敏感的技术，例如地震勘查、重力勘查、电磁勘查等。
这些技术通过检测地下不同物质对物理场的响应，进而推断出地下的矿床位置和形状。
这种方法操作简便、快捷，但准确度仍有待提高。
第二种方法是使用非常规钻探技术。
这些钻探技术通常具有较高的准确度和深度，例如Vibration drilling振动钻探技术和机器拔管钻探技术等。
然而，这些技术在适应性、操作复杂度、成本等方面仍然存在困难。
2. 表层扰动和安全问题深部钻探常常伴随着严格的安全要求。
目前，由于地质条件等因素的限制，深部钻探过程中的地表扰动和螺旋下结构成为限制操作深度、避免事故和保证安全的重要因素。
所以，如何减少表层扰动和保证下部钻探的安全性是一个重要问题。
这时，机器钻探技术可以提供有效的解决方案。
机器钻探技术是一种采用机器人进行探察活动的钻探技术，比传统的人工钻探不仅减轻了工人的劳动压力，还提高了探测效率和精度。
另外，在表层钻探中，机器钻探不会造成污染和噪音等问题，从而减少了环境风险。
3. 钻探材料和矿物分离技术钻探中的材料和矿物分离是另一个令人头疼的问题。
常用的手段是采用机械振动和不同粒度筛子进行分离。
然而，这种方式效率低下，精度不够高，过程中产生的噪音和振动可能会对工人的健康造成影响。
解决该问题需要引入新的技术手段。
近年来，利用微重力和工业光学技术对钻探材料和矿物进行分离越来越受重视。
钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨
钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨摘要：我国煤矿井下地质条件复杂，特别是在松软煤层、断层褶皱等发育地带，受到多种因素的影响，经常容易出现钻孔垮塌、钻不进去等现象，浪费大量时间，大大增加劳动强度。
钻探工程中，相关人员需要全面分析复杂地层钻进技术的应用优势和价值，同时掌握多种类型的复杂地层，了解其形成原因，采用相应的勘探方法，选择最佳钻进技术，提高工作开展质量和效率。
关键词：钻探工程；复杂地层；钻进技术引言复杂地层钻井是小口径岩芯钻探生产中的一大难题。
钻探过程中容易遇到裂隙发育、断裂、结构松软、剥落等复杂地层，降低岩心采取率，破岩效率相对较差，增加成本，同时在钻进过程中经常产生漏失、坍塌等问题，增加钻探工程施工难度。
1钻进技术阐述煤矿开采过程中面对恶劣环境，当出现任何问题，容易造成生命财产等多个方面的严重损失。
所以煤矿开工之前，相关工作人员全面研究和分析实际地质条件，相对应的开采工作，开展地质勘测工作过程中，采用定向钻进技术全面提高煤矿开采工作质量和效率，进一步保证生产人员的安全。
定向钻进技术和其他井下地质勘探技术存在一定差异性，需要经过人工实践操作，转变钻头钻进轨迹、相关空间位置[1]。
实地探测过程中，相关工作人员需要将探头放在深井区域，合理调整钻头参数和孔深，之后结合钻进设备的钻孔轨迹，详细计算出孔垂周围的位移参数，不断改进和优化钻进探头数据，获得钻孔前方煤炭的实际地质条件。
相关工作人员在实践操作中通过钻孔设备的运行轨迹，明确勘测点和周围地层变化等信息，保证煤矿生产高效顺利开展。
2复杂地质形成原因分析⑴地层矿物岩石。
部分地层中，钻进工作开展会造成原有矿物岩石结构转变成复杂地层。
如，某地层主要包含黏土和泥页岩等物质，打开钻孔之后，冲洗液会立即进入到钻孔表面的底层中，造成黏土和泥页岩等遇水之后降低其强度，同时降低颗粒的胶结性，同时后续钻具和冲洗液的循环影响，造成地层破碎、掉块、地层泥质中包含较高含量的蒙脱石，泥质会吸收部分冲洗液、水分出现膨胀、缩颈，引发钻探安全事故。
钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨
探， 往 往会 由于钻具碰 撞以及冲 洗液的冲 刷 ， 会发 生一定程
度 的漏失或坍塌 。
１ ＿ ５ 溶 蚀 作 用 导 致 的 复 杂 地 层
１ 各种复杂 地层的形成原 因
复杂 地层 一 般是 由地 层本 身 的运动 变化 规律 与外 部 力 量的作 用结果 ， 具体 而言主要包括 以下几种因素 。 １ １ 地层的矿物岩石构成的复杂地层 在某 些地层 中 ， 钻 进工作会 导致原有 的矿 物岩石结 构演 变为 复杂 地层 。 例如 ， 当某地层 由黏土 以及泥 页岩等物 质组 成时， 打 开钻 孔后 ， 冲洗 液会 立刻 渗入 钻孔 表面 的地 层 中 ， 黏 土 与泥页岩 等遇水 后强 度减 弱 ， 颗粒 的胶结 性明 显下 降。 加 上后 期钻具 和冲 洗液 的循环 作用 ， 地 层容 易破碎 或掉块 。 当地层泥质 中蒙脱石 的含量很高时 ， 泥 质会吸收冲 洗液或其 他水分 而膨 胀 ， 出现 缩颈 ， 甚至发 生钻探 事故 。当钻进 盐膏 层时 ， 盐膏岩会 出现溶蚀现 象 ， 导致钻孔迅 速扩大 。 １ － ２ 风化作用导 致的复杂地层 风化 作用 可 以破 坏坚 固岩 石所 有或 部分 颗粒 之 间的连 接， 令 岩石慢 慢疏 松或 产生裂 隙 、 断裂 等 ， 在漫 长 的风化 或 其他外 力作用下就容 易发生漏失 、 掉块 或坍塌 。
的作用会 产生张性 、 压性 、 扭性、 张扭性和压扭 性各类断层 。 这 些断层 大 多 由糜棱岩 、 断层 泥 、 压 碎岩 、片状 岩 、 碎 块岩 以及 断层 角砾等成 分结合组成 ， 这 些断层的宽度 与延伸度通 常 会达 到几 米 至数 百米 。当在 这 些断 层 的破碎 地 带进 行钻
遇水膨胀性地层 、 软硬互层 、 松散地层 、 溶蚀性 地层以及 由于 地质运 动导 致的裂隙、 破碎 、 断裂性地层 。 在这些复杂地层中 进行 钻进容易导致漏 失 、 涌水 、 掉块 、 坍塌等 情况 ， 若如处理 失当， 还会导致钻进 困难甚至施工事故 …。 为解决在复杂地层 中进行钻进 的技术难题 ， 应该在理论上 了解各种复 杂地层的 形成原 因 ， 针对复杂地层的具体特点提出相应的钻进措施 。
水平井钻井技术难点及对策分析
水平井钻井技术难点及对策分析随着油气勘探开发技术的不断进步，水平井钻井技术已经成为了油气勘探开发的关键技术之一。
水平井钻井技术通过在地层中钻出水平井段，能够增大油气产量，提高采收率，降低生产成本。
水平井钻井技术也面临着一系列的技术难点，如地层复杂、井眼质量控制、井底装备选择等问题。
本文将从这些技术难点出发，对水平井钻井技术难点及对策进行分析。
一、地层复杂导致的技术难点地层复杂是水平井钻井技术的一个重要难点。
在地层复杂的情况下，钻探作业会受到很大的约束，如地层崩塌易导致井眼塌陷，井壁稳定性差等问题。
为了解决这些问题，需要根据地层的具体情况，采取相应的对策来进行处理。
对策：钻井液的选择是解决地层复杂问题的关键。
合理选择钻井液，能够有效减少井眼塌陷的风险，提高井壁稳定性。
选用合适的井眼支撑技术，如衬管技术、井壁加强技术等，也可以有效地解决地层复杂导致的技术难点。
二、井眼质量控制水平井钻井过程中，井眼质量对钻井作业的顺利进行起着至关重要的作用。
井眼质量直接影响到后续的井下作业和油气开采效果。
而水平井钻井过程中，井眼质量控制难度较大，常常出现井眼质量不理想的情况。
对策：在提高井眼质量方面，首先需要选择合适的钻井工艺和工具，保障井眼的质量。
加强钻井液循环和井眼清洁工作，确保井眼的清洁和平整。
对井下测量工具和仪器的精度要求进行提高，实时监测井眼质量，及时发现并解决问题。
三、井底装备选择水平井钻井的井底装备选择也是一个关键的技术难点。
井底装备包括了钻头、鉴定工具、轨迹工具、定向钻井工具等。
井底装备的选择是否合理，直接影响到钻井操作的顺利进行和整个井的建井效果。
对策：为了解决井底装备选择的技术难点，需要充分了解地层情况，根据地层的特性选择合适的井底装备。
也需要对井底装备进行合理的配置，提高井下操作的灵活性和钻进效率。
总结来看，水平井钻井技术面临着地层复杂、井眼质量控制、井底装备选择等一系列技术难点。
要想克服这些难点，需要采取相应的对策。
深井钻完井施工难点与技术对策
深井钻完井施工难点与技术对策摘要：随着油气勘探的不断深入，在我国的各个大油田深井的钻井规模和数量在逐年增多，积极攻关防斜打快技术、钻具组合优化技术、钻头优选及钻井参数优化技术，以及自动化钻井技术，使我国的深井钻井的平均井深逐年增加，平均机械钻速也在逐年升高，取得了一定的成果，但是与国外先进的钻井技术水平还存在一定的差距，还需要进一步攻关。
关键词：深井施工；技术难点；对策1 深井钻完井施工的难点分析1.1钻遇地层压力层系多对于一口7000m的深井来说，会从新地层到老地层逐渐加深钻进，在这一钻进过程中，由于地层形成时期的地层压力不同，会钻遇从压力系数为0.8~2.2的多套压力层系，地层压力层系的增多，会使在同一井身结构下存在喷漏同层，这样就会极大地增加深井钻井施工的难度，甚至会有发生井喷的风险。
1.2地层研磨性强深井钻井不是皮下注射，钻遇的地层会越来越古老，在这些古老的地层中，存在硬性的泥岩地层以及研磨性强、石英含量高的火山岩地层和一些花岗岩等基岩地层，这些地层的研磨性非常强，限制了PDC钻头的使用，在遇到这些地层的时候只能使用牙轮钻头进行钻进，行程钻速特别低，严重地影响了施工效率。
1.3井底温度高随着井深不断增加，井底的温度不断升高，例如松辽盆地的地温梯度为4℃/100m，对于该盆地的5000m的深井来说，井底的温度就达到200℃，这么高的井底温度给钻井液的稳定性提出了非常高的要求，同时高温度也限制了井下仪器和工具的应用，使钻井效率受到限制。
1.4循环压力高在井深不断增加大情况，钻井循环系统的施工压力不断增大，使地面循环系统难以承受高泵压的施工，不得已而降低施工排量，这样就会影响水力参数作用的发挥，同时也会使钻井携岩效果变差，为井下安全埋下隐患。
1.5固井质量差深井由于裸眼井段比较长，因此会造成同一个裸眼井段存在不同的压力层系，给固井水泥浆密度优化带来困难，而且固井中循环压力高、顶替效率低，同时由于井底的温度高，造成水泥浆稠化时间不正常，水泥石的强度变低，硬度变差，因此会影响到固井质量。
探析地质钻探中孔内复杂情况的应对措施
探析地质钻探中孔内复杂情况的应对措施发布时间：2021-05-06T07:20:26.310Z 来源：《中国科技人才》2021年第4期作者：卢勇[导读] 地质钻探是地质勘探（矿石勘探）和地质科学勘探工程的关键支撑技术。
它是获取地下物理数据的主要手段，具有不可替代的作用和地位。
与其他地质勘探项目相比，钻井项目具有投资大，规模大，长期，风险高，技术复杂的特点。
钻井需要大量的人力，物力和财力。
四川省地质矿产勘查开发局九0九水文地质工程地质队四川绵阳 621000【摘要】为了提高地质钻探的效率和质量，确保作业人员的安全，必须对地质构造、地质条件和环境进行充分详细的调查和分析。
通过对有关资料的收集和分析可知，在地质钻探中，复杂地层的钻探费用约占工程总费用的三分之一。
完成这部分工程的费用占工程的总造价。
五分之三。
因此，在复杂钻孔条件下进行地质钻探作业，一定要采取有效的安全防护措施，进而保证施工作业人员的生命安全。
【关键词】地质钻探；孔内；复杂引言地质钻探是地质勘探（矿石勘探）和地质科学勘探工程的关键支撑技术。
它是获取地下物理数据的主要手段，具有不可替代的作用和地位。
与其他地质勘探项目相比，钻井项目具有投资大，规模大，长期，风险高，技术复杂的特点。
钻井需要大量的人力，物力和财力。
地质钻探工程是隐藏在地下的工程。
复杂的地层和复杂的井眼条件导致不确定，随机和不可预测的因素，导致对井底的识别和判断不准确，决策错误等，从而导致井眼事故。
如果孔中发生事故，将停止钻孔并延长施工时间。
同时影响钻井质量，延误地质资料的提交。
处理不当还会造成钻井工作量和管材的报废，钻井成本会大幅增加；严重时还会造成钻井设备事故和人身伤害。
因此，必须充分重视地质钻孔事故的预防和处理。
现阶段，地质钻孔事故预防和处理工作发生了一些新变化。
要研究、分析、梳理孔内复杂情况和孔内事故类型，形成行业共识。
这项工作对于制定地质钻孔事故防治技术规程，促进钻孔事故防治技术的发展和规范化管理，支持地质调查和矿产资源勘查具有积极意义。
浅谈复杂地层钻探与治理
浅谈复杂地层钻探与治理随着近几年技术的日臻完善，在地质钻探工作上我国取得了十分显著的进步，在一些钻探技术上也得到了长足的发展，然而在钻探工作的过程之中还存在一些挑战，这就要求在钻探工作过程中，在根据社会发展的前提下，应进一步在地质钻探的技术和设备上进行升级，对这方面的工作进行更好的治理。
一、在考虑地质因素的前提之下选择工艺在钻探的工作当中，会遇到十分复杂的地层，因此钻探起来就会十分的困难，这其中的主要原因就是，对复杂地层的成因认识的不清，只注重了对工艺的选择而忽略了内在的因素，即—地层构造。
我们都知道内因才是决定性因素，在钻探的时候，充分的研究好当地的地层是十分重要的。
在确定采用什么样的钻工方式进行钻探工作和如何进行泥浆的选择时，只有充分的研究好当地岩层的地质构造情况，及其岩层的性质和基本的矿物组成后，才可以保证正常的钻探工作，降低事故的概率，以达到节省成本的目的。
对于一些孔壁失去稳定情况出现时，最主要的是调查出事故属于何种情况，然后采取相应的解决措施，合理选取防止塌陷的措施和相应的泥浆。
对于一些较不稳定的地层，有的是松散造成的、有的是由于岩层的破碎，要想避免塌陷现象的产生，促进正常的钻探工作，在对泥浆的选择上就显得十分的重要，适当的提升泥浆的数量，来平衡岩层的承压能力，用高聚物来顶住岩层的塌方，用高含量的化合物来提升泥浆的粘性。
对于一些对水敏感的地形，主要是由于表面的水化现象严重或是出现渗水的情况，在掌握了这些因素的前提下，进行泥浆的选配时，要考虑较低失水、适当比例和粘度。
目前对塌陷泥浆的配置方法有很多种，但在钻探的过程中出现事故时，要首先考虑的就是地层因素和相关的工艺，这样才能采取合理的补救方案。
二、对易水化、缩径地层钻探的治理在钻探的过程中有时候会遇见一些复杂的地层，比如含有砂页岩、凝灰岩、绿泥石化等对水敏感较大的地层，这些地层在钻探的过程中容易造成孔壁的不稳定，发生一些孔内的复杂情况，影响正常的钻探工作。
深孔复杂地层钻探技术探讨
深孔复杂地层钻探技术探讨【摘要】本文从深孔复杂地层钻进所面对的困境出发，分析了复杂地层深孔钻进的特点，就钻进方法的选择、钻具的优化配置、钻进技术参数及防斜等方面，提出了深孔钻进技术的方法和措施。
【关键词】复杂地层钻探绳索钻孔1 前言钻探在地质找矿起着举足轻重的作用，众所周知黑龙江金厂矿区、河南省的灵宝金矿和钼矿田、甘肃阳山金矿田和宝兴厂金矿田等等的探明，均是利用了大量钻探工程。
现阶段在“攻深找盲、探边摸底”勘查中，钻探更是地质找矿必须依靠的手段。
国内外各方人士通过几十年的理论研究和实践探索，在钻探装备和钻探技术方面有了突飞猛进的发展，钻探的诸多技术难题得到解决。
然随着矿产资源“攻深找盲”战略的发展，深部钻探技术难题不断涌现在钻探人面前。
综合探究，目前深孔钻进面临的难题：一是难钻问题，对于地层硬度高，钻头易打滑，钻进效率低；二是漏失问题，对于硬破碎地层、裂隙地层、溶洞、空穴等；三是取心难，护壁难，对于矿化越好的地层，蚀变程度越高，取心困难大，取心数量不足，同时孔壁易失稳；四是钻进防斜纠斜难，钻孔深、岩性变化大、纠斜工具单一。
这些技术问题将涉及到钻探设备的技术配套、钻孔结构选择、钻具的优化配置、钻头结构参数设计、护壁和堵漏技术、钻进参数选择等一系列技术问题。
另外，对于老矿山和深部采空区（废坑道）的钻进，钻孔护壁堵漏、套管设计、套管支护、维护与起拔等均是遇到的新情况。
2 复杂地层深孔钻进的特点总所周知，随着勘探战略的发展深部探矿是大的趋势，大部分钻孔设计600米以上，少数钻孔深度已超过4000m。
金属矿床主要分为外生金属矿床和内生金属矿床，特别是内生金属矿产受成矿作用及后期地质构造运动的影响，使岩矿层及围岩岩性差异变化大，在深部钻进中常钻遇到大的破碎带、蚀变层及断层泥等，使得孔内情况愈加复杂。
另外，随着岩层埋深的递加，地层压力随之递增【1】，同类岩石的力学性质差异变化也是比较大，钻开后应力释放剧烈，孔内压力平衡控制难度大等。
科学深孔复杂地层钻进技术难题与对策
收稿日期：２０１４ －０６ －３０ 基金项目：科技部科技支撑计划专项“ 汶川地震断裂带科学钻探（ ＷＦＳＤ） ” 项目之“ 科学钻探与科学测井” 课题；中国地质调查 局地调 项目 “ 破碎和强缩径地层大直径深孔取心钻进技术研究” （１２１２０１１１２０２５８） 作者简介：张伟（１９５４ －） ，男（ 汉族） ，湖北恩施人，中国地质调查局汶川地震科学钻探工程中心总工程师，中国地质大学（ 武汉） 客座教授，探 矿工程专业，博士，负责组织汶川地震科学钻探项目的钻探和测井施工，北京市西城区阜外大街 ４５ 号院，ｚｈａｎｇｗｅｉ＠ｗｆｓｄ．ｏｒｇ。
提高回次进尺长度的最有效方法是在取心钻进 系统中引入液动锤。 液动锤钻进可使取心钻进的回 次长度成倍增加。 同时，还能显著提高机械钻速和 减轻孔斜。 螺杆马达 －液动锤 －提钻取心方法在中 国大陆科学钻探工程科钻一井中应用非常成功，该 井 ３０００ ～５０００ ｍ 井段的平均回次长度为 ７畅９９ ｍ。
螺杆马达 －液动锤 －长半合管取心钻进方法在 ＷＦＳＤ －４ 孔中进行了试验并获得了成功。 在该孔 的 ２０１４畅３０ ～２０６５畅４０ ｍ 孔段，连续钻进了 ５ 个长度 超 ９ ｍ 的回次，总进尺 ４５畅１５ ｍ，平均回次进尺 ９畅０３ ｍ，平均岩心采取率 ９７畅５％，平均机械钻速 １畅４９ ｍ ／ ｈ，取出了长 ９ ｍ 的无扰动连续岩心柱。
该方法最初在汶川地震科学钻探项目中应用时 遇到了问题。 汶川地震科学钻探项目钻进的地层是 地震断裂带，岩层强烈破碎。 为了保证岩心的原状 性，取心钻进时采取了一种特殊的取心技术，即半合 管取心技术。 半合管取心钻具结构较复杂，加工较 长的半合管取心钻具的难度较大。 最初只有长度 １畅５ ～２ ｍ 的半合管取心钻具，取心钻进的回次长度 也因此受到影响。 在项目实施过程中，我们通过不 断地研究与改进，相继研制成功了长度 ４畅５、６ 和 ９ ｍ 的半合管取心钻具。
深井钻井技术发展的难点及对策
深井钻井技术发展的难点及对策【摘要】文章首次对于深井钻井技术的特点进行了初步的介绍，然后系统分析了深井超深井钻井的主要难点，最后通阐述深井钻井技术措施进行了探讨。
【关键词】深井钻井；难点；对策一、前言深井钻井技术的管理与控制是保证工程质量优劣的首要前提，工程质量的优劣不仅关系到施工的生存发展，而且关系到施工人员的的生命安全。
二、深井钻井技术的特点在油气开发工程中，深井钻井技术系统是一项晦涩难懂、十分复杂的非线性系统。
深井钻井技术的复杂性在其非单一、无序、不透明、不确定性等特点上表现得淋漓尽致。
在实际工作中，不能从单一的角度去思考问题，而应该综合使用各种方法，全面衡量。
在深井钻井技术的发展过程中，应用或验证了很多先进的工程技术。
在某种程度上，深井钻井技术能够体现国家的工程技术水平。
三、深井超深井钻井的主要难点1、地质条件复杂我国陆上深井超深井主要分布于新疆塔里木、准噶尔、四川等地区，这些地区地质条件均很复杂，深井超深井钻井存在地层压力系统多、裸眼段长、井壁稳定性条件复杂、高温24。
C、高压(压力系数2.3)，深部地层岩石可钻性差等难点，同时还要解决山前构造、高陡构造、复杂难钻地层、地应力集中、地层压力异常、地层破碎、地层塑性流变、高矿化度(高密度)、高硫化氢质量浓度等复杂地质条件带来的一系列钻井技术难题。
2、探井地质不确定性探井尤其新区第一口探井具有地质环境因素不确定的特点，包括地层压力、岩石力学特性、应力非均质性、地层状态和岩性、地层分层深度和完井深度的不确定性等，严重影响了钻井设计的科学性、钻井技术措施的针对性和有效性，从而增加了井身结构优化、井眼稳定、井眼轨迹控制、机械钻速的提高、并下复杂情况及事故的预防和处理的难度。
3、深井超深井配套钻井技术有待深化研究深井超深井配套钻井技术有待进一步深化研究，主要包括:钻井工程地质环境信息提取和科学化描述技术，复杂地质条件深井超深井优化设计技术，多压力系统、高陡构造、难钻地层的安全优质高效钻井技术，高密度、抗高温、抗污染钻井液技术，井下复杂情况及事故的预防和处理技术，提高复杂层段及小间隙固井质量技术，先进技术装备、特殊工艺钻井技术的应用与发展等。
浅议复杂地层水平定向钻穿越施工难点
浅议复杂地层水平定向钻穿越施工难点发表时间：2016-12-12T17:25:22.367Z 来源：《基层建设》2016年22期作者：李强超[导读] 摘要：本文主要阐述了江津-荣昌成品油管道工程小水库与园林基地定向钻穿越的工程案例。
由于穿越工程受诸多因素影响，且穿越全线为岩石地层且富含石英砂,岩石强度差距大，地层软硬交错。
由于地质复杂,定向钻穿越施工卡钻等事故多出于此类地质。
中石化江苏油建工程有限公司管道技术工程分公司江苏扬州 225261摘要：本文主要阐述了江津-荣昌成品油管道工程小水库与园林基地定向钻穿越的工程案例。
由于穿越工程受诸多因素影响，且穿越全线为岩石地层且富含石英砂,岩石强度差距大，地层软硬交错。
由于地质复杂,定向钻穿越施工卡钻等事故多出于此类地质。
在确定施工方案时,要综合考虑经济、安全及环境等因素的影响,只有加大施工技术控制管理,规避风险,才能保证穿越的成功。
关键词：水平定向钻;石英砂;软硬交错;碎石0 引言水平定向钻穿越技术最早出现在70年代，80年代引进我国，是传统的公路打孔和油田定向钻井技术的结合。
水平定向钻穿越技术施工周期短；能为管道提供最佳的保护层，减少维护费用；进入21世纪以来，水平定向钻穿越技术得到进一步发展，向传统意义上的高难度穿越三大禁区：岩石层、卵石层、流沙层发起不断的挑战。
本文主要以江津-荣昌成品油管道工程小水库与园林基地水平定向钻穿越工程为施工案列，对水平定向钻穿越复杂地层施工过程中出现的部分难点，要点问题及解决措施进行一些初步的探讨，希望能起到抛砖引玉的作用。
1 工程概况小水库与园林基地水平定向钻穿越工程位于重庆市永川区黄瓜山代家店村，穿越水平距离为709米，平面走向存在4度拐角，出、入土点高差23米，地表高差起伏变化较大。
穿越主管道规格为φ406.4×9.5mm，光缆套管规格为φ121×6mm，异孔回拖。
根据地勘资料和当地村民钻井及附近石英砂矿信息收集，结合钻导向孔情况，本工程穿越地层含大量石英砂，可钻性极差，对钻具磨损尤为严重，且岩石硬度达到87Mpa 以上。
深部难钻地层特征分析及提速配套对策
深部难钻地层特征分析及提速配套对策摘要：深部油气藏发育的地层岩性强度大、可钻性差，岩石可钻性级值在8-10之间，机械钻速极低，钻头磨损严重，严重高深部地层机械钻速，油田相继开展了液动旋冲、复合冲击、涡轮钻具等一系列提速工具的技术研究，并形成了适合深层天然气地层的钻井提速工艺及配套技术，机械钻速得到了大幅度提高，为加快油田深层天然气的开发提供了技术支撑。
关键词：深部地层；致密性岩石；液动旋冲；复合冲击；涡轮钻具1深层地质特点及钻井难点1.1地质特点深部地层的岩性较为复杂，主要为火山岩、砂砾岩等可钻性较差的致密性岩石。
地质特点有：①井底温度高，平均地温梯度为4.1ｔ：／100ｍ；②储层埋藏深，最深可达6000ｍ；③岩性致密，密度可达2.7ｇ／Cｍ3以上；④储层结构复杂，有原生孔隙、裂缝性储层、溶孔和裂缝组合等。
1.2钻井难点（1）岩石硬度大，强度大于5000ＭPａ，钻遇火山岩、砂砾岩地层钻速低，钻头磨损严重。
（2）地温梯度高，5000ｍ井深时井底温度超过200°C，对井下设备和井下流体抗温性要求高。
（3）地层倾角大，防斜难度高。
2提速工具研究2.1水力振荡器水力振荡器是在钻井液水力作用下，通过叶片和传动装置将钻井液的动能转化为轴向高频振动，破坏井壁与钻具间的粘附力，将二者间的静摩擦转变为动摩擦，缓解托压现象，降低卡钻发生几率，从而达到提升破岩效率，提高机械钻速的目的。
其技术原理是：钻井液驱动动力机构的叶轮高速旋转，再带动阀门片旋转，在高速旋转过程中，阀门片可以打开和关闭通道，从而产生周期压力脉冲，压力脉冲然后通过滑动密封总成将脉冲施加压到振动机构的弹簧上，压力在最大值和最小值之间切换时，可带到弹簧做往复运动，再带到振动心轴产生轴向往复运动，最终使井下钻具在水力振荡器带动下进行轴向振动。
自主研发的水力振荡器A井进行了应用，钻进进尺超过500ｍ，累计工作96ｈ，其中滑动钻进37ｍ，平均机械钻速超过5ｍ／ｈ，钻速提高50％以上；复合钻进465ｍ，钻速提高23％，平均机械钻速14ｍ／ｈ，摩阻减小20-40ｋN.2.2液动旋冲工具液动旋冲工具是将钻头的破岩方式进行了改变，将高压水利脉冲和高频机械冲击相结合，使机械钻速得到大幅度提高。
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提高回次进尺长度的最有效方法是在取心钻进 系统中引入液动锤。 液动锤钻进可使取心钻进的回 次长度成倍增加。 同时，还能显著提高机械钻速和 减轻孔斜。 螺杆马达 －液动锤 －提钻取心方法在中 国大陆科学钻探工程科钻一井中应用非常成功，该 井 ３０００ ～５０００ ｍ 井段的平均回次长度为 ７畅９９ ｍ。
项目
孔底马达 ／提钻取心钻进 顶驱 ／绳索取心钻进
适用钻孔深度
任何深度
≤４０００ ｍ
施工效率
回次长 度 短 时 较 低，但 若 较高 能实现长回次钻进则较高
ห้องสมุดไป่ตู้
设备配套要求
主要靠 井底 驱 动，不需 要 钻头 由 钻 机 驱 动，
高转速顶驱
须配高转速顶驱
钻杆要求
普通的 石油 钻 杆，成本 较 特制的绳索取心钻
２０１４ 年第 ４１ 卷第 ９ 期 探矿工程（岩土钻掘工程）
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回次进尺长度达到一定值后，其施工效率与绳索取 心钻进相当。 加上孔底动力驱动比地表驱动方法的 许多优越之处，此时孔底动力驱动的取心钻进方法 无疑是一种明显优于顶驱 ／绳索取心钻进的方法。
图 ３ 不同钻进方法 ４０００ ｍ 取心钻进施工时间对比
螺杆马达 －液动锤 －长半合管取心钻进方法在 ＷＦＳＤ －４ 孔中进行了试验并获得了成功。 在该孔 的 ２０１４畅３０ ～２０６５畅４０ ｍ 孔段，连续钻进了 ５ 个长度 超 ９ ｍ 的回次，总进尺 ４５畅１５ ｍ，平均回次进尺 ９畅０３ ｍ，平均岩心采取率 ９７畅５％，平均机械钻速 １畅４９ ｍ ／ ｈ，取出了长 ９ ｍ 的无扰动连续岩心柱。
低
杆，成本较高
钻柱强度
较高
较低
钻杆寿命
较长
较短（ 钻 柱 稳 定 性 较差）
钻头寿命
较长
较短
取心效果
较好
较差
孔壁稳定性
较好
较差
卡钻的可能性
较小
较大
压漏地层的可能性 较小
较大
绳索取心钻进方法可减少提钻次数和辅助时 间，但该方法必须与顶驱相配。 破碎地层取心钻进 的经验表明，顶驱钻进方法在破碎地层中应用存在 着较多的问题：（１） 顶驱高速回转时对孔壁有强烈 的敲击和扰动作用，使破碎地层的孔壁坍塌、掉块加 剧，一则会导致钻孔扩径加剧，二则可能造成卡钻。 （２ ） 在严重扩径的钻孔中高速回转钻杆柱容易受到 疲劳损 坏， 钻 头 寿 命 也 降 低。 ＣＣＳＤ 科 钻 一 井 在 ２０４６ ｍ 以深采用顶驱金刚石绳索取心钻进方法。 由于遇到了扩径带（ 大肚子），钻头使用效果奇差， 连续 ８ 个回次出现钻头钻进不到 ２ ｍ 便被剃 “ 光 头”的现象，４ 个新钻头的平均寿命仅为 ０畅５２ ｍ，基 本上取不上来岩心，还接连发生 ２ 次钻具折断事故。 改换螺杆马 达 孔 底 驱 动 后， 情 况 马 上 得 到 了 改 善。 此外，在 ＷＦＳＤ －２ 孔的破碎孔段采用顶驱施工时， 钻铤丝扣的寿命比正常情况时低得多。 （３） 钻杆柱 运转不平稳，导致取心效果变差，岩心采取率降低。
２０１４ 年第 ４１ 卷第 ９ 期 探矿工程（岩土钻掘工程）
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科学深孔复杂地层钻进技术难题与对策
张伟
（中国地质调查局，北京 １０００３７）
摘 要：介绍了在复杂地层科学深钻施工时遇到的困难和问题，主要包括破碎地层钻进问题和强缩径地层钻进问 题，讨论了解决这些技术难题时采取的应对技术方案和措施，涉及取心钻进工艺方法和器具、钻机、泥浆体系以及 极破碎、强缩径地层的特殊钻进、固井工艺和器具。 关键词：科学钻探；复杂地层；技术难题；对策 中图分类号：Ｐ６３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２ －７４２８（２０１４）０９ －０００７ －０６ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｄｅｅｐ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ ／ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ （Ｃｈｉｎａ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３７， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｄｅｅｐ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｂｒｏｋｅｎ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｃｏｒｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ｄｒｉｌｌ ｒｉｇ， ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｍｕｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｐｅｃｉａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｔｒｏｎｇ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ， ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｄｒｉｌｌｉｎｇ； ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ； ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ
该方法最初在汶川地震科学钻探项目中应用时 遇到了问题。 汶川地震科学钻探项目钻进的地层是 地震断裂带，岩层强烈破碎。 为了保证岩心的原状 性，取心钻进时采取了一种特殊的取心技术，即半合 管取心技术。 半合管取心钻具结构较复杂，加工较 长的半合管取心钻具的难度较大。 最初只有长度 １畅５ ～２ ｍ 的半合管取心钻具，取心钻进的回次长度 也因此受到影响。 在项目实施过程中，我们通过不 断地研究与改进，相继研制成功了长度 ４畅５、６ 和 ９ ｍ 的半合管取心钻具。
图 １ ＷＦＳＤ －２ 孔采用顶驱钻进获取的岩心
图 ２ ＷＦＳＤ －２ 孔采用螺杆马达驱动钻进获取的岩心
由于在破碎地层采用顶驱钻进的一系列缺点， 我们开始考虑，在这种地层钻进时采用孔底动力取 心钻进方法来。 采用孔底动力钻进就不能进行绳索 取心，只能通过提钻回收岩心。 我们通过进行技术 经济分析（图 ３），得出以下结论：当提钻取心方法的
根据螺杆马达 －液动锤 －提钻取心方法在中国 大陆科学钻探工程科钻一井和汶川地震科学钻探项 目中应用的结果，对该方法的特点和优点总结如下。
（１ ） 螺杆马达驱动， 钻杆柱不回转，可减轻功耗 和钻具磨损，有利于改善钻杆柱工作状态和孔壁稳 定，减少孔内事故，提高钻具寿命；
（２）液 动 锤 冲 击 载 荷 碎 岩， 可 提 高 机 械 钻 速 ５０％ ～１００％，提高回次进尺长度 １ ～２ 倍；
２ 科学深孔复杂地层钻进技术对策 ２．１ 破碎地层取心钻进技术
可能用于科学深孔取心钻进的方法可分为 ２ 大 类：（１）顶驱 －绳索取心钻进方法；（２）孔底马达 －提 钻取心方法或孔底马达 －液动锤 －提钻取心方法。 对比分析这两大类取心钻进方法的结果见表 １。
表 １ 孔底马达 ／提钻取心钻进与顶驱 ／绳索取心钻进方法 用于破碎地层钻进效果比较
１ 科学深孔复杂地层钻进的主要技术问题 １．１ 破碎地层钻进技术问题
在钻进施工过程中，孔壁岩石要受到各种机械 扰动作用，包括：回转钻进过程中的钻杆敲击作用； 起钻过程中的抽吸作用；下钻过程中的压力激动作 用；处理事故过程中孔内震击器的震击作用等。 若
是在破碎地层钻进，在各种机械扰动作用的综合影 响下，本身就破碎的孔壁岩石要发生剥落，剥落物掉 在孔内，易形成卡钻或埋钻。 孔壁岩石的剥落使钻 孔产生扩径（ 俗称“ 大肚子” ） ，并因此产生如下的负 面后果：（１） 钻杆柱变形严重，寿命降低，并且易折 断；（２） 钻头 工作 不稳 定，导 致 机 械 钻 速、 岩 心 采 取 率和钻头寿命同时下降；（３） 在钻孔扩径部位，泥浆 返速低，造成 岩 粉 堆 积， 而 堆 积 的 岩 粉 随 时 可 能 垮 塌，造成埋钻；（４） 钻进时钻杆柱不断地敲击孔壁， 使以上的负面影响不断加剧，造成恶性循环。 由于 上述原因，在破碎地层钻进，孔内事故率高，钻进效 率低，取心效果差，施工成本高。
收稿日期：２０１４ －０６ －３０ 基金项目：科技部科技支撑计划专项“ 汶川地震断裂带科学钻探（ ＷＦＳＤ） ” 项目之“ 科学钻探与科学测井” 课题；中国地质调查 局地调 项目 “ 破碎和强缩径地层大直径深孔取心钻进技术研究” （１２１２０１１１２０２５８） 作者简介：张伟（１９５４ －） ，男（ 汉族） ，湖北恩施人，中国地质调查局汶川地震科学钻探工程中心总工程师，中国地质大学（ 武汉） 客座教授，探 矿工程专业，博士，负责组织汶川地震科学钻探项目的钻探和测井施工，北京市西城区阜外大街 ４５ 号院，ｚｈａｎｇｗｅｉ＠ｗｆｓｄ．ｏｒｇ。
在 ＷＦＳＤ －２ 孔 采 用 顶 驱 钻 进 时，１３６８畅９２ ～ １４６８畅４７ ｍ 孔段，进尺 ９９畅５５ ｍ，岩心长度为 ３９畅８１ ｍ，平均岩心采取率为 ３９畅９９％，回收的岩心呈碎石 状（图 １）。 后来在相同孔段通过在套管内开窗补取 岩心施工时，采用了螺杆马达驱动方式，１３６２畅８７ ～ １４６８畅３８ ｍ 孔段，进尺 １０５畅５１ ｍ，岩心长度为 ９５畅８２ ｍ，平均岩心采取率 ９０畅８％，岩心的完整程度也要好 得多（图 ２）。