深孔岩心钻探问题探讨_张培丰VIP专享VIP免费

收稿日期:2011-01-07作者简介:张培丰(1965-),男(汉族),安徽太和人,北京探矿工程研究所教授级高级工程师,地质工程专业,博士,从事科学钻探、钻探工艺与取样技术研究工作,北京市海淀区学院路29号探工楼404,zhangpf@ccsd.cn。深孔岩心钻探问题探讨张培丰(北京探矿工程研究所,北京100083)摘要:深孔岩心钻探的核心问题是孔壁稳定,其钻前预测涉及地层孔隙压力、地层应力、地层坍塌压力和破裂压力,是实现深孔岩心钻探优质、安全、高效和低成本的关键,决定着孔身结构、套管程序与套管强度、钻井液密度与流变性能的设计。以孔壁稳定为基础,从孔身结构和套管程序、钻具组合、钻探设备方面论述深孔岩心钻探存在的问题,并提出具体的改进建议。关键词:深孔岩心钻探;孔壁稳定;钻具组合;钻探设备中图分类号:P634文献标识码:A文章编号:1672-7428(2011)08-0006-06AnalysisonDeep-holeGeologicalCoreDrilling/ZHANGPei-feng(BeijingInstituteofExplorationEngineering,Be-ijing100083,China)Abstract:Thehole-wallstabilityisoneofthefocusesofdeep-holegeologicalcoredrilling.Theaccuratepredictionofformationporepressure,in-situstressstate,formationcollapsespressureandfracturepressurebeforedrillingarevitaltoconductquality,safe,efficientandlow-costdrilling.Thesearethedesignbasisofthehole-wallstructure,casingprogramandstrength,densityandrheologicalpropertiesofdrillingfluids.Basedonthehole-wallstability,discussionismadeontheexistingproblemsofhole-wallstructure,casingprogram,drillingtoolassembly,drillingequipmentindeep-holegeologicalcoredrillingandsuggestionsareputforwardfortheimprovement.Keywords:deep-holegeologicalcoredrilling;hole-wallstability;drillingtoolassembly;drillingequipment深孔岩心钻探与传统岩心钻探的区别不仅仅体现在孔深的增加,更体现在钻孔难度和单位钻进成本的增加,这就决定着钻探工程技术人员必须转变传统的钻探观念,确立以钻孔安全为核心的岩心钻探观,孔身结构的设计和钻进工艺的选择必须以孔壁稳定为前提。对于岩心钻探来说,孔壁稳定是一个全新的课题,其钻前预测涉及地层孔隙压力、地层应力、地层坍塌压力和破裂压力,是地质构造、岩石物性、地球物理、地球化学、孔内测井和钻探工艺等众多学科的综合研究,是实现深孔岩心钻探优质、安全、高效和低成本的关键,决定着孔身结构、套管程序与套管强度、钻井液密度与流变性能的设计,以及钻进工艺和钻探设备的选择。本文以孔壁稳定为基础,从孔身结构和套管程序、钻具组合、钻探设备方面论述深孔岩心钻探存在的问题,并提出具体的改进建议。1孔壁稳定孔壁稳定问题包括钻进过程中的孔壁坍塌或缩径、地层破裂或压裂两种基本类型,是所有钻探工程所遇到的普遍性问题。井喷、井漏、脆性地层的坍塌、塑性地层的缩径、粘弹性地层的变形、钻具的粘附卡钻、固井不返水泥浆等许多孔内问题都是由于没有掌握井壁稳定状况,导致措施失误而引起的。在浅层岩心钻探过程中,孔壁稳定问题一直没有引起足够的重视,如某项目钻探施工中连续发生3口钻孔的套管事故,其主要原因是没有掌握该地区的孔壁失稳规律。对于深孔岩心钻探,孔壁稳定问题必须引起足够的重视,做好钻前预测,否则必将造成更巨大的经济损失。造成孔壁失稳的因素很多,概况起来包括地质因素和工程因素两个方面。地质因素主要有:地质构造类型和原地应力的大小、地层的岩性和产状、含粘土矿物的类型、地层强度、裂隙节理的发育情况、孔隙度、渗透性以及孔隙中的流体压力等。工程因素主要包括:钻井液的性能(失水、粘度、流变性、密度)、钻井液的成分与地层岩石化学作用的强弱(水化、膨胀作用)、孔径大小、孔眼裸露时间、钻井液的环空返速、循环动压力和起下钻的波动压力等。孔壁失稳的实质是孔壁岩石所受的应力超过它在孔眼状态下的强度。当孔内钻井液柱压力过低时,孔壁围岩应力超过该处岩石的剪切强度,孔壁岩6探矿工程(岩土钻掘工程)2011年第38卷第8期石发生破坏,对于脆性岩石孔壁发生崩落现象,对于塑性岩石孔壁发生缩径;当孔内钻井液密度过大使岩石...