深部地质钻探钻井液使用的认识与思考.pptx
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1、20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所一、一、引言引言二、二、深部地质钻探存在深部地质钻探存在 的问题与认识的问题与认识三、三、冲洗液技术取得的冲洗液技术取得的 成果与应用成果与应用四、结论四、结论1深部地质钻探冲洗液技术的认识与实践深部地质钻探冲洗液技术的认识与实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所2 20062006年年20102010年,年度钻探工作量分别为年,年度钻探工作量分别为865.01865.01万米、万米、11601160万米、万米、15551555万米、万米、1720.51720.5万米及万米及20982098万米。万米。钻探深度屡屡被刷新,从
2、钻探深度屡屡被刷新,从20102010年安徽年安徽313313队队完成完成2706.682706.68米全国最深钻孔以来,已米全国最深钻孔以来,已有有多个多个3000m3000m以上的钻孔以上的钻孔完钻或正在施工,目前最深记录完钻或正在施工,目前最深记录已达到已达到36003600多米。多米。工作量飞跃发展,深度屡创新高工作量飞跃发展,深度屡创新高一、引一、引 言言20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所3 1.1.“国家深部探测计划国家深部探测计划”已经实施,有大量的深孔已经实施,有大量的深孔施工项目,正在规划的超万米科学钻探项目。施工项目,正在规划的超万米科学钻探项目。2.2.
3、世界上最深的金矿钻孔是由加拿大一公司在南非世界上最深的金矿钻孔是由加拿大一公司在南非创造的,深度达到创造的,深度达到54245424米米;美国公司保持的钻美国公司保持的钻深纪录是深纪录是50715071米。米。3.3.机遇与挑战并存。大量深孔的出现,带来了施展机遇与挑战并存。大量深孔的出现,带来了施展技术的机会,同时也面临严峻的考验。技术的机会,同时也面临严峻的考验。更多深孔出现,面临机遇与挑战更多深孔出现,面临机遇与挑战一、引一、引 言言20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所4实实现现孔孔壁壁稳稳定定十十分分困困难难涌涌 水水、漏漏 失失坍坍 塌塌、掉掉 块块膨膨 胀胀 缩缩
4、径径电电解解质质污污染染 同同时时存存在在 交交替替出出现现2.12.1钻遇地层复杂多变,维护孔壁稳定加困难钻遇地层复杂多变,维护孔壁稳定加困难钻孔报废或达不到设计钻孔报废或达不到设计深度、成本急剧增加、施深度、成本急剧增加、施工效率低的情况屡见不鲜工效率低的情况屡见不鲜二、二、深部地质钻探深部地质钻探冲洗液冲洗液关键技术难题关键技术难题20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所5二、二、深部地质钻探深部地质钻探冲洗液冲洗液关键技术难题关键技术难题制约孔内复制约孔内复杂事故的处杂事故的处理和解决理和解决钻钻孔孔直直径径小小环环状状间间隙隙小小泥泥浆浆泵泵固固 控控 设设 备备2.22
5、.2孔内复杂问题的处理和解决受到孔内复杂问题的处理和解决受到众多条件众多条件制约制约参数可调范围小参数可调范围小粗颗粒材料上返困难粗颗粒材料上返困难无法泵送堵漏材料无法泵送堵漏材料固相控制困难固相控制困难20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所6影响绳索取影响绳索取心钻进的使心钻进的使用效果,甚用效果,甚至无法使用至无法使用高高 应应 力力 地地 层层强强水水敏敏性性地地层层坍坍塌塌掉掉块块地地层层2.32.3复杂地层对冲洗液的要求,复杂地层对冲洗液的要求,影响影响绳索取心技术使用绳索取心技术使用比比重重高高、固固相相含含量量高高、粘粘度度高高钻钻杆杆内内壁壁结结泥泥皮皮,环环空空
6、压压力力大大二、二、深部地质钻探深部地质钻探冲洗液冲洗液关键技术难题关键技术难题20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所7增加扭矩增加扭矩、增增加钻具磨损,加钻具磨损,易引起钻杆易引起钻杆折折断断等孔内事故等孔内事故2.42.4钻孔深度增加,斜孔大量出现,摩擦阻力显著增大钻孔深度增加,斜孔大量出现,摩擦阻力显著增大研究表明,摩擦阻力大小随钻研究表明,摩擦阻力大小随钻孔深度的增加而增加,斜孔的孔深度的增加而增加,斜孔的摩擦阻力增加更为突出摩擦阻力增加更为突出。二、二、深部地质钻探深部地质钻探冲洗液冲洗液关键技术难题关键技术难题20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所82.
7、62.6地质钻探现场试验手段落后,地质钻探现场试验手段落后,地层复杂多变,地层复杂多变,施工人员依地层变化配制和维护冲洗液性能十分困施工人员依地层变化配制和维护冲洗液性能十分困难。难。2.52.5 无无孔口节流等装置,处理孔内复杂情况效果差孔口节流等装置,处理孔内复杂情况效果差二、二、深部地质钻探深部地质钻探冲洗液冲洗液关键技术难题关键技术难题20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所3.13.1冲洗液冲洗液首先应满足孔壁稳定需要,当首先应满足孔壁稳定需要,当冲洗液冲洗液性性能与工艺方法相制约时,最好改变工艺方法能与工艺方法相制约时,最好改变工艺方法。三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认
8、识与使用的几点认识与实践实践9绳索取心钻探在易坍塌、掉块破碎地层、高地应力地层和强水敏性地层中的使用受到制约。在易坍塌、掉块的破碎地层或地应力较大的地层中钻进,由于孔壁稳定的需要,冲洗液的粘度和密度通常较高。冲洗液粘度越高,环空压力越大;粘度越高、密度越大,绳索取心钻杆内壁结泥皮越严重,直至无法使用。20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所10强水敏性地层,易膨胀缩径、分散造浆、粘附性强。一是由于地层膨胀缩径、粘附性强,绳钻钻杆较粗,极易发生抱钻、粘附卡钻事故,二是由于地层造浆增加泥浆的粘度和固相含量,引起钻杆内壁结泥皮而影响岩心管打捞。该类地层,如果冲洗液性能控制不好,风险很大。
9、冲洗液的设计与使用,应首先保证钻孔安全,在此基础上尽可能与工艺方法相适应。三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所3.23.2明确不同地层孔壁稳定机理,在此基础上设计明确不同地层孔壁稳定机理,在此基础上设计和灵活使用和灵活使用冲洗液冲洗液。11地地 应应 力力 高高孔孔隙隙压压力力高高缩缩径径、坍坍塌塌掉掉块块、涌涌水水(油油气气等等)提提高高冲冲洗洗液液 密密 度度加加 入入 加加重重 材材 料料孔孔隙隙压压力力低低冲冲洗洗液液漏漏失失降降低低冲冲洗洗液液 密密 度度降降低低固固相相充充 气气 等等压力地层压力平衡钻进调
10、整冲洗液密度三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所12水敏性地层强抑制性冲洗液优质聚合物、防油基、油基冲洗液避免大量自由水进入地层提高冲洗液的抑制性能吸附、交联及包被作用123降低泥浆滤失量加入K+或NH4+加入高分子聚合物封堵孔壁毛细管通加入沥青类或溶胀型处理剂4三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所研制了聚合物冲洗液研制了聚合物冲洗液1m1m3 3水水 +20+2030Kg30Kg钠膨润土钠膨润土+2+23Kg3Kg包被剂包被剂+5+57Kg7
11、Kg接枝接枝淀粉淀粉 +5+510Kg10Kg铵盐铵盐 +5+510Kg10Kg改性沥青改性沥青 +3+35Kg5Kg润滑剂润滑剂 性能:AV,15 mPa.s 漏斗粘度,24 s API FL,8 ml 相对膨胀降低率,80%岩屑回收率,91%粘附系数,0.0713三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所在在平山湖煤炭勘查项目中的应用平山湖煤炭勘查项目中的应用14三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所在天津王兰庄地热井施工中的应用解决斜井、造浆及砂
12、岩地层相关问题,起喷射钻井作用,提高钻进效率。15三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所16三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践新疆新疆尼勒克吉伦台尼勒克吉伦台-塘坝煤炭矿区塘坝煤炭矿区解决解决粘附粘附卡钻问题卡钻问题20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所体系名称表观粘度(mPa.s)漏斗粘度(s)滤失量(ml/30min)泥皮(mm)相对膨胀降低率(%)粘附系数成膜体系1732110.1760.071m3水+4-5Kg包被剂1020Kg接枝淀粉-2+30 50Kg成膜剂+1020K
13、g润滑剂(GLUB)适用于吸水易剥落及松散、破碎地层适用于吸水易剥落及松散、破碎地层17三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践研制了成膜冲洗液研制了成膜冲洗液20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所成膜冲洗液成膜冲洗液浸泡浸泡96h,又清水浸泡,又清水浸泡10分钟分钟18吉吉林林红红旗旗岭岭易易分分散散岩岩样样清水清水浸泡浸泡1分钟分钟三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所19松散破碎地层快速胶结和有效封堵松散、破 碎裂 缝常有地应力技术措施增加胶结、快速造壁;封堵裂缝,降低渗透。提高液
14、柱支撑力膨润土、低失水、坚韧泥皮封堵材料适当密度实现压力平衡松散破碎地层特点三、冲洗液三、冲洗液使用的几点认识与使用的几点认识与实践实践20121020北京探矿工程研究所北京探矿工程研究所LBMLBMGLAGLA冲洗液体系,冲洗液体系,在在汶川地震科学钻探(汶川地震科学钻探(WFSD-2WFSD-2)孔施工孔施工中取得较好应用中取得较好应用体系名称表观表观粘度粘度漏斗漏斗粘度粘度API FLAPI FLmlml膨膨 胀胀 降降低率低率%润滑润滑系数系数水水4 4LBM-1LBM-18 82020111177770.130.13水水4 4LBM-1LBM-12%GLA2%GLA7 720208
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