现代钻探技术的应用与发展

  1. 试述钻探工程的应用领域并展望其发展趋势。

 

  答：钻探工程是用一定的工具，在地壳内按着一定的工艺破碎岩石的整个过程，这项工程的结果即地壳内的钻孔。它本身是一门应用性非常强的综合性技术。随着科学技术的进步和发展，钻探工程技术也得以迅速的提高和发展，应用钻探工程的范围也越来越广泛。

 

  （一）应用领域

 

  (1)普查找矿钻探。在普查找矿工作中，为了探察表土层下基岩的性质、产状，了解地层，探明地质构造，验证物探资料而进行的钻探。在普查找矿中应用的钻探一般为取样钻探或轻便的浅孔钻探。

 

  (2)矿产勘探钻探。随着勘探阶段的加深，对一个矿区需要进一步了解其地质构造，矿层的埋藏深度、存在的产状及矿层的品位，获得有用矿产的储量并圈定其分布的范围，有必要按着一定的勘探线、勘探网进行钻探。矿产勘探钻探布置的孔相对比较集中，且用较大型钻探设备进行钻探工作。

 

  (3)水文地质钻探。为找水和探明地下水赋存规律、水质、水量以及其运动情况而进行的钻探。一般水文地质钻探孔多为探、采结合的钻孔，即在达到勘探任务后，下管成井，钻孔作为供水井用。

 

  (4)工程地质钻探。为探明某些建筑工程的地下基础及地基的承载能力而进行的钻探。如查明高层、大型建筑、港口、水库的地基基础或查明路基、坝基、桥基等。

 

  (5)石油、天然气钻探。为勘探石油、天然气等矿层而进行的钻探。一般井深较大，大概在2000~4000m左右，而有的超深井甚至超过10000m。

 

  （二）国内外破岩方法研究方向及发展趋势

 

  随着科学技术的不断进步，钻探技术也出现了迅猛发展，国内外出现了：

 

  （1）钻眼爆破方法，这是常用方法。

 

  （2）机械破岩方法。如平巷掘进机、盾构机、立井钻井机、反井钻机等都属于此类。

 

  （3）水力破岩方法。

 

  （4）热熔碎岩技术。采用各种办法将岩石加热，使岩体内形成比较高的温度梯度，利用岩石各组分的不同热膨胀系数，形成热应力，使岩体剥落，达到破岩目的。岩石中含石英越多越适宜这种方法。

 

  （5）随钻测量技术。

 

  （6）深井超深井钻探技术、定向钻进技术。

 

  （7）非开挖钻进技术。

 

  就超深井钻探技术来说，现阶段超深井一般是指井(孔)深超过6000~8000m的钻井。超深井钻井主要应用于两个方面：一是在石油地质普查方面，对地层深部的油气藏进行钻探，或是为油田地质进行标准地层的钻探；二是为国家或国际合作的地球科学研究计划而进行的地壳构造科学深钻。超深井的钻井技术难点有：设备功率强大，要有强力的起重提升系统、高压强力钻井泵和高强度钻杆；要有优质耐用在超深地层内能有效破碎岩石的钻头；要有耐高温的优质钻井泥浆和固井水泥；以及高强度的电缆等。执行超深井计划需要有发达的科学技术水平。因此，我们要不断学习新知识，时刻关注国内外钻探技术的发展趋势，在学习和实践中要有创新精神，为行业发展做出自己的贡献。

 

  2.试述提高硬岩钻进效率的技术措施。

 

  答：在硬岩钻进时，一般采用的是金刚石钻进和钻粒钻进，硬质合金不能钻进坚硬、强研磨性岩石，它主要用于钻进1~7级及部分8级岩石。要提高硬岩的钻进效率除要根据一定的地质条件选用合理的钻进设备（合适的钻机类型和钻头钻具组合）外，还要注意钻压、转速和冲洗液量三个钻进参量的合理控制。

 

  拿金刚石钻钻进来说，金刚石钻头可以分为表镶金刚石钻头和孕镶金刚石钻头，它们主要依靠坚硬耐磨的金刚石切削齿来破磨和铣削岩石，适用于坚硬地层。其特点和碎岩机理决定了它们必须采用以高转速为主体的钻进规程。特别是孕镶钻头，由于粒度小，切入量有限，要获得有效的钻进速度必须依靠钻头的高转速。同时，考虑到金刚石性质较脆和不耐高温等特点，必须配合适当的钻压和足够的冲洗液量，保持井底干净，及时清洗、冷却和润滑切削齿，防止钻头泥包、切削齿破碎与热损坏，才能更好地发挥金刚石钻头的作用，从而提高硬岩的钻进效率。

 

  3.试述定向钻进的应用领域并给出实现造斜钻进的技术手段（即如何造斜）。

 

  答：定向井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。 定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。

 

  （一）定向井的应用

 

  （1）地面限制。油田埋藏在高山、城镇、森林、沼泽、海洋、湖泊、河流等地貌复杂的地下，或井场设置和搬家安装碰到障碍时，通常在他们附近钻定向井。

 

  （2）地下地质条件要求。用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等，常采用定向井。

 

  （3）钻井技术需要。遇到井下事故无法处理或不易处理时，常采用定向井技术。如：掉钻头、断钻具、卡钻等。

 

  （4）经济有效的勘探开发油气藏的需要。

 

  ⅰ）原井钻探落空，或钻通油水边界和气顶时，可在原井眼内侧钻定向井。

 

  ⅱ）遇多层系或断层断开的油气藏，可用一口定向井钻穿多组油气层。

 

  ⅲ）对于裂缝性油气藏可钻水平井穿遇更多裂缝、低渗透性地层、薄油层都可钻水平井，提高单井产量和采收率。

 

  ⅳ）在高寒、沙漠、海洋等地区，可用丛式井开采油气。

 

  （二）如何造斜  如何造斜是定向钻井的关键问题之一。钻井过程中，可利用地层的自然条件造斜，但这种造斜能力有限，而且有时方向会与设计的不一致。因此，要使井眼真正按照预定轨迹延伸，还需要专门的造斜工具和方法。从现在钻井工程中应用的定向钻进技术手段来看，有以下几种方法：

 

  （1）钻具组合。在常规钻具适当增加一些部件，如稳定器、万向节、钻铤、支撑钻头等，就可以起到增斜、减斜或保直的作用。使用钻具组合进行定向钻进时，操作方便，孔径不变，孔深平滑，无需花费专门时间完成定向及造斜工序，机械钻速不会明显降低。

 

  （2）造斜楔。这种方法比较费时费事，一般不常采用。

 

  （3）连续造斜器。这是一种较新的造斜工具，可以在钻进过程中连续造斜，节省了下楔时间和工序，用它钻进，孔深为平滑弧线，孔径不变。

 

  （4）井底动力配合造斜件。在石油钻井中，应用井底动力造斜钻具比较广泛。井底动力装置有螺杆钻、螺轮钻等。这种方法不但操作简单，定向方便，而且连续造斜，孔径不变，孔身平滑。特别是随钻测量技术进入实用状态后，井底动力钻进的技术水平得到了进一步提高。