現代鉆探技術(shù)的應用與發(fā)展

  1. 試述鉆探工程的應用領(lǐng)域并展望其發(fā)展趨勢。

 

  答：鉆探工程是用一定的工具，在地殼內按著(zhù)一定的工藝破碎巖石的整個(gè)過(guò)程，這項工程的結果即地殼內的鉆孔。它本身是一門(mén)應用性非常強的綜合性技術(shù)。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，鉆探工程技術(shù)也得以迅速的提高和發(fā)展，應用鉆探工程的范圍也越來(lái)越廣泛。

 

  （一）應用領(lǐng)域

 

  (1)普查找礦鉆探。在普查找礦工作中，為了探察表土層下基巖的性質(zhì)、產(chǎn)狀，了解地層，探明地質(zhì)構造，驗證物探資料而進(jìn)行的鉆探。在普查找礦中應用的鉆探一般為取樣鉆探或輕便的淺孔鉆探。

 

  (2)礦產(chǎn)勘探鉆探。隨著(zhù)勘探階段的加深，對一個(gè)礦區需要進(jìn)一步了解其地質(zhì)構造，礦層的埋藏深度、存在的產(chǎn)狀及礦層的品位，獲得有用礦產(chǎn)的儲量并圈定其分布的范圍，有必要按著(zhù)一定的勘探線(xiàn)、勘探網(wǎng)進(jìn)行鉆探。礦產(chǎn)勘探鉆探布置的孔相對比較集中，且用較大型鉆探設備進(jìn)行鉆探工作。

 

  (3)水文地質(zhì)鉆探。為找水和探明地下水賦存規律、水質(zhì)、水量以及其運動(dòng)情況而進(jìn)行的鉆探。一般水文地質(zhì)鉆探孔多為探、采結合的鉆孔，即在達到勘探任務(wù)后，下管成井，鉆孔作為供水井用。

 

  (4)工程地質(zhì)鉆探。為探明某些建筑工程的地下基礎及地基的承載能力而進(jìn)行的鉆探。如查明高層、大型建筑、港口、水庫的地基基礎或查明路基、壩基、橋基等。

 

  (5)石油、天然氣鉆探。為勘探石油、天然氣等礦層而進(jìn)行的鉆探。一般井深較大，大概在2000~4000m左右，而有的超深井甚至超過(guò)10000m。

 

  （二）國內外破巖方法研究方向及發(fā)展趨勢

 

  隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鉆探技術(shù)也出現了迅猛發(fā)展，國內外出現了：

 

  （1）鉆眼爆破方法，這是常用方法。

 

  （2）機械破巖方法。如平巷掘進(jìn)機、盾構機、立井鉆井機、反井鉆機等都屬于此類(lèi)。

 

  （3）水力破巖方法。

 

  （4）熱熔碎巖技術(shù)。采用各種辦法將巖石加熱，使巖體內形成比較高的溫度梯度，利用巖石各組分的不同熱膨脹系數，形成熱應力，使巖體剝落，達到破巖目的。巖石中含石英越多越適宜這種方法。

 

  （5）隨鉆測量技術(shù)。

 

  （6）深井超深井鉆探技術(shù)、定向鉆進(jìn)技術(shù)。

 

  （7）非開(kāi)挖鉆進(jìn)技術(shù)。

 

  就超深井鉆探技術(shù)來(lái)說(shuō)，現階段超深井一般是指井(孔)深超過(guò)6000~8000m的鉆井。超深井鉆井主要應用于兩個(gè)方面：一是在石油地質(zhì)普查方面，對地層深部的油氣藏進(jìn)行鉆探，或是為油田地質(zhì)進(jìn)行標準地層的鉆探；二是為國家或國際合作的地球科學(xué)研究計劃而進(jìn)行的地殼構造科學(xué)深鉆。超深井的鉆井技術(shù)難點(diǎn)有：設備功率強大，要有強力的起重提升系統、高壓強力鉆井泵和高強度鉆桿；要有優(yōu)質(zhì)耐用在超深地層內能有效破碎巖石的鉆頭；要有耐高溫的優(yōu)質(zhì)鉆井泥漿和固井水泥；以及高強度的電纜等。執行超深井計劃需要有發(fā)達的科學(xué)技術(shù)水平。因此，我們要不斷學(xué)習新知識，時(shí)刻關(guān)注國內外鉆探技術(shù)的發(fā)展趨勢，在學(xué)習和實(shí)踐中要有創(chuàng )新精神，為行業(yè)發(fā)展做出自己的貢獻。

 

  2.試述提高硬巖鉆進(jìn)效率的技術(shù)措施。

 

  答：在硬巖鉆進(jìn)時(shí)，一般采用的是金剛石鉆進(jìn)和鉆粒鉆進(jìn)，硬質(zhì)合金不能鉆進(jìn)堅硬、強研磨性巖石，它主要用于鉆進(jìn)1~7級及部分8級巖石。要提高硬巖的鉆進(jìn)效率除要根據一定的地質(zhì)條件選用合理的鉆進(jìn)設備（合適的鉆機類(lèi)型和鉆頭鉆具組合）外，還要注意鉆壓、轉速和沖洗液量三個(gè)鉆進(jìn)參量的合理控制。

 

  拿金剛石鉆鉆進(jìn)來(lái)說(shuō)，金剛石鉆頭可以分為表鑲金剛石鉆頭和孕鑲金剛石鉆頭，它們主要依靠堅硬耐磨的金剛石切削齒來(lái)破磨和銑削巖石，適用于堅硬地層。其特點(diǎn)和碎巖機理決定了它們必須采用以高轉速為主體的鉆進(jìn)規程。特別是孕鑲鉆頭，由于粒度小，切入量有限，要獲得有效的鉆進(jìn)速度必須依靠鉆頭的高轉速。同時(shí)，考慮到金剛石性質(zhì)較脆和不耐高溫等特點(diǎn)，必須配合適當的鉆壓和足夠的沖洗液量，保持井底干凈，及時(shí)清洗、冷卻和潤滑切削齒，防止鉆頭泥包、切削齒破碎與熱損壞，才能更好地發(fā)揮金剛石鉆頭的作用，從而提高硬巖的鉆進(jìn)效率。

 

  3.試述定向鉆進(jìn)的應用領(lǐng)域并給出實(shí)現造斜鉆進(jìn)的技術(shù)手段（即如何造斜）。

 

  答：定向井就是使井身沿著(zhù)預先設計的井斜和方位鉆達目的層的鉆井方法。 定向井技術(shù)是當今世界石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，它是由特殊井下工具、測量?jì)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著(zhù)特定方向鉆達地下預定目標的鉆井工藝技術(shù)。采用定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟、有效的開(kāi)發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護自然環(huán)境，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

 

  （一）定向井的應用

 

  （1）地面限制。油田埋藏在高山、城鎮、森林、沼澤、海洋、湖泊、河流等地貌復雜的地下，或井場(chǎng)設置和搬家安裝碰到障礙時(shí)，通常在他們附近鉆定向井。

 

  （2）地下地質(zhì)條件要求。用直井難以穿過(guò)的復雜層、鹽丘和斷層等，常采用定向井。

 

  （3）鉆井技術(shù)需要。遇到井下事故無(wú)法處理或不易處理時(shí)，常采用定向井技術(shù)。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。

 

  （4）經(jīng)濟有效的勘探開(kāi)發(fā)油氣藏的需要。

 

  ?。┰@探落空，或鉆通油水邊界和氣頂時(shí)，可在原井眼內側鉆定向井。

 

  ⅱ）遇多層系或斷層斷開(kāi)的油氣藏，可用一口定向井鉆穿多組油氣層。

 

  ⅲ）對于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井，提高單井產(chǎn)量和采收率。

 

  ⅳ）在高寒、沙漠、海洋等地區，可用叢式井開(kāi)采油氣。

 

  （二）如何造斜  如何造斜是定向鉆井的關(guān)鍵問(wèn)題之一。鉆井過(guò)程中，可利用地層的自然條件造斜，但這種造斜能力有限，而且有時(shí)方向會(huì )與設計的不一致。因此，要使井眼真正按照預定軌跡延伸，還需要專(zhuān)門(mén)的造斜工具和方法。從現在鉆井工程中應用的定向鉆進(jìn)技術(shù)手段來(lái)看，有以下幾種方法：

 

  （1）鉆具組合。在常規鉆具適當增加一些部件，如穩定器、萬(wàn)向節、鉆鋌、支撐鉆頭等，就可以起到增斜、減斜或保直的作用。使用鉆具組合進(jìn)行定向鉆進(jìn)時(shí)，操作方便，孔徑不變，孔深平滑，無(wú)需花費專(zhuān)門(mén)時(shí)間完成定向及造斜工序，機械鉆速不會(huì )明顯降低。

 

  （2）造斜楔。這種方法比較費時(shí)費事，一般不常采用。

 

  （3）連續造斜器。這是一種較新的造斜工具，可以在鉆進(jìn)過(guò)程中連續造斜，節省了下楔時(shí)間和工序，用它鉆進(jìn)，孔深為平滑弧線(xiàn)，孔徑不變。

 

  （4）井底動(dòng)力配合造斜件。在石油鉆井中，應用井底動(dòng)力造斜鉆具比較廣泛。井底動(dòng)力裝置有螺桿鉆、螺輪鉆等。這種方法不但操作簡(jiǎn)單，定向方便，而且連續造斜，孔徑不變，孔身平滑。特別是隨鉆測量技術(shù)進(jìn)入實(shí)用狀態(tài)后，井底動(dòng)力鉆進(jìn)的技術(shù)水平得到了進(jìn)一步提高。