13000米科学超深井钻探技术
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、复杂结构井垂直钻井技术是石油勘探开发领域的重要技术之一。
它们的出现极大改善了油气勘探开发的效率和经济效益。
深井超深井钻井技术是指在地表以上一定的深度处，往下打井到一定深度或者目标层位的技术，一般来说，井深超过5000米即可被称为深井，而超过7000米则被称为超深井。
深井超深井钻井技术‘已经得到了广泛的应用。
而且随着技术的不断进步，钻井深度也不断提高。
它能够在原本难以开采天然气与石油的深水网底、沙漠等极端环境下进行勘探开发，具有能源资源的利用效果显著、社会经济效益极高等特点。
复杂结构井垂直钻井技术是指地质复杂，井身难度大，钻头易损坏等状况下的垂直钻井技术。
当地层结构复杂，井筒度偏大，井壁易坍塌等因素影响钻井井筒的直度和位置，这时候就需要采用复杂结构井钻井技术。
它能够充分发挥钻井设备的功能，保证钻井效率和安全性，并且能够在各种地质环境下顺利实施。
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垂直钻井技术是油气勘探与开发领域中的关键技术，它们的应用能够有效提高油气资源的开采效率和效益。
本文将从深井钻井技术、超深井钻井技术和复杂结构井钻井技术三个方面进行探究。
深井钻井技术是针对井深较大的油气井而设计的一项钻井技术。
一般而言，当井深超过3000米时，我们称为深井。
而在深井井段的钻进过程中，由于岩石力学性质的改变，钻井速度变慢，井漏、井塌等问题也随之增加。
深井钻井技术需要考虑钻井液体系的设计与优化、钻具与井眼之间的匹配、钻头的选择与设计等问题。
深井井下环境恶劣，对工具设备和井下作业人员有更高的要求，深井钻井技术还需要关注井下作业的安全性。
而复杂结构井钻井技术则是指针对复杂地质条件下的油气井而开发的钻井技术。
复杂地质条件包括但不限于水平井、斜井、S形井、复杂沉积层等。
针对这种类型的井，传统的垂直钻井技术往往难以达到预期的效果。
复杂结构井钻井技术需要解决的问题包括井眼的稳定性、钻进路径的控制、横向钻井技术的应用等。
通过合理的设计和技术手段，可以提高复杂结构井的构建效率和完整程度，从而提高油气资源的开采效益。
深井超深井钻井技术
深井、超深井钻井技术(一)90年代以来，国内外深井、超深井钻井技术的发展方向和趋势深井、超深井钻井技术是一个国家综合钻井技术水平高低的标志之一。
深井钻井技术发展方向是围绕加快钻井速度这一目标，进行深井配套技术、工具的研究，主要包括：钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等方面。
深井钻井技术将向深水平井钻井技术发展。
在国外已完成的深井中，大约有一半的井是探井。
井深已从4500m提高到现在的12000m，世界纪录是苏联科拉半岛上的SG-3井，井深为12200m。
目前，美国、前苏联、德国的超深井钻井技术装备和综合技术处于国际领先地位，其中美国是世界上钻深井历史最长、工作量最大和技术水平最高的国家。
近年来，国外深井钻井技术发展主要集中在钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等方面。
深井钻机功率大、性能好、自动化程度高、配套设备性能可靠，从而在装备上为快速打好深井提供了物质上的准备。
钻头质量好，品种全，选型合理，可获得钻头耗用数少、钻井进尺多、钻井速度快的好效果。
钻井液具有良好的热稳定性、润滑性和剪切稀释特性、固相含量低、高压失水量低、可抗各种可溶性盐类和酸性气的污染。
另外，运用井下动力钻具提高钻速、井身结构设计灵活、高强度钻杆等工具配套齐全，使得国外深井钻井速度快、事故少、成本低。
90年代，美国在复杂地质条件下所钻成的5口7500m左右的深探井，其完井周期最短的不到1年，最长的不超过2年。
目前，北海地区测量井深8000m左右的大位移井，其钻井周期一般只是90d左右。
如钻一口5000m的井，平均使用钻头15～20只，钻井周期约需45～70d：6000m的井用45～70只钻头，约125～150d；7000m的井用60～70只钻头，约175～200d。
美国的深井平均单井成本要比世界其他地区的少40％～50％，其钻井技术特点如表4-1所示。
表4-1美国钻井主要技术数据归纳起来说，深井快速钻井技术国外一般从三个方面考虑：选择大功率、高性能、自动化程度高的钻机，选用先进的钻头，采用其他先进设备和井下工具，装备上要有优势；在工艺上实施实时监控，优化钻井参数，用优质钻井液进行平衡或近平衡钻井，实现科学化钻井作业；加强管理，尽量减少钻井事故。
深井超深井钻井技术
应用智能故障诊断与预警技术，对钻井设备和井下复杂情况进行实 时监测和预警，提高故障处理效率和生产安全性。
05 复杂地层条件下的钻井技 术挑战与对策
高温高压地层钻井技术难题及解决方案
难题
高温高压地层导致钻井液性能不稳定， 易出现井壁失稳、井喷等事故。
解决方案
选用耐高温高压的钻井液体系，加强 井壁稳定措施，优化钻井参数以降低 井内压力。
04 钻井工艺优化与提高钻井 效率策略
钻井工艺参数优化方法探讨
1 2
钻压和转速的优化
通过合理调整钻压和转速，可以实现钻井效率的 最大化，同时避免钻具的过度磨损和井下复杂情 况的发生。
钻井液性能优化
针对不同地层特性，优化钻井液的密度、粘度、 失水等性能，以提高携岩能力和井壁稳定性。
3
钻头类型与布齿优化
深井超深井钻井技术
采用先进的钻井设备和工艺，实现超深井段的稳定钻进。
复杂地层处理技术
针对复杂地层情况，采用特殊泥浆体系、井壁加固等技术 手段，确保井眼稳定和钻井安全。
井眼轨迹控制技术
应用先进的井眼轨迹测量和调整技术，实现精确制导和顺 利完钻。
实施效果评价及经验教训总结
实施效果评价
项目成功完成预定目标，实现深层油气资源的有效勘探和开发，提高了油气产量和储量 动用程度。
根据地层岩性和钻进需求，选择合适的钻头类型 和布齿方式，以提高钻头的破岩效率和使用寿命。
提高机械钻速途径分析
01
02
03
高效破岩工具研发
研制具有高破岩效率的新 型钻头、钻具和井下动力 钻具，以提高机械钻速。
钻井方式改进
采用连续油管钻井、欠平 衡钻井等高效钻井方式， 减少起下钻时间和复杂情 况处理时间。
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的垂直钻井技术是钻井领域的重要研究课题，它们是对地下资源勘探和开发提出了更高的技术要求。
深井超深井主要指的是井深超过3000米的油气井，而复杂结构井则是指存在大量非均质地层或者构造复杂的地质条件下的井筒钻井工程。
本文将就深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术进行深入探讨。
一、深井超深井垂直钻井技术深井超深井钻井技术是油气勘探和开发领域的重点研究方向之一，因为地下资源的开发需求越来越多地转向深层资源。
在深井超深井垂直钻井中，最关键的技术挑战之一是井深带来的高温、高压和高硬度地层，这对井下作业的钻头、钻柱和钻井液等设备都提出了更高的要求。
而且，在深井超深井钻井中，井眼稳定和排屑及井环环空的完整性等问题也是需要解决的难题。
目前，针对深井超深井的垂直钻井技术主要有以下几个方面的研究：1. 高温高压钻井技术：高温高压环境下的固体控制、液相控制、井下设备选择等方面的技术研究和应用；2. 钻柱设计优化：传统的钻井钻具在高深度井钻造施工能力上存在局限性，因此需要研发更加稳定可靠的高深度钻具；3. 钻井液技术：针对深井超深井的地层条件，研究开发适应高压、高硬度地层的钻井液技术，以保证井钻的正常运行；4. 井下设备研发：研发适应深井超深井井下环境的各种井下设备，包括测井工具、定向钻井仪器等。
通过以上技术的研究和应用，可以有效解决深井超深井井下作业中遇到的各种问题，提高井深井的施工效率和成功率。
复杂结构井的钻井工程是指勘探开发中遇到非均质地层或者构造复杂的地质条件下的井筒钻井工程，这类井种在勘探开发中的比例逐年增加。
复杂结构井垂直钻井技术的发展也是为了满足对地下资源勘探和开发的需要。
复杂结构井钻井中，井筒的方向、倾角和弯曲度都不断变化，因此在施工过程中需要克服更多的困难和挑战。
1. 定向钻井技术：通过改变钻头参数、采用不同的钻头类型、优化钻柱结构等手段，实现对井筒方向的控制。
深井超深井钻采工艺
深井超深井钻采工艺摘要深井、超深井的施工采用了许多现代高科技手段，包括VDS垂直钻井系统、顶部驱动钻机、铝合金钻杆、不起钻金刚石绳索取心、抗温能力超过250℃的深井钻井液等，并且在资料与信息的处理上大量应用了及时跟踪和电子模拟技术，使得各种数据的分析更加直观化，例如现代深井钻井施工已经彻底实现了利用计算机终端进行井下复杂情况的监控，钻井工程师可以根据电脑屏幕所提供的信息快速地决策井下复杂情况的处理方案，减少了决策所需时间，降低了问题的复杂程度，提高了处理效率。
然而，随着井深的不断增加，各种问题出现的几率也成倍增大，如超高密度钻井液的使用技术、井身结构的合理确定、在施工条件下先进技术与工具的有效使用、长寿命钻头的制造、井身质量、钻进方式的选择、深部地层稳定方案的实施等都会影响钻进深度的进一步加大。
本文根据国内外已完成深井、超深井的资料，对深井钻井、超深井钻井作业所遇到的技术问题进行了剖析，初步将超深井钻井技术问题的解决归纳为井深结构方案、硬地层钻进技术、深井防斜打快技术、深井钻井液研究、深井完井方案，并就解决的技术措施提出了建议。
关键词:深井、超深井、钻井液、完井按照国际通用概念，井深超过4500m的井称为深井，井深超过6000m的井为超深井，超过9000m的井为特深井。
目前世界上深井钻探工作量最大的是美国，迄今为止累计工作量占全球的85%。
1984年，原苏联在科拉半岛的波罗地盾结晶岩中钻成世界上第一口12260m特深井SG-3井(1991年第二次侧钻至终深12869m)。
专家们在认真考察当今技术水平的基础上，认为利用目前最先进的技术已具备钻达15000m深度的能力川，美国已在着手制定这方面的深井钻井计划。
从实用角度看，钻探超深井的目的为:①开采地球深部的地热资源;②普查或钻探陆地及大陆架深部的石油天然气资源;③对深度大于3000m的金属矿的形成、存在状态以及远景含量进行评价。
随着技术的发展，使得当今施工超深探井的目的已不再局限于创造直接的经济价值，更多的原因是利用超深井来揭示埋藏地下深处、地质年龄高于5亿年的岩石(奥陶纪以老)组成及存在状态，并从中获取物理、化学、生物、遗传学以及地质科学等方面的相关信息。
科学超深井钻探技术国内外现状
国外现状
美国是科学超深井钻探技术的领军者，其深井研究计划（DPP）旨在深入探 索地球内部结构与过程。自20世纪80年代以来，DPP在国内外开展了大量超深井 钻探工作，其中最具代表性的是在洛矶山进行的B2井钻探，深度达到3.3公里。 此外，DPP还注重技术研发和创新，推动了钻探技术的发展。
俄罗斯的超深井研究计划（USD）也是全球科学超深井钻探领域的重要力量。 USD致力于在全球范围内开展超深井钻探工作，以研究地球内部结构和资源分布。 其中，最具代表性的是在科拉半岛进行的科拉超深井钻探，深度达到12.26公里， 成为全球最深的科学超深井。
科学超深井钻探技术国内外现状
01 引言
03 国外现状
目录
02 概述 04 国内现状
05 关键技术
07 未来展望
目录
06 应用场景 08 结论
引言
科学超深井钻探技术是一种尖端的地球科学研究手段，通过在地下深处钻探 获取地质样本，研究地球内部结构和演化过程。这项技术对于人类认识地球、寻 找资源、解决环境问题等方面具有重要意义。本次演示将详细介绍科学超深井钻 探技术的国内外现状、关键技术及应用场景，并展望未来的发展前景。谢谢观看Fra bibliotek关键技术
科学超深井钻探技术涉及多学科领域，包括地质学、地球物理学、地球化学、 机械工程、电子工程等。其中的关键技术包括：
1、钻探工具：科学超深井钻探需要使用高精度、高强度的钻探设备与工具， 包括钻头、钻杆、取芯筒等，以确保钻探过程中样品的完整性和准确性。
2、数据采集和处理：科学超深井钻探技术需要借助先进的传感器和数据分 析技术，实时监控钻探过程、采集地质数据，并进行处理、解释与分析，以提供 准确的科研成果。
国内现状
中国科学超深井钻探技术发展迅速，其中国家重点实验室等机构在这一领域 开展了大量研究工作。中国的超深井钻探主要集中在西部地区，如新疆、青海等 地的盆地油气资源调查，以及西南地区的地质灾害防治等领域。其中，新疆塔里 木盆地的新疆超深井是目前中国最深的科学超深井，深度达到8.8公里。此外， 中国还积极引进国外先进技术，加强国际合作，进一步提升科学超深井钻探技术 水平。
深井超深井钻井技术
深井超深井钻井技术第一节概述 (1)第二节地层孔隙压力评估技术 (2)第三节井身结构及套管柱优化设计 (4)第四节防斜打快理论和技术 (9)第五节地层抗钻特性评价与钻头选型技术 (14)第六节井壁稳定技术 (18)第七节钻井液技术 (23)第八节固井技术 (27)第九节深井测试和录井技术 (31)第一节概述对于油气井而言，深井是指完钻井深为4500～6000米的井；超深井是指完钻井深为6000米以上的井。
深井、超深井钻井技术，是勘探和开发深部油气等资源的必不可少的关键技术。
在我国，深井、超深井比较集中的陆上地区包括塔里木、准噶尔、四川等盆地。
实践证明，由于地质情况复杂（诸如山前构造、高陡构造、难钻地层、多压力系统及不稳定岩层等，有些地层也存在高温高压效应），我国在这些地区（或其它类似地区）的深井、超深井钻井工程遇到许多困难，表现为井下复杂与事故频繁，建井周期长，工程费用高，从而极大地阻碍了勘探开发的步伐，增加了勘探开发的直接成本。
在“八五”末期，虽然我国在3000m以内的油气井钻井方面已接近国际80年代末的技术水平，但当井深超过4000m时，我国的钻井技术与国外先进水平相比仍有较大差距。
美国5000m左右的油气井钻井周期约为90天，5500m左右约为110天，6000m左右约为140天，6500~7000m约为5~7月。
然而，我国深井平均钻井周期约为210天左右，特别是在对付复杂深井超深井工程方面的钻井能力和水平比较低，没有形成一整套与之相适应的深井超深井钻井技术。
为了尽快适应我国西部深层油气资源勘探开发工程的迫切需要，在“八五”初步研究的基础上，中国石油天然气集团公司将“复杂地层条件下深井超深井钻井技术研究”列为“九五”重大科技工程项目之一（项目编号：960024），调动全国的优势科研力量开展大规模攻关研究，试图使塔里木、准葛尔、四川等盆地的深井超深井钻井技术水平有较大提高，基本满足这些地区深部油气资源高效钻探与开采的技术需求。
科学超深井钻探技术国内外现状
第84卷 第6期2010年6月地 质 学 报 ACT A GEOLOGICA SINICAV ol.84 N o.6June 2010注:本文为国家专项 深部探测技术与实验研究 (编号S inoPr ob e 05 06)资助成果。
收稿日期:2010 01 14;改回日期:2010 04 12;责任编辑:周健。
作者简介:张金昌,男,1959年生。
教授级高级工程师,现任中国地质科学院勘探技术研究所副所长,总工程师,兼任中国地质学会探矿工程专业委员会副主任委员,主要从事固体矿产钻探、水文水井钻探及工程施工钻探设备设计和钻探工艺研究。
Emai l:jinchang@ 。
科学超深井钻探技术国内外现状张金昌,谢文卫中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊,065000内容提要:文章阐述了实施科学钻探的必要性,简要回顾了科学钻探技术发展历程。
以前苏联科拉科学超深井钻探技术,联邦德国大陆深钻计划(KT B),中国大陆科学钻探工程(CCSD),美国卡洪山口项目钻探技术,美国夏威夷项目钻探技术,湖泊科学钻探技术等为例,介绍了世界各国在实施科学钻探工程过程中形成的特色技术以及取得的技术成就。
论述了实施科学钻探工程前,进行人才队伍培养和关键技术准备的必要性。
关键词:科学钻探;超深井钻探技术;深海钻探计划随着社会经济长期快速发展,我国面临日益突出的资源、能源、环境问题,急需发展深部探测及相关技术,为深部矿产资源评价与减灾防灾提供必要的科技支撑。
世界各国近百年地球科学观测实践表明,要想揭开大陆地壳演化奥秘,更加有效的寻找资源、保护环境、减轻灾害,必须提高对地球深部的认识水平。
很多发达国家自上世纪70年代以来,陆续启动了深部探测和超深钻探计划,通过 揭开 地表覆盖层,把视线延伸到地壳深部,获得了重大成果。
目前,世界主要发达国家都已经将 地壳探测 计划作为实现可持续发展的国家科技发展战略。
我国要开展地壳探测工程,首先必须要攻克科学超深井钻探技术,探索开发一整套适用于高温高压高应力地层的科学超深井钻探技术,包括钻进设备、机具及工艺技术,为将来开展的科学超深井钻探工程奠定技术基础。
深井超深井钻井技术1
具钻深井方面处于世界领先地位，电磁波MWD、井眼轨迹控制及纠斜 技术先进。
欧洲北海是世界上深井超深井集中地区，平均井深超过5000m，属高温
高压深井，目前北海地区测量井深8000m左右的大位移井钻井周期一般 只有90d左右。
德国1990年完成的KTB大陆科探井井深9101m，在钻井应用了高新技
塔西南坳 陷
表中5口井的情况反映了我国当前复杂地质条件下深探钻井现状，即井下 复杂情况和事故多（时效超过10%），周期长（均超过2年），因此，钻 井费用较高，井身质量和固井质量也还存在诸多问题
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一、深井超深井钻井技术发展现状
美国复杂地质条件初探井钻井情况
地 区 井 号 No.1 Bighornl-5 P34-29R 960-LNo.1 Daville No.1 完井年份 1982 1985 1986 1986 1994 井深（m） 7461 7564 7447 7608 6299 完井周期(d) 320 640 370 318 636
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一、深井超深井钻井技术发展现状
世界上完成7口特深井：前苏联SG -3井12869m及SG -1井过9000m、美国瑟 SG-3 SG-1 复兰奇1 -9井9034m、巴登1号井9159m、罗杰斯1号井9583m、Emma Lou2 1-9 井9029 m、德国HTB井9101m，其中美国占4口。 国外超深井钻井技术发展主要集中在钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等 方面：
超深井钻机功率大、性能好、自动化程度高、配套设备性能可靠，从而在装 备上为快速打好深井提供了物质上的准备。 钻头质量好、品种全、选型合理，可获得钻头耗用数少、钻井进尺多、钻井速 度快的好效果。 钻井液具有良好的热稳定性、润滑性和剪切稀释特性、固相含量低、高压失水 量低、可抗各种可溶性盐类和酸性气的污染。 运用井下动力钻具提高钻速、井身结构设计灵活、高强度钻杆等工具配套齐 全，使得国外超深井钻井速度快、事故少、成本低、效益好。
俄罗斯钻探13000米 钻开地狱之门
来自地狱的声音!绝对真实(录音) 英文版本, 那个录制的人(一个博士)的原话：
"As a communist I don’t believe in heaven or the Bible but as a scientist I now believe in hell," said Dr. Azzacove. "Needless to say we were shocked to make such a discovery. But we know what we saw and we know what we heard. And we are absolutely convinced that we drilled through the gates of hell!Dr. Azzacove continued,". . .the drill suddenly began to rotate wildly, indicating that we had reached a large empty pocket or cavern. Temperature sensors showed a dramatic increase in heat to 2,000 degrees Fahrenheit."We lowered a microphone, designed to detect the sounds of plate movements down the shaft. But instead of plate movements we heard a human voice screaming in pain! At first we thought the sound was coming from our own equipment.
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的垂直钻井技术是石油勘探开发领域的重要技术之一。
随着油气资源勘探开发难度的不断增加，对垂直钻井技术的要求也越来越高。
为了更好地探究深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井技术，本文将从技术原理、地质条件、钻井工艺和装备等方面进行深入探讨。
一、技术原理垂直钻井技术是指从地表向下钻探地下矿藏或构造地质构造的一种工艺技术。
在深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井中，需要考虑的技术原理包括地层构造、地应力、井筒稳定性、井壁稳固、井眼完整性、钻井液控制等。
通过对这些技术原理的研究和应用，可以有效地提高垂直钻井的成功率和效率。
二、地质条件深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井技术需要充分考虑地质条件。
地质条件包括地层性质、地下水压力、地温、地震活动性等因素。
这些地质条件对垂直钻井的施工和装备选择具有重要影响。
在钻井前需要进行充分的地质调查和勘察，以确保钻井施工的安全和顺利进行。
三、钻井工艺深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井工艺具有一定的特点和要求。
需要选用合适的钻井工具和装备，包括钻机、钻头、钻柱、钻井液等。
需要根据地质条件和井口情况，合理设计钻井参数，包括钻速、转速、钻压等。
需要重点关注井筒稳定性、井眼完整性和钻井液控制等关键技术环节。
四、装备技术深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井需要使用高科技装备和技术手段。
包括钻机自动化控制系统、钻头智能化设计、钻井液环境友好化等。
这些高科技装备和技术手段能够大大提高垂直钻井的效率和安全性。
五、发展趋势未来深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井技术将更加注重高效、智能、环保、安全的发展方向。
预计在深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井中，将出现更多自动化、智能化的装备和工艺，并将进一步提高垂直钻井的成功率和效率。
科学超深井钻探技术
大洋钻探计划（ ＯＤＰ） 于 ２００３ 年 １０ 月转入“ 综 合大洋钻探计划（ＩＯＤＰ）”的新阶段。 ＩＯＤＰ 以“地球
系统科学” 思想为指导，计划打穿大洋壳，揭示地震 机理；查明深部生物圈和天然气水合物；了解极端气 候和快速气候变化的过程；为国际学术界构筑起新 世纪地球系统科学研究的平台；同时为深海新资源 勘探开发、环境预测和防震减灾等实际目标服务。
为 ＩＣＤＰ 项目，得到了国际大陆科学钻探计划组织 的资助。
２ 超万米科学钻探工程面临的技术难题 超万米科学超深井是施工难度很大、风险很高的
钻井工程，实施过程中将会遇到一系列的技术难题。 （１） 地质条件 复 杂： 超 万 米 科 学 超 深 井 可 能 会
遇到各种各样的地层和复杂情况，如地应力集中、地 层压力异常、 地层破碎、 地层蠕变缩径、 高矿化度 （高密度）、高硫化氢质量浓度等复杂地质条件。 复 杂的地质条件可能导致钻井事故和钻进效率降低等 不利后果。
深井超深井钻井技术1
一、深井超深井钻井技术发展现状
世界上完成7口特深井：前苏联SG-3井12869m及SG-1井过9000m、美国瑟 复兰奇1-9井9034m、巴登1号井9159m、罗杰斯1号井9583m、Emma Lou2 井9029 m、德国HTB井9101m，其中美国占4口。
国外超深井钻井技术发展主要集中在钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等 方面：
超深井钻机功率大、性能好、自动化程度高、配套设备性能可靠，从而在装
备上为快速打好深井提供了物质上的准备。
钻头质量好、品种全、选型合理，可获得钻头耗用数少、钻井进尺多、钻井 速度快的好效果。
钻井液具有良好的热稳定性、润滑性和剪切稀释特性、固相含量低、高压失 水量低、可抗各种可溶性盐类和酸性气的污染。
运用井下动力钻具提高钻速、井身结构设计灵活、高强度钻杆等工具配套齐
深井超深井钻井完井技术
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提纲
一、深井超深井钻井技术发展现状 二、深井超深井井身结构 三、深井超深井提速钻井技术 四、深井超深井井斜控制技术 五、深井超深井压力控制技术 六、深井超深井钻井复杂事故预防技术 七、深井超深井固井技术
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一按国际通用概念：井深超过4500m或15000ft的井为深井； 井深超过6000m或 20000ft的井为超深井；井深超过9000m或30000ft的井为特深井。
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一、深井超深井钻井技术发展现状
复杂地质条件新区第一口深探井钻井情
地区
井号
库车 坳陷
南喀1 东秋5 克参1
塔西南坳 柯深1 陷 英科1
井深（M）
设计
6000 6400 6000
实际
5314 5314 6150
6800 6500
全，使得国外超深井钻井速度快、事故少、成本低、效益好。
深井超深井钻井技术
在钻进过程中，根据实际情况对钻井方案进行实时优化和调整，以 提高钻进效率和安全性。
井壁稳定技术
地层应力分析
分析地层应力分布和变化 规律，为采取有效的井壁 稳定措施提供依据。
井壁加固技术
采用水泥浆、树脂等材料 对井壁进行加固处理，以 提高其稳定性和防止坍塌。
压力控制技术
通过控制钻压、转速等参 数，控制地层应力释放和 平衡，防止井壁失稳。
钻井液与压力控制技术
03
优化钻井液性能和压力控制技术，有效应对复杂地层和超深地
层带来的挑战。
智能化与自动化
智能化钻机
研发具有自主决策和远程控制功能的智能化钻机，实现钻井作业 的自动化和远程监控。
自动化钻井系统
集成钻井、测井、固井等作业流程，实现各环节的自动化协同作 业。
数据驱动与人工智能
利用大数据和人工智能技术，对钻井数据进行实时分析，优化钻 井参数和提高作业效率。
解决方案
优化钻井设计和施工方案，提高钻井 效率，降低成本；同时加强成本控制 和管理，减少不必要的浪费。
04
深井超深井钻井的未来发展
技术创新与突破
新型钻头与钻具
01
研发更高效、更耐磨的钻头和钻具，提高钻井效率和降低成本。
随钻测量与导向技术
02
利用随钻测量和导向技术，实时监测钻井轨迹，提高钻井精度
和安全性。
深井超深井钻井技术
• 深井超深井钻井技术概述 • 深井超深井钻井的关键技术 • 深井超深井钻井的挑战与解决方案 • 深井超深井钻井的未来发展 • 案例分析：某深井超深井钻井项目实
践
01
深井超深井钻井技术概述
定义与特点
定义
深井超深井钻井技术是指钻探深 度超过3500米的钻井技术。
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4 ½”(114钻杆）：10000m； （5″（127mm）钻杆 ）： 8000m 最大钩载 绞车输入功率 提升系统绳数 钢丝绳直径 泥浆泵功率×台数 7000kN 3000kW 7×8顺穿 φ45mm 1600HP×3
钻机
转盘开口名义直径 1257.3mm（49 1/2″） 井架高度/型式 60m/K型
汇报提纲
三、13000米科学超深井钻探技术方案 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 13000m科学超深井钻孔结构和套管程序 取心钻进的钻进方法 全面钻进的钻进方法 扩孔钻进的钻进方法 井下动力钻具 复合钻柱的设计 钻机方案 钻井液方案 钻井轨迹控制方案
3.1
KTB先导孔井场
的先导孔和一个井深9101m 的主孔。
目的是研究地壳较深部位的物理、化
学状态和过程，了解内陆地壳的结构、
成分、动力学及其演变。
KTB主孔井场
一、国内外科学钻探实践综述
KTB先导孔施工采用 的大直径绳索取心钻 进系统和高速液压顶 驱
一、国内外科学钻探实践综述
KTB 先导孔采用绳索取心方法钻进到孔深 3893m ，起钻时钻杆在 307.4m 处发生断裂。处 理无效后，采用液压割管器将绳索取心钻杆柱 在 3794.5m 处割断，水泥回填部分井段后侧钻， 牙轮钻头全面钻进至4000.10m后完钻。 KTB主孔原设计井深 12000m，在项目实施过
前苏联科学深钻技术的特点
全孔连续取心； 提钻回收岩心；
主要用牙轮钻头取心钻进； 钻头由孔底马达驱动； 采用轻质的铝合金钻杆； 小直径超前取心，扩孔下套管。
一、国内外科学钻探实践综述
美国实施了 10 多个科学钻探项目，钻 孔深度都较浅，最深的只有 3997.45m 圣安 德烈斯断层科学钻探项目，其它已实施的 科学钻探项目有索尔顿湖科学钻探项目、 伊利火山链科学钻探项目、长谷地热勘探
大陆科学钻探工程实践与 13000米科学超深井钻探技术
张金昌
中国地质科学院勘探技术研究所
2014 年 10 月 9 日
汇报提纲
一、国内外科学钻探实践综述 二、超万米科学钻探工程面临的技术难题
三、13000米科学超深井钻探技术方案
四、须开展的关键装备与技术研发 五、结论
一、国内外科学钻探实践综述
人类最早的科学钻探活动开 始于海洋，第一个科学钻探计划 是美国的“莫霍面钻探计划” （1950年代末—1966年8月）。之 后，美国发起了“深海钻探计划” （Deep Sea Drilling Project， 简 称 DSDP 。 1966 年 6 月 —1983 年），作为 DSDP 的延续“大洋钻 探 计 划 ” （ Ocean Drilling Program，简称ODP）于1985年1月 开始至 2002 年结束。我国于 1998 年春天作为“参与成员”加入ODP。
一、国内外科学钻探实践综述
松科二井钻井现场
一、国内外科学钻探实践综述
2014年4月13日松科二井开钻
一、国内外科学钻探实践综述
松辽盆地科学钻探工程指挥部综合楼
汇报提纲
一、国内外科学钻探实践综述 二、超万米科学钻探工程面临的技术难题
三、13000米科学超深井钻探技术方案
四、须开展的关键装备与技术研发 五、结论
二、超万米科学钻探工程面临的技术难题
3、井斜问题： 随着钻井深度加大，井斜一般也会加大。井斜 加大后，会带来诸如：过高的磨阻及扭矩；在下入 和提出测量仪器时遇阻；下套管困难；套管、钻具、 稳定器及钻头出现严重的磨损等困难； 4、钻井器材对超长井深的适应性问题： 超长的钻杆柱本身的重量就可能使钻杆柱发生 断裂，钻进施工中承受拉伸、压缩、弯曲、扭矩等 复杂载荷的作用更容易破坏失效。各种井底器具， 可能承受高达140MPa-150MPa的压力，其强度和密封 性会受到严峻的考验。
全球大洋钻探
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一、国内外科学钻探实践综述
大陆科学钻探始于20世纪70年代，在1996年2月国 际大陆科学钻探计划（ ICDP ）正式成立之前，许多 国家就已经开展了大陆科学钻探。
ICDP Research Themes
5
一、国内外科学钻探实践综述
前苏联制定了庞大的科学深钻计 划，在一些主要的地震剖面的交点处， 布置了20余口7～12km的科学超深井。 1970年开始钻进设计深度15000m的科 拉超深井，至1986年达到12262m井深， 成为当今世界最深的钻井。 前苏联实施的其他超深井有：
螺杆马达/绳索 顶驱 0.84 1.00 0.73
0.00
一、国内外科学钻探实践综述
汶川地震科学钻探项目
汶川特大地震发生之后，从 2008 年 10 月开始，我国组 织实施了旨在研究地震机制和进行地震监测预报的“汶川
地震断裂带大陆科学钻探”，共施工了 5 口科学钻井，钻
井深度范围为550m至3350m。 该项目实施的最大挑战也是最显著的特点是地震断裂 带极高地应力条件下钻进取心。在该项目中从多种钻进方 法中优选出螺杆马达-液动锤-提钻取心方法。所有的方法
程中，调整到10000m。由于地层条件复杂，事
故频发，钻进施工艰难，钻进到 9101m 后提前
完钻。
一、国内外科学钻探实践综述
KTB计划的主要创新： 1、设计制造了性能先进能力强大的专用钻机。可提40 米立根的钻塔、APS自动钻杆操作系统、观光室。
一、国内外科学钻探实践综述
KTB主孔技术成就 2、成功应用自动垂孔钻 进系统，在7000m井深范围
研究距今6500万年至1.4亿年间白垩纪地球温室气候和
环境变化的时间隧道；
建立为建设“百年大庆”基础地质服务的“金柱子”；
为预测我国未来环境-气候变化、拓展陆相油气勘探领
域和资源量提供新的科学依据。
一、国内外科学钻探实践综述
松科2井拟达到的钻探技术目标：
完成我国首例超6000m井深的科学钻探工程；
松科1井取得的创新性成果和主要收获 1、形成了一套完整的、经济可行的白垩纪陆相地 层钻探工程方案： 2、集成创新了超长岩心取心技术； 3、发明了长井段岩心长期保真保存技术。 4 、对国际大陆科学钻探计划 (ICDP) 产生了积极影 响，促使“松科 2井”科学钻探工程项目获得 ICDP 的资 助。 5、为松科2井提供了组织管理经验以及人才和技术 储备。
ODP钻探船 JOIDES“决心号”
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一、国内外科学钻探实践综述
ODP 于 2003 年 10 月转 入“综合大洋钻探计划 （ IODP ） ” 的 新 阶 段 。 IODP 以“地球查 明深部生物圈和天然气水 合物；了解极端气候和快 速气候变化的过程；为国 际学术界构筑起新世纪地 球系统科学研究的平台； 同时为深海新资源勘探开 发、环境预测和防震减灾 等实际目标服务。
研发大口径同径提钻取心和绳索取心钻进工艺，
获取3535m岩心；
研发抗 250 oC 以上的高温井底动力取心钻进工艺、
泥浆工艺和固井工艺；
检验我国首台万米科学钻探专用钻机性能；
研究高温测井技术。
一、国内外科学钻探实践综述
五 开 井 身 结 构
一、国内外科学钻探实践综述
“地壳一号” 钻机基本参数
一、国内外科学钻探实践综述
CCSD-1
3.2、取心钻进的钻进方法
使 用 液 动 潜 孔 锤 提 高 钻 进 效 率
单位： m/h
1.20
CCSD不同取心钻进方法的机械钻速
螺杆马达 /液动锤 1.13
回次进尺对比
7.00
单位：m
1.00
螺杆马达 0.74
顶驱 / 绳索 0.63
顶驱 / 液动锤/绳索 0.89
二、超万米科学钻探工程面临的技术难题
1、地质条件复杂： 如地应力集中、地层压力异常、地层破 碎、地层蠕变缩径等复杂地质条件。 2、高温问题： 地 壳 的 平 均 地 温 梯 度 为 3 ℃ /100m ， 13000m 科学超深井的预计井底温度为 250 ℃ 400℃。以目前的钻井技术水准来说，要在如 此的高温条件下进行施工，难度非常之大， 许多钻井器材的耐温能力还不能满足要求。
萨阿特累超深井、 乌拉尔超深井（设计15000m） 克里沃罗格超深井（设计12000m） 秋明超深井（设计8000m） 季曼-朝白拉超深井（设计7000m） 滨里海超深井（设计7000m）……
孙枢 院士
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一、国内外科学钻探实践综述
平均机械钻速1.8m/h
世界最深钻井——科拉超深钻(12262m)
一、国内外科学钻探实践综述
一、国内外科学钻探实践综述
中国大陆科学钻探工 程项目在江苏省东海县 实施，在坚硬的结晶岩 中完成一口深度5158m的 全井连续取心钻井（完 钻直径157mm）。
CCSD-1取得的主要工程技术成就： 1、创造性地将“组合式钻探技 术”、“灵活的双孔方案”、 “超前孔裸眼小直径取心钻进程 序”有机地结合起来，形成了独 具中国特色的在结晶岩中施工科 学钻孔的一整套技术方案。2、研 制成功属世界首创的螺杆马达液 动锤井底动力驱动冲击回转取心 钻探技术系统，确保了科钻一井 优质、高效、安全、低成本的顺 利完工。3、带导向的扩孔牙轮钻 头在我国首次实现了坚硬结晶岩 长井段扩孔钻进。4、此外，在纠 斜、侧钻绕障、泥浆技术等方面 也有创新。
内将井斜角控制在1°范围
内，对减少钻进施工的事故、
降低风险和施工成本以及达
到9101m的完钻井深，起到 了重要的作用。
一、国内外科学钻探实践综述
此外，法国、瑞典、瑞士、英国和日本也分别 制定了科学钻探计划并组织实施。 我国从2001年开始实施“中国大陆科学钻探工 程”，经历了四年时间，在江苏省东海县坚硬的 结 晶 岩 中 施 工 了 一 口 5158m 深 的 连 续 取 心 钻 井 （“科钻一井”），目的是研究大别—苏鲁超高 压变质带的折返机制。 2005年实施了青海湖科学钻探项目。采用ICDP 的 GLD800 湖泊钻探取样系统，施工了一系列浅钻。 该项目的目标是获取高精度的东亚古环境记录， 研究区域的气候、生态和构造演变及其与其他区 域和全球古气候变化的关系。