中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

科学钻探是获取地球内部信息的最直接和最重要手段,在解决“向地球深部进军”战略科技问题上起着无可替代的作用。本文简要回顾国内外大陆科学钻探的发展历程和深钻的发展现状,分析大陆科学深钻发展特点与态势;围绕中国大陆科学深钻,梳理其关键科学技术问题、面临的挑战与机遇;在此基础上提出中国大陆科学深钻发展的目标、优先发展方向与发展途径建议。大陆科学深钻能够为地球动力学过程、地质灾害、地质资源和环境变化等全球关注的地球科学前沿问题提供独特的研究途径,但是其实施深度又受超高温和超高压等恶劣井眼环境的制约;现代科学技术的进步有力促进了大陆科学深钻中各项技术的发展,为超深井和特深井科学钻探提供重要支撑。中国大陆科学深钻应以9000~15000 m特深井为目标,注重“超深”“深时”和“深观”等领域的科学问题,优先发展地球深部构造、深部生命、深时气候和深部资源探测等方向,研究超深物质、动力学过程和岩石物理等实验技术,研发超高温超高压环境下的钻井、测井和长期观测等技术与装备,促使我国深地探测能力和水平实现一次飞跃。

松辽盆地科学钻探工程松科2井东孔测井设计

松辽盆地资源与环境深部钻探工程计划实施两井四孔,其中松科2井东孔是钻探的主体钻孔,设计井深为6 400m,拟穿透白垩纪地层。松科2井东孔的实施对于开展白垩纪沉积环境和气候研究、实现油气勘探新突破、提升深部钻探技术和复杂井况的测井技术水平等具有重要意义。围绕钻探的科学目标和任务,结合松科2井东孔钻井工程设计及井况特点,开展了测井设计。提出松科2井东孔拟采用先进的测井仪器设备采集测井数据,设计的测井方法系列包括裸眼井综合测井和套管井固井质量检查测井2大类。根据钻井开次和钻进计划情况,设计了8次裸眼井综合测井和5次套管井固井质量检查测井。不同钻井开次的裸眼井综合测井项目有所不同;考虑到井深4 500m以下高温测井的挑战性,设计了必测项目和选测项目。总之,松科2井东孔测井设计既力求取全取准各项测井资料,又体现了应对复杂井况的灵活性,有利于松辽盆地资源与环境深部钻探科学目标的顺利实现。

松辽盆地科学钻探工程松科二井东孔上白垩统地球物理测井科学成果

松辽盆地科学钻探工程是围绕地球深部资源、古环境与古气候等一系列重要地球科学问题而实施的重大科学工程。作为该工程的主体钻孔,松科二井东孔设计为松辽盆地最深钻孔,设计深度6 400.0 m,计划穿透白垩系地层、钻至盆地基底。由于上白垩统井段取心量非常少,因此地球物理测井的作用尤为重要。该孔正式开钻后,采用先进的成像测井设备对一开和二开钻井井段(上白垩统井段)先后实施4次裸眼井综合测井和套管井测井作业,并系统地开展测井综合评价,取得以下科学成果:(1)原位获取了常规测井、特殊测井和固井质量检查测井资料共20种,资料丰富、质量优良,建立了上白垩统连续的岩石物理参数标准剖面;(2)完成了上白垩统地层划分、岩性识别、沉积和构造精细解释;(3)识别出泉头组油气储层、嫩江组和青山口组烃源岩层、嫩江组高放射性异常层,以及上白垩统地热开发潜力层;(4)探索了青山口组古气候分析的有利测井指标;(5)及时提供准确的井径、钻孔轨迹和固井质量等关键钻探工程信息。研究成果对于松辽盆地地球物理勘探科学"标尺"建立、古环境与古气候研究、钻探工程施工起到至关重要的作用,为整个钻探工程科学目标的实现奠定良好基础。

德国大陆科学钻探计划的测井成就

德国大陆科学钻探计划（ＫＴＢ）经过８年多的努力，钻探了先导孔（ＶＢ）和主孔（ＨＢ）两口举世瞩目的科学钻孔。地球物理测井技术在这个计划中起到了不可忽视的作用，本文简要介绍了在德国大陆科学钻探计划（ＫＴＢ）实施过程中，地球物理测井所取得的主要成就。

中国大陆科学钻探工程主孔100～2000m岩心自然伽马测量及其地质意义

中国大陆科学钻探工程使用石油大学研制的岩心地面伽马测量仪对主孔2000m岩心进行了连续测量,并记录峰、谷的伽马值及其对应的岩性、构造和矿化等特征。通过系统测量,建立了主孔2000m自然伽马值剖面,发现榴辉岩具有较低的伽马值,并从榴辉岩→角闪岩→花岗片麻岩,伽马值逐渐增大。伽马值与变质岩的岩性具有明显的对应关系。并从放射性元素U、Th和K含量的角度来看岩石中放射性元素的变化规律,探讨这些元素变化的成因,指出变质基(中)性岩原岩反映的岩浆岩成因,不同于变质泥质沉积岩;岩石高Th/U比值与岩石曾经经历了近地表环境有关。主孔深变质岩自然伽马测量的系统研究对主孔岩心深度归位、探讨岩石成因和区域岩石圈热状态和大地构造演化具有重要的作用。

松辽盆地科学钻探工程松科2井东孔岩心空间归位

松辽盆地资源与环境深部钻探工程计划通过两井四孔的连续取心,获得国际上第一个连续的白垩纪陆相沉积记录。作为该项工程的主体钻孔,松科2井东孔采用非定向取心技术钻取营城组至火石岭组的连续岩心;为满足更高精度科学研究的要求,需要获取松科2井东孔岩心的准确深度与方位信息。基于电成像测井图像与岩心扫描图像上的4种典型特征,利用成像-岩心扫描图像综合处理软件开展岩心空间归位工作,完成了松科2井东孔三开中途完井井段的岩心空间归位工作;对归位结果进行了质量评级。结果表明,归位质量等级在AA和AB的岩心占半数以上;粗砂岩、砾岩及火成岩等层段岩心的深度归位比较准确;泥岩、泥质粉砂岩等层段岩心方向定位效果较好。岩心校正深度误差整体上随钻井深度的增加而增加,符合实际规律。岩心空间归位结果为下一步的地质分析及科学研究奠定了基础。

KTB地球物理测井的组织管理

德国大陆科学钻探计划（KTB）是一项庞大的科学工程，钻探了世界上第二口大陆趋深孔。在这宏大的计划当中，地球物理测井技术发挥了其独特的作用。系统地介绍了在KTB运作过程中地球物理测井的组织、管理及运行体制。