地质岩心钻探深孔钻进技术(七队张所邦)(一)

地质岩心钻探深孔钻进技术
（一）
张所邦 2014年12月
第一部分
深部地质岩心钻探技术的发展成果
1.探矿工程：
地质勘探工作中，为探明隐伏矿体 或某些特定地质体的形态、产状、深 度、规模、结构和储量，取出有代表 性的实物地质资料的工程技术。研究 这一工程技术的学科称探矿工程学或 探矿工程。其内容包括钻探工程、坑 探工程和探矿机械。
• 1983年钻至12066米后暂停--因 为要准备定于1984年在莫斯科举 办的国际地质大会。1984年9月 27日钻井继续，第一次下放就出 了事故--钻柱断落。钻井从7000 米深重新开始，1990年将至时新 的旁支钻达12262米深，钻柱再 次脱落，钻井被停止了。
• 重大发现： • 当钻探深度达到9,500米时，发现含有黄金和钻
2.钻井工程与钻探工程
• “钻井工程”全称“油气井钻探工程”，油气井钻 探习惯上称为“钻井”。“井”是指从地面往下 凿成的深洞。是勘探和开发石油及天然气资源的 重要手段。
• “钻探”则是指使用专门的设备和工具，小面积 地破碎岩石，钻入地下，以勘探和开发地下资源 为主要目的的作业工程。
• 钻探工程的应用：地质普查钻探及矿产勘探钻探 即“地质岩心钻探”；水文地质钻探及水井钻探； 工程地质钻探；油气井钻探；地热钻探。
3.地质岩心钻探：
• (1) 固体矿产地质勘探常采用的勘探 手段。 筒状钻头和钻具在孔底沿圆周 环状破碎岩石,在孔底中心部分保留一 个柱状的岩心,从孔内取出岩心用以研 究地质和矿产的情况,故称为岩心钻探。
钻探技术是唯一能从地下取出实物 岩矿样品的勘查技术方法。
• (2) 现代钻探技术的发展：
• 岩心钻机：发展到全液压动力头钻机 以及自动化、智能化地质岩的人，讲探矿的事，说探矿
的话，致力于发展探矿工程， 提高探矿工程的地位。
4.地质岩心钻探深孔钻进的划分
《地质岩心钻探规程》DZ/T0227-2010
地质岩心钻孔深度分级 （单位：m）
国内标准：
浅孔 中深孔
深孔 特深孔
＜300
300～ 1000
1000～ ﹥3000 3000
• 最早进行大陆科学钻探的国家是前苏联。
5.2地球的望远镜—世界最深的科学钻孔
• 前苏联科拉超深钻孔SG-3井
• 从70年代开始，前苏联实施了庞大的大陆科学深钻 工程，其科拉超深钻孔深达12,262米，为当今世界 最深的超深孔，并成为世界第一个深部实验室。
• 这个最深的超深孔，俄罗斯科学家将其比作继空间 站、深海勘探船之后的第三大科研成果。
• 钻进技术：绳索取心钻进、液动冲击 回转钻进、定向钻进、多工艺组合钻 进以及复杂地层中深孔钻进。
• 孔底动力钻具(潜孔锤、螺杆钻、涡 轮钻、孔底电钻等)也从发明到发展。
• (3)钻探技术在我国资源勘探、国家重 大科学工程、地质灾害监测预警及治 理中做出过重要贡献而且还将发挥更 重要的作用。
我国探矿工程的开拓者：刘广志
石的地层。科学家们取出的岩芯经过分析表明， 金含量居然高达80克/吨。 • 大量氢沉积物，这些氢沉积物的量非常大，以 至于从该洞挖出的泥浆都与氢沉积物一起“沸 腾”起来。
5.3第一个纯粹的科学钻井—德国 KTB
• 德国于1987至1994年间，在德国中部的一个小镇 进行了科学钻探，即举世闻名的KTB钻探项目， 目的是通过施工科学超深井获取地学信息，进行 关于地壳较深部位的物理、化学状态和过程的基 础研究和评价，以了解内陆地壳的结构、成分、 动力学和演变。这项计划1977年提出，经过10年 考察、论证、选址。原设计孔深14000米，实际 深度9101米。
• 首次采用了双孔方案，即在正式钻探前，先打出 一个先导孔，这个先导孔直径较大，可以通过它 来摸清地层状况，再进行主孔施工。德国 KTB 9000多米的钻井，仅先导孔就钻进4000多 米深。
• SG-3井不带勘探 目的，纯粹用于 在莫霍面接近地 表处的科研
• 上部开孔直径 92cm，下部直径 终孔直径 21.5cm 。
• 曾经认为，超过5km深花岗岩层 就开始被玄武岩替代了。 直到 7000米深钻井过程都相对平稳， 钻过了坚硬的花岗岩。在这个深 度之后钻头进入了较为不坚硬的 层状岩石。此时井身开始因空洞 而掉落。结果钻柱被岩石卡住， 钻头在提升过程中掉落。钻柱丢 失段被水泥封固住，钻井在钻具 偏离的情况下继续。这样的事故 不止一次的发生，因此钻井持续 了好几年。
国际：超深井 ﹥8000m
5.深孔钻进技术的发展
• 5.1世界深孔钻进技术前沿 ——科学钻探
• ＩＣＤＰ 国际大陆科学钻探委员会，成立于１９９３年，
中国为三大发起国之一，有２０多个成员国。 国际大陆科学钻探中国委员会（ＩＣＤＰ－Ｃ
ＨＩＮＡ） 于2006年３月１８日，在中国地质科 学院地质研究所成立
• 地心争夺战，前苏联和美国尝试着钻到莫荷界面 (Moho)。地球外壳与内壳之间的界线，它是通常呈 现固体形态的外壳和充满岩浆的地幔之间的一个理 论性分界线。
• 勘探工作于1970年5月24日开始，终止于1994 年。到1983年，该井的钻探深度已经达到了 12,000米，为此，决定停止进一步钻进。最后的 262米是在1983-1993年间进行的，花了整整十年。
• 我国杰出的探矿工程专家，中国 工程院资深院士，于2014年11月 19日在北京逝世，享年92岁。
• 是新中国地质探矿工程的主要奠 基人和开拓者，是我国石油、地 质、水文地质、工程地质等钻探、 掘进工程专家。领导了人造金刚 石小口径钻探配套技术研究与应 用；领导研究推广定向钻探、绳 索取心钻探、空气钻探、反循环 钻探、孔底动力机钻探五大技术， 不仅使我国钻探工程跃居世界先 进行列，还为一批老矿山探明了 深部备用储量。
科学钻探开始于1960年代。它与“登月计划” 被誉为人类在1960年代的两大壮举。
• 科学钻探在世界上已实施30年，已有13个 国家打了近100口深浅不一的科学探测钻孔， 其中4000米以上的深孔有20口。
• 根据钻孔的深度，研究者将深度大于8000 米的大陆科学钻探称为超深钻。超深钻是一 项投资巨大的科学工程，体现了一个国家的 实力与地学水平。