[01820697]复杂地层钻探取心钻具及其优快钻进工艺技术

本技术发明属于矿产资源勘探、工程勘查与施工科学技术领域。 复杂地层是指受成因、构造运动及风化、地下水侵蚀等多种地质作用影响下,形成具有节理、片理、裂隙发育、胶结性差、构造破碎、软硬互层、松散酥脆、易溶蚀、遇水膨胀、溶解等性质的地层。在复杂地层中钻探取心非常困难,还常常出现井壁失稳、漏失、钻孔偏斜、卡埋钻事故率高、钻进效率低、施工周期长、钻探成本高等问题,甚至导致钻孔报废,造成 重大经济损失。因此,在复杂地层中安全、快速、高质量地实施钻探取心一直是钻探工程领域的“瓶颈”。 本技术发明为在复杂地层中安全、快速、高质量地实施钻探取心提供了一套钻具及其工艺技术,涉及取心工具、钻井液、冲击器、固井、卡埋钻处理、套管钻具及井壁加固等,根据地层情况和工程目的可选配实用。本技术发明包括已授权国家发明专利9项和实用新型专利6项,受理公示国家发明专利2项： ①研制出了双管强制取心钻具和伸缩叠合型柔性袋管取心内管,可实现保真取样。前者在在深部极松散破碎的取心率大于95%;后者能够保障样品扰动度小于5%,水分保真度高于95%,取心率达到80-95%。 ②发明了在水溶液中分散纳米碳酸钙粉体材料的方法、钻井液性能及孔壁壁稳定性评价实验装置;针对低孔低渗地层研发了基于纳米材料的可降解钻井液,可实现孔壁稳定和储层保护的双重目的;针对水敏性地层研发了无固相高聚物钻井液;针对严重掉块、垮塌、漏失等地层研发了不分散低固相高聚物钻井液。 ③研制出了新型电动冲击器,脱离了冲击器对钻进介质的依赖,实现了地面控制冲击器启动、停止、调节冲击频率和冲击功等功能,提高了钻进碎岩效率。 ④研制出了水文水井压浆与固井一体化分隔器、管内投砾专用接头管总成等实用工具,建立了裸眼与井管小间隙二次注浆固井工艺,解决了钻孔小间隙固井、投砾的难题。 ⑤研制了卡埋钻打吊锤横式和竖式质量加速器,可充分利用钻机的提升系统来替代传统的人工打吊锤,能够对卡埋钻和起拔套管遇阻时,进行解卡和强力起拔,最大限度减少经济损失。 本技术发明已在湖北、河南、宁夏、等地的科学钻探工程、地质岩心钻探、油气钻探、水文地质与工程地质钻探、地震观测井钻探、地热钻探等得到了较广泛应用,完成近300口井、20万米进尺,钻探质量各项指标显著提升20%以上,见矿率95%以上,钻进效率显著提高,在深部找矿等方面发挥了重要作用,取得了良好的经济宵夜和社会效益。 成果出版相关专著5部,发表学术论文32篇,其中1篇SCI收录、6篇EI收录。培养了博士后1人,博士6人,硕士17人。 该技术发明可广泛应用于地质岩心钻探、常规和非常规（煤层气、页岩气）油气钻探、水文地质与工程地质钻探、地震观测井钻探、地热钻探等,应用前景十分广阔。