復(fù)雜地層取心技術(shù)幻燈片

1、 交交 流流 內(nèi)內(nèi) 容容 一、概述一、概述 二、國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀二、國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀 三、松散與松軟地層取心鉆具三、松散與松軟地層取心鉆具 四、松科一井四、松科一井(北井北井)取心技術(shù)取心技術(shù) 概概 述述 復(fù)雜地層定義復(fù)雜地層定義 復(fù)雜地層，是指在受成因、構(gòu)造運動及復(fù)雜地層，是指在受成因、構(gòu)造運動及 風(fēng)化、地下水侵蝕等多種地質(zhì)作用影響下，風(fēng)化、地下水侵蝕等多種地質(zhì)作用影響下， 形成巖石節(jié)理、片理、裂隙發(fā)育，破碎、軟形成巖石節(jié)理、片理、裂隙發(fā)育，破碎、軟 硬互層，膠結(jié)性、穩(wěn)定性、強度極差硬互層，膠結(jié)性、穩(wěn)定性、強度極差, ,或是或是 遇水膨脹、溶解的地層。遇水膨脹、溶解的地層。 概概 述述 某鋁

2、土礦勘探實例某鋁土礦勘探實例-1 CSR補勘補勘 ZK333 ZK334 ZK335 概概 述述 某鋁土礦勘探實例某鋁土礦勘探實例-2 ZK334CSR補勘補勘 概概 述述 科學(xué)鉆探對巖心的質(zhì)量要求科學(xué)鉆探對巖心的質(zhì)量要求 采取率指標(biāo)高采取率指標(biāo)高 大陸科學(xué)鉆探不低于大陸科學(xué)鉆探不低于80% 環(huán)境科學(xué)鉆探不低于環(huán)境科學(xué)鉆探不低于90%（1cm厚的地厚的地 層能承載數(shù)千至數(shù)萬年的地質(zhì)信息層能承載數(shù)千至數(shù)萬年的地質(zhì)信息) 巖心質(zhì)量要求高巖心質(zhì)量要求高 反映地層原生結(jié)構(gòu)反映地層原生結(jié)構(gòu) 表面均勻、光滑表面均勻、光滑(巖心掃描成像要求巖心掃描成像要求) 概概 述述 巖心掃描儀巖心掃描儀 概概 述述 科

3、學(xué)鉆探對巖心的質(zhì)量要求科學(xué)鉆探對巖心的質(zhì)量要求 CCSD的研究成果的研究成果 繩繩/沖二合一、繩沖二合一、繩/螺二合一、繩螺二合一、繩/沖沖/螺三合一的螺三合一的 成果，反映了我國取心鉆具研究的最高水平成果，反映了我國取心鉆具研究的最高水平 該批鉆具設(shè)計依據(jù)是科鉆一井的地層條件，護該批鉆具設(shè)計依據(jù)是科鉆一井的地層條件，護 心、卡心、托心手段均還不適應(yīng)復(fù)雜地層取心心、卡心、托心手段均還不適應(yīng)復(fù)雜地層取心 科科 學(xué)學(xué) 鉆鉆 探探 國國 內(nèi)內(nèi) 研研 究究 狀狀 況況 鉆具形式鉆具形式 無泵鉆具無泵鉆具 噴反式單動雙管鉆具噴反式單動雙管鉆具 半合襯管式三層管鉆具半合襯管式三層管鉆具 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進提高破

4、碎地層回次進尺沖擊回轉(zhuǎn)鉆進提高破碎地層回次進尺 地地 質(zhì)質(zhì) 勘勘 探探 國 內(nèi) 研 究 狀 況 問題問題 隔水、保形措施不力隔水、保形措施不力 巖心卡取或承托不可靠巖心卡取或承托不可靠 巖心出管對巖心外觀造成傷害巖心出管對巖心外觀造成傷害 繩取鉆具結(jié)構(gòu)簡單，無法運用于弱膠結(jié)繩取鉆具結(jié)構(gòu)簡單，無法運用于弱膠結(jié) 與無膠結(jié)的松散地層與無膠結(jié)的松散地層 地地 質(zhì)質(zhì) 勘勘 探探 國國 內(nèi)內(nèi) 研研 究究 狀狀 況況 空氣反循環(huán)中心取樣空氣反循環(huán)中心取樣(CSR) 地地 質(zhì)質(zhì) 勘勘 探探 國國 內(nèi)內(nèi) 研研 究究 狀狀 況況 空氣 旋流器 雙壁鉆桿 雙通道 水龍頭 壓縮 空氣 動力頭 樣品 空空 氣氣 反反

5、循循 環(huán)環(huán) 中中 心心 取取 樣樣 地地 質(zhì)質(zhì) 勘勘 探探 空氣反循環(huán)中心取樣空氣反循環(huán)中心取樣(CSR) 樣品為鉆屑樣品為鉆屑 鉆效高，樣量大鉆效高，樣量大 反映層位準(zhǔn)確，品位代表性好反映層位準(zhǔn)確，品位代表性好 只可用于地質(zhì)工作程度較深的礦區(qū)只可用于地質(zhì)工作程度較深的礦區(qū) 國內(nèi)未制訂地質(zhì)工作規(guī)范，較難推廣國內(nèi)未制訂地質(zhì)工作規(guī)范，較難推廣 地地 質(zhì)質(zhì) 勘勘 探探 國國 內(nèi)內(nèi) 研研 究究 狀狀 況況 巖心爪鉆具巖心爪鉆具 石石 油油 鉆鉆 井井 巖心爪鉆具巖心爪鉆具 石石 油油 鉆鉆 井井 國國 內(nèi)內(nèi) 研研 究究 狀狀 況況 巖心爪鉆具巖心爪鉆具 對巖心爪施力方式對巖心爪施力方式 石石 油油 鉆

6、鉆 井井 國國 內(nèi)內(nèi) 研研 究究 狀狀 況況 機械加壓式機械加壓式 銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成 提動鉆具讓開空間提動鉆具讓開空間 投球加壓剪斷銷釘投球加壓剪斷銷釘 續(xù)對巖心爪加壓續(xù)對巖心爪加壓 國國 內(nèi)內(nèi) 研研 究究 狀狀 況況 液力加壓式液力加壓式 銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成銷釘聯(lián)接內(nèi)、外總成 提動鉆具讓開空間提動鉆具讓開空間 投球加壓剪斷銷釘投球加壓剪斷銷釘 續(xù)對巖心爪加壓續(xù)對巖心爪加壓 2-外管外管 3-懸掛軸懸掛軸 4-劈槽滑套劈槽滑套 5-鋼球鋼球 6-投球投球 7-內(nèi)掛套內(nèi)掛套 貝克休斯液力舉升全封閉鉆具貝克休斯液力舉升全封閉鉆具 1提升軸提升軸 2旁通套旁通套 3外管外管 4

7、提升套提升套 5鎖套鎖套 6鋼球鋼球 7滑套滑套 8鎖塊鎖塊 9彈簧彈簧 10彈簧座彈簧座 1巖心爪內(nèi)殼巖心爪內(nèi)殼 2外管外管 3 巖心爪外巖心爪外 套套 4內(nèi)管內(nèi)管 5彈簧彈簧 6全封閉蛤殼全封閉蛤殼 7卡簧卡簧 鉆具特點鉆具特點 現(xiàn)場調(diào)試復(fù)雜現(xiàn)場調(diào)試復(fù)雜, , 工作量大工作量大, , 鉆進中鉆進中 不能接單根不能接單根, , 鉆進時內(nèi)管可能上頂鉆進時內(nèi)管可能上頂 液力舉升解鎖，液力與彈簧力割心液力舉升解鎖，液力與彈簧力割心 并實現(xiàn)全封閉，卡簧與蛤殼雙保險并實現(xiàn)全封閉，卡簧與蛤殼雙保險 卡心卡心 國國 外外 研研 究究 狀狀 況況 Security DBS 公司公司Posiclose鉆具鉆具

8、 1-提升接頭提升接頭 2-投球投球 3-外管外管 4-鎖塊鎖塊 5-滑套滑套1-接頭接頭 2-外管外管 3-投球投球 4-滑套滑套 5-懸掛套懸掛套 6- 鋼球鋼球 7-彈簧彈簧 8-彈簧座彈簧座 極復(fù)雜地層取心現(xiàn)狀依然嚴(yán)峻極復(fù)雜地層取心現(xiàn)狀依然嚴(yán)峻 南海南海PY4-2-2井井取心數(shù)據(jù)表取心數(shù)據(jù)表 公司公司起始井深起始井深(m)(m) 進尺進尺(m)(m)心長心長(m)(m) 采取率采取率 (%)(%) 巖性巖性 勝利油田勝利油田 取心公司取心公司 1673.801673.8013.2013.200.820.826.206.20松散軟泥砂和鈣質(zhì)泥巖松散軟泥砂和鈣質(zhì)泥巖 1843.001843

9、.009.509.504.524.5247.5047.50極疏松砂巖和泥質(zhì)粉砂巖極疏松砂巖和泥質(zhì)粉砂巖 Baker Baker Hughes Hughes INTEQ INTEQ 公公 司司 1987.801987.8014.4014.403.803.8026.3926.39松散軟泥砂和泥質(zhì)粉砂巖松散軟泥砂和泥質(zhì)粉砂巖 2003.002003.0010.3010.306.306.3061.1661.16成巖和成柱性砂泥巖成巖和成柱性砂泥巖 2155.392155.3910.2410.246.106.1059.6359.63較硬成巖和成柱砂泥巖較硬成巖和成柱砂泥巖 勝利油田鉆具：國產(chǎn)機械加壓式勝

10、利油田鉆具：國產(chǎn)機械加壓式 貝克休斯鉆具：貝克休斯鉆具：Hydro-Lift Full Closure Core Catcher 工況分析工況分析 常規(guī)鉆具的配合常規(guī)鉆具的配合 產(chǎn)生徑向流沖蝕產(chǎn)生徑向流沖蝕 巖心，酥松地層巖心，酥松地層 打空管現(xiàn)象常見打空管現(xiàn)象常見 鉆具設(shè)計總體思路鉆具設(shè)計總體思路 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 工況分析工況分析 噴反鉆具反循環(huán)強度受管內(nèi)心樣狀態(tài)的噴反鉆具反循環(huán)強度受管內(nèi)心樣狀態(tài)的 影響，酥松破碎地層采取率一般都影響，酥松破碎地層采取率一般都 不高不高 松軟地層中雙動雙管隔液鉆進、干鉆燒松軟地層中雙動雙管隔液鉆進、干鉆燒 心，采取率有保證心，

11、采取率有保證 兩種鉆具都對巖心的原生結(jié)構(gòu)有破壞作兩種鉆具都對巖心的原生結(jié)構(gòu)有破壞作 用，不能用于科學(xué)鉆探用，不能用于科學(xué)鉆探 鉆具設(shè)計總體思路鉆具設(shè)計總體思路 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 總體思路總體思路 通過鉆頭與卡簧座配合關(guān)系的設(shè)計，改變巖心通過鉆頭與卡簧座配合關(guān)系的設(shè)計，改變巖心 根部液流流向、屏敝液流對巖心的沖蝕根部液流流向、屏敝液流對巖心的沖蝕 對強塑、高粘地層的鉆頭，采用大排水、排屑對強塑、高粘地層的鉆頭，采用大排水、排屑 空間設(shè)計空間設(shè)計 設(shè)計兼?zhèn)潆p動雙管與單動雙管特點的三層管雙設(shè)計兼?zhèn)潆p動雙管與單動雙管特點的三層管雙 鉆頭鉆具鉆頭鉆具(SS型型)。根據(jù)地層松

12、散破碎程度，第。根據(jù)地層松散破碎程度，第 三層管三層管(襯管襯管)可選完整管或半合管。對完全無可選完整管或半合管。對完全無 膠結(jié)的地層，襯管選有機透明材料，出心時心膠結(jié)的地層，襯管選有機透明材料，出心時心 樣與襯管同時入庫保存樣與襯管同時入庫保存 鉆具設(shè)計總體思路鉆具設(shè)計總體思路 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 總體思路總體思路 對酥松但可成形的地層，內(nèi)管直對酥松但可成形的地層，內(nèi)管直 接設(shè)計成半合形式接設(shè)計成半合形式 繩索取心繩索取心SS型鉆具內(nèi)鉆頭超前型鉆具內(nèi)鉆頭超前 于外鉆頭，且可與內(nèi)總成同時打于外鉆頭，且可與內(nèi)總成同時打 撈出管撈出管 繩索取心繩索取心SS型鉆具外總成雙

13、層型鉆具外總成雙層 、三層管通用，無需提大鉆即可、三層管通用，無需提大鉆即可 根據(jù)地層變化選擇不同鉆具結(jié)構(gòu)根據(jù)地層變化選擇不同鉆具結(jié)構(gòu) 鉆具設(shè)計總體思路鉆具設(shè)計總體思路 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 鉆具結(jié)構(gòu)鉆具結(jié)構(gòu) NQ隔液繩取鉆具隔液繩取鉆具 鉆具結(jié)構(gòu)鉆具結(jié)構(gòu) NQ隔液繩取鉆具隔液繩取鉆具 使用效果使用效果 NQ隔液繩取鉆具隔液繩取鉆具 使用效果使用效果 NQ隔液繩取鉆具隔液繩取鉆具 KZ型鉆具是為我國科學(xué)鉆探工程設(shè)計型鉆具是為我國科學(xué)鉆探工程設(shè)計 的具有集成化功能的提鉆取心鉆具，的具有集成化功能的提鉆取心鉆具， 在外總成與單動機構(gòu)統(tǒng)一的的基礎(chǔ)上在外總成與單動機構(gòu)統(tǒng)一的的

14、基礎(chǔ)上 ，配置不同的內(nèi)總成，可分別完成堅，配置不同的內(nèi)總成，可分別完成堅 硬致密地層、膠結(jié)松散地層、破碎與硬致密地層、膠結(jié)松散地層、破碎與 裂隙充填發(fā)育地層，以及強塑高粘地裂隙充填發(fā)育地層，以及強塑高粘地 層的提鉆取心鉆進。層的提鉆取心鉆進。 KZ型提鉆取心鉆具型提鉆取心鉆具 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 雙管鉆頭唇面：雙管鉆頭唇面： 150156mm/ 95mm 三管鉆頭唇面：三管鉆頭唇面： 150156mm/ 76mm 容納巖心長度：雙管容納巖心長度：雙管912m，三管，三管36m，半，半 合管合管1.5m、3m 外總成螺紋上扣扭矩：外總成螺紋上扣扭矩：

15、810kNm 最大工作鉆壓：最大工作鉆壓：50kN KZ型提鉆取心鉆具型提鉆取心鉆具 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 單動與普通單動雙管結(jié)構(gòu)單動與普通單動雙管結(jié)構(gòu)較完整地層較完整地層 KZ型提鉆取心鉆具型提鉆取心鉆具 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 用于完整、較完整地層用于完整、較完整地層 半合管結(jié)構(gòu)半合管結(jié)構(gòu) KZ型提鉆取心鉆具型提鉆取心鉆具 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 單鉆頭雙層管式，用于弱膠結(jié)地層單鉆頭雙層管式，用于弱膠結(jié)地層 單鉆頭三層管式，用于裂隙充填發(fā)育地層單鉆頭三層管式，用于裂隙充填發(fā)育地層 雙鉆頭三層管式，用于無膠結(jié)松散地層雙

16、鉆頭三層管式，用于無膠結(jié)松散地層 隔液、保形結(jié)構(gòu)隔液、保形結(jié)構(gòu)無膠結(jié)松散地層無膠結(jié)松散地層 必要性必要性 防沖蝕防沖蝕 保護地層原生結(jié)構(gòu)構(gòu)造保護地層原生結(jié)構(gòu)構(gòu)造 可行性可行性 鉆具內(nèi)腔壓力恒大于或等于內(nèi)、外腔連鉆具內(nèi)腔壓力恒大于或等于內(nèi)、外腔連 通處液壓力通處液壓力 襯管選透明材料，隔管觀察描述，樣品襯管選透明材料，隔管觀察描述，樣品 隨管入庫隨管入庫 KZ型提鉆取心鉆具 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 雙鉆頭三層管繩取鉆具 復(fù)復(fù) 雜雜 地地 層層 取取 心心 鉆鉆 具具 松科一井是國家松科一井是國家973973計劃項目計劃項目“白堊系地白堊系地 球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣

17、候變化球表層系統(tǒng)重大地質(zhì)事件與溫室氣候變化”，在，在 中國東北部松遼盆地布置的環(huán)境科學(xué)鉆探工程，中國東北部松遼盆地布置的環(huán)境科學(xué)鉆探工程， 也是全球首例陸相白堊系科學(xué)鉆探工程。也是全球首例陸相白堊系科學(xué)鉆探工程。 工程由相距工程由相距100余公里的南井與北井余公里的南井與北井(主井主井)兩兩 個子工程組成。北井設(shè)計完鉆井深個子工程組成。北井設(shè)計完鉆井深1810m，要求，要求 于井深于井深164.77m1792m內(nèi)連續(xù)取心，巖心直徑不內(nèi)連續(xù)取心，巖心直徑不 小于小于 90mm、平均巖心采取率不低于、平均巖心采取率不低于90%?？碧健？碧?所通過招、投標(biāo)程序承擔(dān)施工。所通過招、投標(biāo)程序承擔(dān)施工。

18、工程背景與技術(shù)要求工程背景與技術(shù)要求 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 地地 層層 分分 布布 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 0211m，流砂層，流砂層 211750m，松軟泥巖，夾少量薄層泥巖、砂巖，松軟泥巖，夾少量薄層泥巖、砂巖 750950m井段為松軟泥巖與泥頁巖、砂巖、礫井段為松軟泥巖與泥頁巖、砂巖、礫 巖交替出現(xiàn)的井段，地層軟硬變化頻繁巖交替出現(xiàn)的井段，地層軟硬變化頻繁 9501250m井段，紅色泥巖造漿性陡增，礫巖膠井段，紅色泥巖造漿性陡增，礫巖膠 結(jié)微弱，泥頁巖、砂巖硬度不高但發(fā)脆，提鉆結(jié)微弱，泥頁巖、砂巖硬度不高但發(fā)脆，提鉆 時的抽吸作用下引發(fā)頻

19、繁掉塊時的抽吸作用下引發(fā)頻繁掉塊 1250m以深出現(xiàn)黑色堅硬致密泥巖，以深出現(xiàn)黑色堅硬致密泥巖，1500m至完至完 鉆全為黑色堅硬致密泥巖。鉆全為黑色堅硬致密泥巖。 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 表層套管2457.5mm 井口管4507.5mm 轉(zhuǎn) 盤 井徑311mm 井徑311mm 井徑157mm 22510mm鋼板 20mm鋼繩 0.0 1 8 1 1 . 1 8 m 1 0 m 1 2 . 3 7 m 2 4 5 m 2 . 7 7 m 松科一井取心技術(shù)松科一井取心技術(shù)砂層取樣砂層取樣 砂層試取樣鉆進統(tǒng)計砂層試取樣鉆進統(tǒng)計 鉆具類型鉆具類型 進尺進尺 /m 回次數(shù)回次數(shù)

20、 樣品樣品 量量/m 采集率采集率 /% 時效時效 /m/h 回次進回次進 尺尺/m 單動雙管單動雙管12.6452.5520.174.082.53 雙動雙管雙動雙管3.0141.5551.503.900.75 單動壓刀單動壓刀1.2951.0077.520.520.26 合合 計計16.94145.1030.002.691.21 說說 明明 試取心井段：試取心井段：102.77m 162.77m 松科一井取心技術(shù)松科一井取心技術(shù)砂層取樣砂層取樣 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 嵌塊式鉆頭 一開泥巖鉆進統(tǒng)計一開泥巖鉆進統(tǒng)計 鉆具類

21、型鉆具類型 進尺進尺 /m 回次回次 數(shù)數(shù) 心長心長 /m 取心取心 率率/% 時效時效 /m/h 回次進回次進 尺尺/m 單動雙管單動雙管 15.001714.66 97.730.510.88 單動三管單動三管 18.561513.76 74.140.821.24 合合 計計33.563228.42 84.680.641.05 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 嵌塊式鉆頭 鉆頭泥包形成強烈的提鉆活塞效應(yīng)鉆頭泥包形成強烈的提鉆活塞效應(yīng) 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 嵌塊式鉆頭 嵌塊式鉆頭 嵌塊式鉆頭 二開嵌塊式鉆頭鉆進效果二開嵌塊式鉆頭鉆進效果 地層地層 進尺進

22、尺 /m 回次回次 數(shù)數(shù) 取心率取心率 /% 時效時效 /m/h 回次進回次進 尺尺/m 松軟層與軟弱松軟層與軟弱 巖層穿插巖層穿插 624.1712593.291.694.99 酥松砂巖與中酥松砂巖與中 硬泥巖互層硬泥巖互層 318.536492.031.044.97 合合 計計942.7018992.861.394.99 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 卡 簧 設(shè) 計 泥、頁巖塑性大，巖心受力后變泥、頁巖塑性大，巖心受力后變 形大，卡簧卡取巖心或不牢固，或因形大，卡簧卡取巖心或不牢固，或因 收縮過度被拉出卡簧座，殘留井底的收縮過度被拉出卡簧座，殘留井底的 大段巖心與卡簧均需

23、專門撈取。大段巖心與卡簧均需專門撈取。 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 卡 簧 設(shè) 計 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 卡 簧 設(shè) 計 大公差：允許卡簧更緊地抱住巖心大公差：允許卡簧更緊地抱住巖心 大行程：允許卡簧在上死點時順利通過巖心大行程：允許卡簧在上死點時順利通過巖心 大缺口：允許卡簧產(chǎn)生更大的徑向收縮大缺口：允許卡簧產(chǎn)生更大的徑向收縮 大壁厚：保證卡簧不被拉出卡簧座大壁厚：保證卡簧不被拉出卡簧座 技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1.01.2mm內(nèi)徑負(fù)公差、內(nèi)徑負(fù)公差、1215mm缺缺 口、口、3、5 斜角斜角 卡 簧 設(shè) 計 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 卡 簧 設(shè) 計 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 地 面 水 力 出 心 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 泥漿固相控制 松松 科科 一一 井井 取取 心心 技技 術(shù)術(shù) 南、北兩井的技術(shù)經(jīng)濟對比 北井運用水源鉆探設(shè)備與巖心鉆探工藝，歷時北井運用水源鉆探設(shè)備與巖心鉆探工藝，歷時8 8個工程個工程 月，完鉆井深月，完鉆井深18