科学钻探常见问题及答案

1.为什么要进行科学钻探地球为人类提供了资源、能源、生活的空间和生存的

环境，但同时又给人类带来了地质灾害（地震、火山、泥石流等），人类为了本身生存的需要，迫切地希望了解地球。但迄今为止，人类对地球内部仍然所知甚少。长期以来，地球科学家们试图运用地质、地球物理和地球化学等方法来探测与研究地球内部，但所获得的认识都是间接的。科学钻探是唯一能获得地下深处真实信息和图象的地学研究方法，是人类解决所面临的资源、灾害、环境等重大地学问题不可或缺的重要手段，被誉为“伸入地壳的望远镜”。

2.科学钻探的主要领域有哪些

科学钻探是为地学研究的目的而实施的钻探，它是通过钻孔获取岩心、岩屑、岩层中的流体（气体和液体）以及进行地球物理测井和在钻孔中安放仪器进行长期观测，来获取地下岩层中的各种地学信息，进行地学研究。

只要是满足以上条件的钻探活动皆可称之为科学钻探，而不论其钻探的区域、钻孔的深浅和钻孔直径的大小。按照区域划分，可分为大洋科学钻探、大陆科学钻探、湖泊钻探、冰心钻探和外空钻探。科学钻孔的深度可浅至数毫米（美国火星钻探），深至数千米、甚至上万米，世界上最深的科学钻孔（同时也是世界上的最深钻孔）是深度为12262米的科拉超深钻（俄罗斯）。

目前大陆科学钻探已在全球形成宏伟的整合计划，正在实施的国际大陆科学钻探项目有20余项，主要研究领域包括板块构造、火山与地震活动、全球环境与气候变化、陨石撞击与灾变事件、地热与流体系统和大陆与地幔动力学等，并与国际大洋科学钻探联手，意味着一个探测地球的新时代的来临。

3.海洋科学钻探发展的历程

1961年——1966年美国的“莫霍面计划”；1966年6月——1983年11月深海钻探计划（DSDP）；1985年——2003年大洋钻探计划（ODP）；2003年10月——2013年综合大洋钻探计划（IODP）。各钻探计划所取得的主要科学成果：“莫霍面计划”第一次深海钻探成功，证明洋底地壳第二层由玄武岩组成；DSDP计划完成了近百卷的DSDP初期报告，证实了大陆漂移和海底扩张学说，建立了板块学说，催生了古海洋学这一新学科；ODP计划揭示了洋壳结构和海底高原的形成，证明了气候演变的轨道周期和地球环境的突变事件，分析了汇聚大陆边缘深部流体作用，发现了海底深部生物圈和天然气水合物；IODP正在为揭示地震机理，理解极端气候和快速气候变化过程做进一步的研究。

4.IODP的来源与工作目标

“IODP”即“In tegrated O cean D rilling P rogram(整合大洋钻探计划) ”, 它是在ODP 基础上, 通过革新技术、扩大规模及更进一步的深入研究而提出的更符合科学潮流、更具国际化的新世纪大洋钻探计划, 是继DSDP、ODP 后国际合作深海钻探的第三个阶段。IODP 的特点在于以多条船为基础, 去进一步探索以往不能钻探的海区和深度, 去解决过去未能回答的科学问题。除了能在浅海和滨海

区钻探的设备外, IODP 的技术核心是装配了日、美的两条深海钻探船。日本在确定以信息科学和海洋科学作为两大重点的国策以后, 制定了“OD21”计划, 将要建造一艘大约57 500 t 级的立管钻探船, 和美国扩建或新建的非立管钻探船在海上共同执行IODP。2000 年5 月1 日, 日本科技署和文部省部长H iro2fum iN akasone 和美国国家基金委主席R ita R Co l2w ell 联合发表声明, 宣布两国将在对等基础上支持IODP 的实施, 通过钻探海底研究地球历史和地球系统过程(ESP)。

【IODP的三大科学主题1．深部生物圈和洋底下的海洋

2．环境的变化、过程和影响3．固体地球循环和地球动力学】

IODP的八大优先研究目标

1．深部生物圈；2.天然气水合物；3．极端气候；4. 高频气候变化；5.大陆破裂和沉积盆地的形成；6.大型火成岩省；7.21世纪Moho钻孔；8.会聚边缘之下的地震震源区

5.国际大陆科学钻探科学目标

大陆科学钻探可以帮助人们直接、精确地了解地壳成份、结构构造和各种地质过程，对了解地球资源与环境起着至关重要的作用。国际大陆科学钻探计划的研究主题是：

◆与地震、火山爆发有关的物理、化学过程及相关的减灾措施；

◇近期全球气候变化的方式与原因；

◆天体撞击对全球气候变化及大规模生物灭绝的影响；

◇深部生物圈及其与各种地质过程的关系

◆如何安全处理核废料和有毒废料；

◇沉积盆地与能源资源的产生与演化；

◆不同地质环境下矿床的形成；

◇板块构造的机理，地壳内部热、物质和流体的迁移规律；

◆如何更好地利用地球物理资料了解地壳内部的结构与性质。

6.中国大陆科学钻探采用了哪些关键技术

1. 组合式钻探技术

石油钻探设备机具+地质钻探金刚石取心钻进工艺

2. 灵活的双孔方案

3. 超前孔裸眼(小直径取心)钻进方法

4.以国产技术装备为主科钻一井对设备提出了特殊的较高要求: 充裕的大钩负荷、高转速、高泵压、精确的钻压控制、完善的固相控制、仪表齐全、电网供电、安全、环保等。

5.取心钻进技术体系：

—螺杆马达-液动锤-金刚石取心钻进系统

⑴液动锤⑵螺杆马达⑶金刚石取心钻头⑷岩心管

—钻井泥浆系统

—钻进数据采集

—钻进工艺（钻压、转速、排量、双回转）

6．扩孔钻进技术：

--强化扩孔钻头的保径设计

--在钻头上方加聚晶金刚石扩孔器

--优化钻头结构、材质设计及焊接工艺

--优化牙轮和压掌参数

--在底部钻具组合中加减振器

--在钻井液中加润滑剂

7.井斜控制技术：

⑴刚、直、满、重钻具组合

⑵采用螺杆马达驱动，消除了钻柱公转的扩径效应；

⑶液动锤钻进时小钻压、高钻速和减轻岩心堵塞，都是防斜的积极因素。

8.低粘、低切、低密度、低失水及润滑性能优良的泥浆技术

9.固井与活动套管技术

1.活动套管技术采用上部悬挂和下部外层套管鞋的双承载设计，上部防

滑块和下部防滑齿的防倒扣设计，套管串上安装刚性扶正器和弹性扶正器的居中设计，有效地解决了活动套管的安装技术难题。

2.创造性地研发了带有金刚石修孔器的修孔划眼钻具组合、试下套管和钻井

液中添加液体润滑剂及固体润滑剂的技术措施，保障了下套管作业的安

全。

3.流变性性能好的双密度水泥浆的设计，解决了注水泥浆及替浆压力加大的

技术难题和水泥浆可能存在的漏失问题。

4.应用分级箍的双级注水泥设计，可以降低环形空间的静液柱压力，降低了

施工压力，减少了注水泥作业中发生井漏的可能性，水泥浆上返高度及固

井质量均满足设计要求。

10. 钻探数据采集与处理

1.在石油钻井的综合录井系统的基础上，通过人工输入数据和二次开

发，完善地表数据采集系统，使其能够满足大陆科学钻探的要求，并在科钻一井现场施工中获得良好的应用效果；

2.研究开发随钻孔底钻探数据采集系统，检测的参数有：钻孔顶角、泥浆压

力、工具面向角、温度等，补充地表数据采集系统采集参数的不足，提高

钻进过程监测和施工决策的水平；

3.在原有综合录井系统上进行二次计算机软件开发，提高钻探数据的实时利

用和非实时的处理功能，实现实时钻探数据实时传输（从井场实时传输到

现场指挥部），从而实现了多级（井场和现场指挥部）多点（多台计算机）的钻进过程实时监测，提高了钻探数据处理与应用水平；

4.从井场传输到指挥部的钻探数据，通过二次开发的计算机软件，将钻探实

时数据存储到数据库中，为后续的钻探数据再开发和利用提供了良好的软件平台。

7.冰层钻探的关键技术难点有哪些？

（1），难点一：钻井液技术。正如常规钻进一样,低温地层钻进同样需要与之相匹配的低温钻井液,从而实现井壁的稳定、地层压力的平衡、钻屑的携带和悬浮、钻头与钻具的冷却和润滑等功能.才能够保证钻进安全顺利。冰层、极地、永冻层以及赋存天然气水合物的永冻层等低温地层的钻进,所用的低温钻井液在冰点