[01073634]复杂地层优快钻探关键技术与应用

该技术发明属于地质、矿产调査与评价和钻井工艺技术领域，涉及复杂地层(包括含天然气水合物地层、深部地层、地表缺水地区地层等)钻探前沿和关键共性技术。项目重点研发了复杂地层钻井液与固井液、新型钻进与固井工艺方法、高效碎岩与保真取心技术等，包括己授权国际专利9项、国家发明专利66项和实用新型专利42项、软件著作权4项，受理公示国家发明专利19项： (1)天然气水合物作为我国第173个矿种，其地层复杂性和钻探面临的挑战性远超常规固体矿产。厘清钻探工作液(钻井液、固井水泥浆)与水合物地层相互作用机理和规律并控制地层中水合物相变是实现水合物安全快速钻探和后续高效开发的关键，国外相关技术对我们处于垄断封锁状态。该技术发明创新研制了水合物工作液性能测试及其与地层相互作用模拟实验系统，建立了室内模拟工艺和评价方法，研发出了天然气水合物钻井液和固井液，为安全、髙质量实施天然气水合物钻探提供了技术保障。 (2)针对干旱地区地表无水、地下浅部漏水、深部有水的特点，以传统的“三大件”(钻机、泥浆泵、动力机)和硬质合金、金刚石钻进为基础，项目创新研发了利用孔底钻井液局部循环的非传统节水钻探机具与工艺，在几乎不消耗地表水的情况下实现正常钻进，为干旱缺水地区提供了一套高效、安全、低成本的新型节水钻探技术。 (3)针对深部坚硬致密岩石、硬脆碎岩石与砂卵石、髙研磨性塑性泥岩等地层钻进效率低、钻头寿命短的特点，项目组通过胎体配方和钻头性能优化设计方法以及加工制造技术等的创新，研发出了高效、长寿命钻头。同时研发了性能可靠的孔底动力钻具和钻探工程数字化信息管理技术，有效提高了钻探效率。 (4)地质岩心钻探工作的最终目的是取出原位地层保真岩心样品，而在松散破碎、软弱、裂隙性等复杂地层中岩心采取率低、扰动程度大，很难满足地质矿产勘査要求。项目研发了系列化的复杂地层取心钻具及配套的钻井液体系和钻孔轨迹控制技术，为高质量获取原位地层保真岩心样品提供了有效的方法和手段。 该技术发明已在青海、贵州、河南、新礓、湖北、山东等地及国外的地质钻探、地热钻探、油气钻探等工程中得到了广泛应用，在我国实施的地球深部探测和深部固体找矿科学钻探工程中也有相关应用，完成了近6500个孔(井)、400万米进尺，钻头出口国外，钻探质量主要指标提升20%以上。强制取心钻具在复杂地层中取心率可达95%以上，伸缩叠合型柔性袋管取心钻具取心样品扰动度小、水分保真度高于95%、取心率达到80-95%，钻进效率显著提髙，钻探成本显著降低，有效提高了见矿率，取得了很好的社会经济效益（近三年产值70471.00万元)。 该技术发明在国内外权威期刊《Nature communications》、《SPE Drilling & Completion》,《中国科学》等上发表学术论文260余篇(SCI\EI收录100余篇)，出版相关专著9部(其中两部俄文)。 项目相关成果曾获教育部高等学校技术发明一等奖和二等奖、中国地质调査成果一等奖、湖北省科技进步二等奖等。