钻探技术在现代工程中应用论文

浅谈钻探技术在现代工程中的应用摘要：新世纪，能源安全问题日益突出，尤其是地下资源作为可持续发展和社会经济发展的命脉，重新引起世界各国的重视。我国是闻名于世的古代钻探发源地,如今正向现代化钻探技术迈进,

但对比发达国家水平,各方面依然有明显差距,有待迎头赶上。关键在于重视吸取国内外成功经验,挖掘潜力,研制开发新的钻探技术

工艺和钻探方法，发挥群体智慧与力量,不断改革、开拓、创新、进取,把我国地质钻探技术推向更新、更高的水平。

关键词：钻探工程；钻探技术；新技术；新设备；工程应用

1钻探工程技术现状与应用领域

1.1钻探设备及钻探技术现状

矿产资源紧缺的状况已有目共睹，如何加强矿产勘查，保证矿产资源供给已迫在眉睫。经过几十年地质工作者的不懈努力，如今表层矿床已经勘查和开发的差不多了，21世纪面临的多为深层地段的探矿，这种深层矿层钻探勘查对取心(样)、钻进速度、工程成本、安全防护等方面有更高的要求。面对深层矿产的勘查，除了理论支持以外，钻探验证至关重要。在系统勘探矿床的地质情况下，探明和圈定地下矿体的边界线，了解矿产品质时，在配合地下坑探工程在深部大致了解矿床的延伸情况及矿床地质情况时，都离不开钻探。钻探工程一直是矿产勘查的重要技术方法之一，是直接从地下岩层获取实物样品的唯一途径。但是应该看到，我国目前存在钻探设备陈旧老化、技术方法落后、钻探效率低等诸多问题。因此，加

强矿产资源的勘探开发，大力推进钻探技术与装备的现代化，研究开发先进钻探技术、装备是十分迫切的。

1.1钻探技术应用领域

钻探技术应用愈来愈专业化。其专业化主要呈两种表现方式：第一，在矿种方面趋于专业化，如膨润土矿钻探、硅藻土钻探、铝土矿钻探、砂矿钻探、高岭土矿钻探、盐并钻探等。第二，在施工区域方面趋于专业化，如卵砾石层钻探、黄土地区钻探、水上钻探、污染地区钻探、河谷区钻探、冻土层钻探等。近年来我国加大投资力度向地质找矿勘查倾斜，特别加强铁矿、煤炭的勘查，许多新技术的运用也更多地在这两个领域得到实践，如在煤炭勘查方面，已有大批勘察单位采用mrd钻探技术，它可以取芯、可以在坚硬岩石里定向运动，先垂直向下，然后水平钻进，按你的要求轨迹运行。简单地说，如果有一个事先打好的孔，它可以摸到那个孔位。这种技术还在石油和天然气勘察中得到广泛运用，由此可见，其专业化在矿产勘查中的作用越来越明显。

除上述以外,还有考古钻探钻孔采矿（如溶盐采卤）等都需要采取各种钻探技术工艺。

2钻探关键技术与创新

由机械化和科学化钻探阶段发展到自动化钻探阶段的关键技术有六个方面，它们是钻探重大革命的里程碑和标志。

2.1钻机和装备的智能化、自动化

①自动给进：1935年westinghouse公司第一个自动送钻专利，

20世纪40年代气动送钻控制，1955年有了第一个液压动力水龙头和水力卷扬机；②刹车系统：离合片，比例控制电磁刹车等；③井口铁钻工“三吊一卡”机械化；④井口一二层台的井架机械手：起下立根拉入／推出一扣，摘；⑤循环系统一固控系统：全自动监控密闭循环一净化系统；⑥井控一防喷及应急系统：井口装置、防喷器组、电液井控、节流管汇系统；⑦顶驱系统：20世纪70年代brown 公司开发了电驱水龙头，现在以美varco公司生产的tds系列为最好；⑧信息与数据采集、处理、决策、贮存、传输、通讯、管理等功能的软硬件装备；⑨海洋：半潜式／浮式钻探平台及其专用装备；⑩钻具、管具、钻头等的相应进展。

自动化石油钻机都是“机电仪计”一体的智能化、信息化、自动化钻机，具有完善的性能，集先进性、可靠性、适应性(恶劣环境与地质条件)和经济性于一体。主要产品有：①德国prostar-2000型自动化钻机(钻深7000m)；②美国nsco及apache、pool等公司生产的a10-32型等自动化钻机(钻深6100m)；②英国s&r公司生产的rd-d型自动化钻机(钻深6100m)；③挪威、法国等也研制了中深井用自动化钻机；④我国宝石厂生产的zj70、zj90钻机及广汉生产的钻机也都在向自动化钻机进展。

2.2随钻测量与地质导向钻探技术

20世纪90年代中期起，相继研发应用了lwd、pwd、iwd、nrwd 等，形成了随钻地质导向钻探和随钻工程服务技术，适应了复杂地质与环境条件下钻复杂结构井、特殊工艺井实时处理井下复杂情况

和不确定性难题，以及实时控制三维井身轨迹入窗中靶等高难技术的要求。而swd还能探测钻头前方地层参数，起到了“车前灯、探照灯”作用。

2.3旋转导向钻探与随钻测控制传贮技术

90年代中期，斯伦贝谢等多家大公司先后研究成功了pd等系列rst／rss。rss是人类继实现空间和水域制导技术之后的又一个重要里程碑”。21世纪国际上又提出了“pv”等钻垂直井工具。rss

还成功地应用于小尺寸油管(98.4～114mm)的过油管侧钻和套管钻进。

2.3电子/智能钻柱技术

美国grant公司研制的智能钻杆用铜导线输送电能，可以根据井下硬件用电量大小的要求来确定输电功率的大小。智能钻柱的数据传输速率可达104bds、105bps和106bps，最大已达1.56*106bps。智能油管用光纤为主。智能钻柱系统在井下采用分布式传感器短节，将微处理器分别安装在传感器内部，然后通过耦合元件将微处理器信号耦合到电力线上，从而传输到地面传感器。该系统采用传输直流电，如井下硬件需用交流电，可在井下硬件上增设逆变器dc ／ac。

2.5最优化钻探与智能sod集成技术

这套工作可以概括为“模型一测值一指令”的实时闭环钻进系统和软件系统。

2.6信息、网络与远程自动化钻探

信息技术和网络技术以及通信技术是自动化钻探的重要组成部分。slb与m／dtotco合作自剑桥slb研究中心(scr)在网上发送变泵排量的遥控指令达8000km远程遥控着横跨大西洋的德州cameron 试验中心的钻机成功地执行命令，第一次实现了远程自动化钻探作业。总之，人类在进入21世纪时，石油钻探系统正由机械化和科学化钻探阶段向半自动化再到自动化钻探阶段进展，这是发展大趋势。

3钻探技术的应用

在钻探工程中，经常会遇到各种类型的复杂地层，极易引起各种孔内事故，导致机台钻进效率及岩矿芯采取率较低，甚至钻孔报废，严重制约了钻探工程进度，直接影响了钻探效率、钻探经济效益和勘探质量。因此，分析各类复杂地层的成因，并据此找出相应的解决措施是非常必要的。

3.1水敏性地层

处理该类地层的根本就是抑制或避免水对地层的水化作用。

在遇水溶解地层中较常用的方法是采用相应的饱和盐水泥浆做冲洗液，可有效抑制盐层的溶解；可使用失水量较小的高分子聚合物或植物胶冲洗液，或向冲洗液中添加有机处理剂降低冲洗液的失水量，此方法可有效减少冲洗液的失水量，降低地层溶解程度；对于其他水敏性地层：过去采用油基泥浆做冲洗液，但该法成本太高，且遇高温时易起火，存在较大安全隐患。目前常用方法是采用钾基泥浆（即在泥浆中加入可溶性钾盐），钾基泥浆中钾离子有抑制粘