页岩气基础地质调查钻井技术研究进展及展望

【研究目的】近年来,中国地质调查局部署实施了173口页岩气勘查井,完成31万余米进尺,重点开展长江经济带页岩气调查科技攻坚战,取得了震旦系、寒武系和志留系页岩气调查的重大突破和二叠系页岩气调查重要发现,开辟了页岩气勘查的新区、新层系、新类型和新认识。基础地质调查井作为油气发现的重要手段,可实现全井段取心,具有成本低、周期短等特点,一般部署在邻井资料缺乏的勘探空白区。【研究方法】为了给页岩气调查提供钻井工程方面的技术支持,本文梳理了十年来中国地质调查局部署实施的钻井工程,对取得的一系列钻井技术进行了分类和归纳整理。【研究结果】总结了一整套在地质钻探装备与技术基础上创新发展的高效页岩气钻井装备与技术体系:(1)形成了页岩气地质调查井地面装备,包括适应于页岩气井井控安全的改进型立轴钻机、符合绿色勘探要求的钻井液固控循环系统等;(2)高效取心工具及钻进工艺,重点介绍了大直径绳索取心钻具、KT系列取心钻具等取心钻具,倒塔式钻具组合工艺、空气跟管技术等钻进工艺等;(3)阐述了高效取心钻头研究进展,包括异形齿PDC钻头、孕镶块钻头、孕镶金刚石钻头等3类钻头及其应用效果;(4)简要论述了安全钻井技术及复杂处理进展,介绍了页岩气勘探钻井液技术、控压钻进技术以及失返、卡钻等钻井复杂处理。此外,围绕新区新层系页岩气勘探特点,给出下一步开展页岩气钻井技术研究的方向。【结论】通过综述上述研究进展,可为页岩气勘探钻井工程设计和施工提供有益参考。

环境科学钻探取样技术研究

为了给环境科学研究提供地下的真实原状样品,研究了具有国际先进水平的射流式取样技术、液压快速压入取样技术以及环保型钻井液。在新疆罗布泊、吐鲁番和北京周口店等地进行钻探实验,实验结果表明:射流式取心技术在采心过程中能有效地减少钻具的振动,防止岩心自磨,提高卡取岩心的可靠性,从而显著地提高岩心的采取率;液压快速压入取样技术适用于松散地层,能快速压入地层,土心采取率高,并且土心样品的原始结构完整、代表性强;环保型钻井液具有优良的综合性能,低滤失性、强抑制性和优良的润滑性,能有效保护孔壁的稳定性和松散岩心的完整性,起到既护壁又护心的作用,同时对环境无污染。

环保型高效润滑剂(Glub)的研制与应用

润滑剂在地质调查岩心钻探和石油天然气钻探中用量日益增加,而目前的润滑剂仍在使用有毒性的矿物油材料(如柴油等)作基础原料,必然会被日益严格的环境保护要求所限制。阐述了一种新型的、符合环保要求的高效润滑剂(G lub)。室内性能评价和现场应用表明:G lub具有优良的润滑性能,可以均匀地分散于钻井液中,形成致密的油膜,显著降低摩擦系数和扭矩,满足钻探施工要求。

难钻进地层用新型钻头、钻具及泥浆的研究

阐述了难钻进地层用新型金刚石钻头的结构、制造特点,射流式钻具的原理、类型,以及防塌型稀释剂的作用机理。

南华北盆地亳州—阜阳地区页岩气钻井技术

为寻求南华北盆地安徽北部地区油气资源勘查的突破,在亳州、阜阳一带部署了多口勘探井。针对皖亳参1井中古生界地层可钻性差、取心易堵及取心难度大等难点,采用配置双扶正器取心筒、调节岩心爪间隙、优选PDC钻头以及优化取心参数等方法,高效完成230 m破碎层取心,收获率达96.89%;针对皖太参1井二开长裸眼井段发生失返性漏失、卡钻等井下复杂,采用多种堵漏配方堵漏,以及复合震击-卡点爆炸-套铣等一系列工序成功解卡。通过多口井的技术实践,形成了一套适宜于亳州—阜阳地区页岩气调查井的高效取心技术和复杂处理方法,为下一步该地区同类井钻井施工提供借鉴。

裂缝性地层漏失机理及堵漏材料新进展

重点从裂缝性地层漏失机理,堵漏剂种类、配方、工艺等方面综述了近三年的最新研究成果。此外,还介绍了井眼强化等井漏预防工程技术方法、漏层确定方法的优缺点等。最后给出了一些建议,为以后油气钻井堵漏作业提供借鉴。

ICDP湖泊科学钻探进展

气候变化与全球环境是地学界的热点之一。最能反映全球或局部气候变化与环境的高分辨率沉积记录大多保存在大陆内部的湖相沉积中,特别是具有较长寿命的湖相沉积中。因此,湖泊环境科学及湖泊环境科学钻探作为开展此类研究最为直接的技术手段,一直以来都受到国内外学术界的高度关注。在介绍湖泊科学钻探技术难点的基础上,以国际大陆科学钻探计划(ICDP)资助的已完成的12个湖泊钻探项目为例,对2000年以来ICDP在气候变化与全球环境研究领域的重要进展进行了综述,并对未来的主要湖泊科学钻探计划进行了简要的概述。

草原浅覆盖区浅钻取样技术的研究与应用

为实现草原浅覆盖区快速揭露,并最大限度减少对环境的破坏,采用浅层钻探取样技术揭穿第四系,采取残坡积层及基岩层样品,用于浅钻金属矿产地球化学勘查、浅覆盖区地球化学立体填图及代替槽探的工作中。研究了干旱半干旱草原浅覆盖区浅钻取样技术方法组合。该方法在花敖包特铅锌矿及东乌旗地区的应用表明,通过灵活合理地调整钻探装备及钻进工艺方法,可以顺利地采取目的层样品。

三维地质建模应用于以钻代槽的方法研究

随着生态文明建设的进一步加强,绿色勘查理念的进一步深入,通过浅钻代替槽探在基础地质调查、矿产调查的应用中得到了进一步推广。在以钻代槽方法研究中,为了更为直观的用钻孔信息模拟槽探揭示地质体(矿体)的三维结构,研究了基于钻孔数据的三维地质建模方法,认为浅钻揭露的垂向地质体信息更丰富,基于钻孔,结合专家干预,可快速构建钻孔控制区域的三维地质模型,形象、直观、易用。同时,通过模型构建可以用来指导浅钻布孔。

公益性陆域油气地质调查钻探工程技术进展与攻关建议

公益性陆域油气地质调查主要针对“新区、新层系、新类型、新领域”开展基础性、公益性、战略性工作。近年来,通过部署多项油气地质调查科技攻坚战,取得了一批重要地质发现及页岩油气突破,为国家能源安全保障做出了应有贡献。但“新区、新层系、新类型、新领域”的陆域油气地质调查工作区具有复杂构造区多、工作程度低、工程实践少、资料相对缺乏的特点,导致钻探工程面临复杂故障预见性差、安全风险高、地质目的实现难度大等挑战。结合近年来油气地质调查钻探工程实践,对公益性陆域油气地质调查钻探工程总体现状、难点挑战、技术进展进行了阐述,从安全环保、取全取准各项地质资料、提速降本等角度,提出了技术攻关建议,以期对公益性陆域油气地质调查钻探工程的发展和进步起到一定推动作用。

浅钻技术在宁夏青铜峡地区地质填图中的应用研究

通过在宁夏青铜峡地区的浅层取样钻探填图示范,介绍了浅层取样钻探设备和多种工艺方法在该地区的应用情况,总结了钻探填图遇到的问题并提出了解决方案。结合三维地质调查对钻探技术的具体要求,通过示范推广轻便浅层取样钻机具与工艺方法,使浅钻技术在浅覆盖区地质填图领域中得到应用。本文研究了适合该地区地质填图的钻探技术方法组合及钻探设备和取样器具。浅钻作为地质填图的一种技术方法可以有效地揭露覆盖层,获取基岩,提高了地质填图效率和精度,解决了制约覆盖区地质填图的技术难点,为浅覆盖区的地质填图工作提供可靠的钻探技术服务支撑。

以钻代槽勘查技术方法与应用研究

鉴于槽探施工技术在浅覆盖区找矿应用中的局限性,开展了浅钻技术代替槽探的理论方法研究。通过在槽探拟施工区域,根据产状或覆盖层情况,布置间距小于5m的钻孔,获取基岩,来完成对矿体的评价。形成了以钻代槽勘查技术方法体系,并应用于不同的地质景观区。同时,还总结出以钻代槽勘查技术方法的操作要点,为地质调查和矿产资源勘查提供技术支撑。

国内外泥浆材料的现状及发展趋势

系统介绍了泥浆材料的现状及发展趋势 ,重点叙述了水基泥浆、油基泥浆及合成基泥浆这

钻井液技术展望

介绍了水基钻井液、油基钻井液和合成基钻井液的特点及发展趋势。

海南戈枕成矿带峨麻岭矿区以钻代槽勘查技术

针对槽探施工面临的环境破坏及深度局限性问题,本文提出了以钻代槽技术新方法,并在海南峨麻岭矿区进行试验。通过在槽探拟施工区域,根据产状或覆盖层情况,布置间距小于10m的钻孔,获取基岩,来完成对矿体的评价。结果表明,获取的岩石样品资料可以很好地与槽探实物资料相吻合,证实了以钻代槽勘查技术方法是可行的,有效的。

新型钻井液用广谱护壁剂（GSP）的研究

ＧＳＰ系采用多种组份经特殊工艺化学合成的钻井液用防塌降失水剂。探讨了ＧＳＰ的合成及其作用机理。经测试和应用表明：ＧＳＰ高效多能，集降失水、防塌、润滑于一体，同时还兼有良好的保护油气层功能，使用简便，技术经济效益显著．

地质岩心钻探现场泥浆专家系统设计

根据当前地质岩心钻探泥浆使用的技术要求,讨论了满足现场使用的泥浆专家系统的设计方法。建立了以地层分类为基础、以工程实例为依据的泥浆配方推导模式。构建了专用于本系统的地层信息数据库、配方实例数据库以及材料信息数据库等。可根据现场施工钻遇的不同地层,通过本软件迅速查询相应的工程实例配方和使用经验。同时,还可以查询相应泥浆材料的介绍、推荐加量、生产厂商等信息,以便更好地满足施工现场的需求。

云南漕涧锡矿矿区以钻代槽勘查技术研究

为解决槽、井探等传统地表揭露手段自身局限性问题及减少对环境的破坏,采用浅钻揭露浅部矿体以及地表土层厚度,用于覆盖层地质填图中,控制基岩岩性和地质界线,研究地质构造,查明矿体形态,同时对岩芯(样)进行化学分析采样,构建以钻代槽勘查技术方法理论体系。该方法在云南漕涧锡矿的应用表明:通过合理布孔,能在勘探过程中主动、灵活、准确地对层状、面状地质构造进行控制,从而达到掌握层状、面状地质构造产状目的,同时对形态不规则、复杂多变地质体能够有效的控制其产出形态、空间形态。在特殊地质背景下,浅钻除了代替槽探的作用,同时取代了浅井的部分作用。