钻进方法范文

钻进方法范文（精选9篇）

钻进方法 第1篇

1 取心收获率影响因素分析

1.1 井斜

若井斜超过15度, 由于电缆和仪器在上提和下放过程中都紧贴井壁运行, 在造斜段易形成较深的沟槽, 泥浆在沟槽处形成较厚的泥饼, 容易造成电缆粘附在井壁上, 且无法上提仪器进行下一层位的取心。

1.2 岩心深度识别

FCT型取心器通过在地面记录采用心长传感器信号来判断是否取到岩心及其长度大小, 结合储心筒内实际岩心颗数来判断岩心对应的深度。若心长检测机构出现故障如滑动柄由于来回推拉导致变形与岩心不能充分接触或胶结疏松的岩心颗粒破碎等原因造成岩心不能推动滑动柄移动, 则难以识别岩心的层位深度。

1.3 井液中的碎屑过多

由于井深的加大, 钻遇岩层较多, 岩性的复杂性导致井液中的碎屑含量较高。机械节外壳上布有6个φ75mm的孔、7条宽度为31mm长度在20mm~320mm之间的长槽。岩屑会从孔中进入胶囊周围, 对胶囊造成划伤, 严重时会使其出现裂缝导致整支仪器灌浆。

2 仪器结构改进

2.1 辅助推靠结构的改进

仪器推靠结构为底部1支主推靠臂, 上部2支辅助推靠臂, 主、辅推靠臂相距2.5米。原辅助推靠缸活塞杆垂直于仪器轴线运动来开收辅助推靠臂, 活塞杆推力f1=3500N。由于仪器外径的限制, 推靠臂长度A1C1=340mm, 一端用铰接副固定在外壳上;活塞杆作为支臂与推靠臂以铰接副连接, 伸出最大长度B1D1=25mm;间距A1B1=40mm。井壁对的辅助推靠臂作用力F1=A1B1/A1C1×f1≈410N, 因仪器自重G1≈2000N, 原仪器推靠系统远满足不了仪器悬挂在井壁上的要求。

通过仅改变辅助推靠缸排列方式, 活塞杆将平行于仪器轴线运动且其行程不受仪器外径的限制, 提高辅助推靠臂对井壁的作用力 (见图1) 。推靠臂长度A2C2=350mm, 一端用铰接副固定在外壳上;支臂长度B2D2=160mm, 分别与活塞杆及推靠臂以铰接副连接;间距A2B2=85mm。推靠臂张开角度β为0°~44°, 井壁对辅助推靠臂的作用力, 其中h为推靠臂与仪器外壳铰接点至活塞杆的垂直距离, 在本设计中h﹦100mm, 当β=39°时, F2﹦3000N。因主推靠缸为两个单活塞液压缸的串联组合, 主推靠臂对井壁的作用力是辅助推靠臂的两倍, 改进后的辅助推靠臂与仪器底部具有相同作用原理的主推靠臂共同作用, 三臂合力可满足在井径在160mm~340mm的井中悬挂仪器进行取心。在取心过程中地面电缆绞车可上、下活动电缆, 防止电缆吸附在井壁上。

2.2 岩心归位系统的研制

岩心归位系统由隔片筒、储心筒及联动机构组成, 如图2所示。隔片筒并排在储心筒前端, 顶部内侧开有隔片出入口。隔片在筒内用弹簧进行预紧, 将丝杠的一端通过丝杠固定套固定在取心器外壳上, 一端通过传动轴与隔片钩连接, 丝杠螺母固定在后拉板上。取心时后拉板带动丝杠螺母一起向前运动, 丝杠螺母驱动丝杠旋转, 隔片钩将隔片拨入储心筒内。折心后, 后拉板后退, 丝杆螺母驱动丝杠反转, 隔片钩退回到初始位置, 下一枚隔片在弹簧的作用下向前运动到隔片钩的一侧。

通过上述过程, 岩心归位系统在仪器推心动作实施前, 在储心筒内放入一片圆形隔片。推心时, 岩心与隔片一起被推入储心筒内, 各层位的岩心被隔片相互隔开。综合记录到的心长数据与推心次数和储心筒内的隔片数相互对照可准确识别岩心层位深度。

2.3 仪器保护装置的设计

对于机械节, 在其外壳上设计保护套装置, 它为一圆柱形壳体, 内径与机械节外径相同, 壳体上仅保留推靠臂、钻头伸出位置处的孔眼, 总孔眼面积减少了80%。保护套对剖成两半, 用螺丝固定在外壳上。对于压力平衡节, 在平衡孔上套丝, 安装孔径为0.8mm的滤网。该保护装置不仅达到了减少或阻止岩屑进入机械节及压力平衡节的目的, 而且拆装方便, 仪器准备时间与改进前相差无几。

3 现场应用

FCT钻进式井壁取心在胜利油田现已在井斜小于36°的井中取得成功应用, 取心收获率有了极大提高, 岩心与层位深度符合率达到100%。在永斜851井最大井斜32.4度的条件下, 收获岩心20颗。在金平2井, 取心层段最大井斜达到36度, 也成功取得20颗岩心。两井取心收获率达到了80%。保护装置针对胜利油田新疆西部探区井液内岩屑及掉块多的情况, 现已应用6口井, 取心收获率在西部新区由60%提高到97.2%。

4 结论及建议

通过仪器结构的改进, 钻进式井壁取心在现场取得了较好的应用效果。但保护装置不能完全禁止岩屑进入机械节内部, 在井液高岩屑含量条件下会导致马达轨道堵塞。今后应在保护装置上做进一步的工作, 使钻进式井壁取心器得到更好的应用。

摘要：本文通过分析钻进式井壁取心器取心收获率影响因素, 针对仪器结构进行改进来提高钻进式井壁取心收获率, 以适应油田勘探开发的需要。

关键词：钻进式井壁取心,岩心,取心收获率

参考文献

[1]田学信.HH-1型钻进式井壁取心器的研制与推广应用.测井技术, 2000.

钻进方法 第2篇

关键字：钻孔桩钻进记录 发布时间：2010-04-17

摘要：通过对顶板泥岩破碎带进行注浆处理，使钻孔施工深度达到设计要求，有效提高了高位钻孔抽采效果，对于松软围岩工作面瓦斯治理效果特别显著。

关键词：松软围岩破碎卡钻注浆封孔 1工作面概况

淮北矿业许疃煤矿7128工作面位于82采区的右翼，走向长2100米，倾斜长165米，煤厚平均1.7m，其中里段有560米处于71、72煤层合并区，煤层厚度2.3～7.1米，平均4.7米，煤层倾角8°～15°，平均11.5°；外段有220米处于71、72煤层合并区，煤层厚度4.3～6.3米平均4.8米，煤层顶板为细砂岩，厚6.06～16.8米，平均11.4米，煤层倾角10°-28°，平均19°。煤层直接顶为粉砂岩、泥岩、砂泥互层，厚薄不均，局部泥岩厚度达到11.5米。工作面标高-445.0～-520.0m，71煤层瓦斯含量4.46m3/t，72煤层瓦斯含量5.01m3/t，可采储量139.48万吨，瓦斯储量1120万m3，计划月产10万吨。工作面绝对瓦斯涌出量为15-24m3/min，配风量为1500m3/min。2松软围岩高位钻孔施工期间存在的问题

为解决瓦斯问题，在风巷掘进期间，每隔80～100米施工一个高位钻场。为便于通风管理，一般钻场长度不超过6米，采用扩散通风，即钻场从风巷拨门，以20～60°的角度爬坡进入煤层顶板0.5～1米的位置。每个钻场内施工6～8个钻孔，钻孔开孔间距500mm，钻孔深度为140m，钻孔终孔位置位于煤层顶板20～28米、距离风巷中线5～30米。由于煤层顶板是复合型顶板，且泥岩较厚，钻孔有50米处在软岩中很难穿过，施工期间主要存在以下几个问题：

2.1松软围岩岩性破碎，有多种岩石掺杂一起，其不同岩面抗压能力不同，当钻头穿过不同岩性，很难掌握钻机的给进压力，极易导致钻孔偏斜，经常发现钻孔偏到煤层顶板40～50米位置或钻孔从煤层顶板进入煤层体中，施工的钻孔很难满足瓦斯治理需求。

2.2泥岩遇水易膨胀、返沫难，易造成卡钻、埋钻现象，如果处理不当，强行钻进，极易掉钻头、钻杆现象。

2.3在松软岩层中好不容易施工的钻孔，在退钻后很快就出现不同程度的塌孔、缩孔现象，很难实现全程下护壁管处理，护壁管经常30米都下不到。抽放期间，由于孔内不畅通，裂隙不发育，导致抽放管路内负压大，流量小，瓦斯浓度低，采空区随顶板垮落的瓦斯不能得到抽放，随采空区漏风一起进入工作面上隅角和回风巷，极易造成上隅角瓦斯超限。

2.4松软岩层中开孔施工的高位钻孔，其开口端岩性破碎、易导致钻孔封孔不严，一旦与瓦斯泵连接，易产生裂隙和钻孔串孔现象，如不采取妥善处理，严重影响抽采效果。3改进方案

3.1为了改变松软围岩的岩性，采取注浆加固的措施进行处理，利用小钻头对岩体破坏小，易钻进、方位偏差小的特点，在松软岩石段采取φ75mm的小钻头开孔，直至穿过松软岩石段，然后往孔内插入注浆管、回浆管，回浆管要尽量插入钻孔末端，然后用预湿的快干水泥卷进行孔口封孔，封孔深度不低于0.6m。待快干水泥凝固后，利用自制的风动注浆泵进行注浆，为提高注浆效果，加速孔内泥浆的凝固速度，在水泥浆中，加入适量膨胀剂、速凝剂、石膏粉等特效材料，其质量配比为：水泥：水：膨胀剂：速凝剂：石膏粉＝100：80：9：2：0.5；若注浆过程中，周围岩壁裂隙中有较多浆液流出，应间断地多次注浆，以提高注浆效果。

3.2注浆24小时候，孔内注入的浆液完全凝固，岩体得到很好加固，此时可采用φ94mm或φ113mm的大钻头开孔钻进，直至终孔。

锚杆工程钻机钻进故障分析 第3篇

锚杆工程钻机由履带底盘动力部分、进给机身、夹持与卸扣装置、柴油机、液压部分、水龙头、钻杆、机架、操作台等部件构成,主要用于岩石硬度高、水电等基本施工条件不满足的野外施工作业,深基坑、地下洞室等各种复杂地层挡土墙锚固施工,边坡及危岩体等不稳定岩土层预应力锚索孔的成孔,地基加固用微型桩施工,也可用于非开挖水平穿越孔、物探爆破、工程注浆作业、抗浮锚固、路基堤坝加固、地质灾害治理等工程领域的钻孔[1]。钻机特点为单动力头双管钻进,结构简单,液压部件采用外国公司产品,系统工作可靠。

1动力头回转机构

该机构使用大扭矩低速液压马达直接驱动锚杆旋转的方式,如图1所示。在钻进过程中,回转机构通过液压系统驱动,使动力头滑板沿滑道滑动,让锚杆同时传递液压系统的进给压力及液压马达的输出扭矩至钻头,钻头钻破岩土形成锚孔。锚杆完成钻孔工作后,动力头滑移到滑道前终端,此时液压马达停止正转,利用其反转扭矩卸开变径接头与锚杆接头的螺纹,使动力头滑板沿滑道后移至滑道后终端,接上另外一根锚杆,继续钻进。

2功能试验情况

2.1 SD32自进式锚杆功能试验情况

本试验现场边坡坡度约70°,该次试验桅杆倾斜度为7.93°,锚杆型号为SD32,杆体长度为1 m,使用套管与杆体连接螺纹连接锚杆。

本试验分析小结如下。

(1)本次试验实际钻进共用时231 min,钻进深度为22 m,速度0.095 m/min。(见图2)

(2)在锚固钻孔过程中,进行钻进工艺所需的空气压缩机能力(风量、风压)要能满足最低清孔、排渣的需要,当辅助工具空气压缩机不能工作时,也会影响钻进工作,故中途存在暂停试验时间,更换空气压缩机。

(3)冲击旋转锚杆钻机机构设计的最大特点是往复直线运动的转换和采用偏心机构实现回转,以及活塞与冲锤采用气室软连接。在冲击过程中,这种软连接减小了来自于岩土的反向作用力对冲击旋转机构的影响[2]。破岩时,在钻头上存在三个力,即旋转方向的径向旋转力和钻进方向的静压力及冲击力,以上三个力相辅相成,使钻头有效地进行冲击旋转,破岩效果明显。另外,钻杆越长,钻杆及连接处的冲击能量消耗越大[3]。

(4)钻机的液压系统存在泄漏现象、可靠性差。液压锚杆钻机以液压油为动力媒质,驱动液压马达及液压缸工作,带动液压动力头旋转切削或冲击工作[4]。故液压系统可靠性影响设备工作效率。

(5)冲击旋转破岩钻孔时,岩石的反作用力令钻头脱离岩石产生回弹。为使岩石与钻头保持良好的接触,须对钻杆施加轴向给进力,同时推进压力也可将钻头切入岩石,对岩石形成破坏应力,利于破岩。推进压力对冲击旋进效果和钻具磨损有影响,推进压力过大易发生钻具弯曲,出现钻孔偏向等情况。过大的推进压力还会增大旋转径向阻力,导致转速下降,增大钻具磨损量甚至破坏钻机,而过小的推进压力既不能保证钻头与岩石之间良好的接触,也降低了必要的切削破坏效果,从而导致钻孔速度下降[5]。

(6)动力头回转转速试验中,在正常工作状态(主油泵压力为12 MPa)下,平均转速为45 r/min。

2.2 T45钎杆功能试验情况

该次试验桅杆倾斜度为13.6°,钎杆型号为T45,杆体长度为1.83 m,使用自身杆体螺纹连接。

本试验分析小结:

(1)本次试验实际钻进共用时260 min,钻进深度为27.86 m,速度0.107 m/min(见图3),设备基本能正常开展钻进工作;

(2)本次试验使用夹持卸扣器夹持或卸下T45钎杆,夹持卸扣器能使用;

(3)本次试验发现桅杆出现沉降现象,测量得沉降量为40 mm(测量时间为单根钎杆钻进期间内),液压系统可靠性问题突出。

3结语

锚杆工程钻机是锚孔成孔工具,是锚固工程的关键设备,影响着锚杆施工的质量和施工进度。锚杆工程钻机的发展以凿岩技术与锚杆支护技术为基础,高钻进速度、良好的适应性、高可靠性是锚杆工程钻机产品竞争的目标。而本设备在试验中出现液压箱漏油、桅杆无故沉降,证明液压系统可靠性存在问题;钻角倾角范围的不足也致使某些仰角钻孔施工难以实现,对隧道加固工程的顺利进行设置障碍;此外钻头与钻杆、及钻杆之间的连接方式对冲击能量的传递亦会产生影响,导致钻进速度的降低[6]。

参考文献

[1]王贺剑,田宏亮,凡东,等.GDY-2000 L多功能履带式工程钻机的研制[J].煤炭工程,2012(12):125-126.

[2]潘淑璋,邓洪超,郑午.MZ-150型锚固工程施工专用钻机[J].工程机械,1999(8):3-4.

[3]吴刚,杜长龙.冲击旋转式锚杆钻机设计研究[J].煤炭技术,2001(9):3-6.

[4]刘旭明,吴云上.GW-40型大口径全液压履带式工程钻机[J].探矿工程,1998(4):33-34.

[5]张启君.威猛D150×300水平定向钻机[J].建筑机械化,2005(7):37.

我钻进电视机里作文 第4篇

今天神奇的事情发生了，我家的电视机下面突然出现了一扇小门，我好奇的钻了进去，结果发现了里面都是动画人物，有小马紫玥，有奥特曼，有白雪公主，有赛小息，有机器猫等等各种各样的动画人物。

我发现了他们的.日常习惯和隐私，我看见奥特曼的原型是个女孩子，每天出门前都要好好化妆，然后穿上奥特曼的衣服。我发现白雪公主其实是一个小妖精，披了一层人皮之后，穿上美丽的衣服才变成白雪公主的。

我正准备去探索小黄人的秘密时，突然发现了一艘银色的船驶来，那艘船停下来以后，走出来一个漂亮的小姑娘，手上还拿着一个中央电视台的旗子，这时她拿出一张纸片，清点了一下要出场的人物，也就是今天要表演的动画片。

大家都上了船，船继续行驶，我从人群中走过，突然发现一张大布之后，船停了。那个姐姐按照顺序把他们拍好了队，随后他们就一个一个开始演了起来，我挤在第四位，等到我的时候，我就拿着成绩单，透过电视向正在看电视的老爸汇报自己期中考试成绩，我爸气的都冒火了，因为我又考了个不及格，我爸爸气坏了，耳朵都冒气了。

与此同时，他们发现我不是动画人物，就叫保安拿着狼牙棒追我，我跑呀、跑呀，在一棵椰子树下找到了我的那扇门，钻了进去，这下我总算安全了，因为动画人物是不可以通过那扇门的，所以我安全了。

复杂地层成因分析及钻进技术措施 第5篇

1 复杂地层成因分析

1.1 水敏性地层

冲洗液中的水对岩土层的表面水化作用和渗透水化作用, 使钻孔孔壁失去稳定性。根据遇水产生情况可分为以下几种:[1]

⑴遇水溶解地层:可溶于水的岩土层遇水溶解形成溶液, 造成泥浆污染, 钻孔超径、坍塌。较典型的如盐岩、钾盐、光卤石、芒硝、天然碱、石膏等地层。

⑵遇水溶胀地层:粘土、泥岩等地层中含有大量蒙脱石、伊利石、高岭土、海泡石等遇水膨胀的矿物。该类地层遇水易溶胀分散、剥离, 导致钻孔膨胀缩径、泥浆增稠, 钻头泥包, 孔壁表面剥落, 崩解, 垮塌、超径等。

⑶遇水松散地层:泥质砂岩、风化大理岩和风化花岗岩等地层遇水后粘聚力减小, 导致钻孔孔壁表面剥落, 崩解等问题。

⑷遇水剥落地层:页岩、片岩、千枚岩、滑石化高岭土化板岩、硬煤层等地层遇水后使钻孔孔壁剥落, 钻头泥包。

1.2 松散破碎地层

岩石经风化作用后, 组成岩石的颗粒间失去联结, 岩石的整体性、坚固性受到破坏, 从而形成结构松散、裂隙发育的破碎地层;构造作用对岩石 (体) 施加应力形成未胶结的破碎带。松散破碎地层胶结差, 空隙发育, 地层被钻开后, 孔壁自由面上的应力失去约束得到释放, 极易造成钻孔坍塌、卡钻、漏失等事故。

1.3 裂隙地层

岩石经风化、构造作用或者是成岩过程形成裂隙。在此类地层中钻进时常出现坍塌、漏失及掉快现象。

1.4 岩溶地层

石灰岩、白云岩、大理岩等地层的主要成分碳酸钙 (CaCO3) 与水中的碳酸、CO2反应形成可溶于水的碳酸氢钙 (CaHCO3) :

经地下水的冲刷、溶蚀形成溶洞、裂隙。从而带来漏水、涌水、坍塌等问题。

2 钻进处理措施

2.1 水敏性地层

处理该类地层的根本就是抑制或避免水对地层的水化作用。

在遇水溶解地层中较常用的方法是采用相应的饱和盐水泥浆做冲洗液, 可有效抑制盐层的溶解;可使用失水量较小的高分子聚合物或植物胶冲洗液, 或向冲洗液中添加有机处理剂降低冲洗液的失水量, 此方法可有效减少冲洗液的失水量, 降低地层溶解程度;

对于其他水敏性地层:过去采用油基泥浆做冲洗液, 但该法成本太高, 且遇高温时易起火, 存在较大安全隐患。目前常用方法是采用钾基泥浆 (即在泥浆中加入可溶性钾盐) , 钾基泥浆中钾离子有抑制粘性土吸水膨胀的性能。也可采用高分子聚合物、植物胶冲洗液或向冲洗液中添加有机处理剂等措施。

此外, 在条件允许的情况下, 可采用空气或泡沫冲洗介质, 该类冲洗液的最大特点就是不使用水, 钻进工程中岩土层不接触水, 避免了水对岩土层的水化作用。但该方法仅适用于地下水位以上钻进, 使用时应结合现场实际条件合理选用。

2.2 松散破碎地层

常采用高比重、高浓度、高粘聚力泥浆护壁, 提供泥柱压力平衡孔壁压力, 必要时可投粘土水泥球。但该种泥浆可泵性差, 影响钻进效率, 因此处理该地层后用套管隔离, 以下地层采用一般冲洗液。

运用高分子聚合物、植物胶、复合胶类冲洗液进行护壁、堵漏也是一种良好的有效措施。这类冲洗液是适应钻井要求[2], 在低固相泥浆的基础上发展而成的。它与清水相比, 具有较好的悬携钻屑的能力, 且能够在岩芯表面、钻孔孔壁上形成薄的吸附膜, 有较好的护壁能力, 并可以将破碎、无胶结的岩芯胶结包裹, 提高其完整性;同时, 该类冲洗液又有较好的润滑性和减阻作用。它与泥浆比较, 则有较轻的比重, 同时粘度调整灵活, 流动性好, 固相含量少, 因而能提高孔底钻头的碎岩效率。

2.3 裂隙地层

主要问题就是堵漏问题, 在实际工作中主要有两种方案:一是随钻堵漏即边钻边堵, 在冲洗液中加堵漏材料, 有惰性堵漏材料 (即不与冲洗液发生反应的材料如锯末、草屑等) 和黏胶材料 (即与冲洗液发生反应的材料, 用于微小裂隙) ;二是停钻堵漏, 可采用灌水泥浆, 加压将其压入裂隙中永久堵漏, 必要时可投粘土水泥球, 用钻具挤压至裂隙内。

2.4 岩溶地层

处理此类复杂地层较常采用[3]:隔离法, 即溶洞较大, 且离井口较浅, 用多级套管成孔隔离;堵塞胶结法, 若溶洞较长、且大、离井口较深、采用隔离法会造成金属管起拔困难, 耗材亦较大。为此可用地勘水泥 (必要时需加添加剂) 长孔段灌注法, 堵塞大裂隙、大溶洞。

3 结束语

钻探工程中遇到复杂地层问题, 首先应分析该类地层的形成原因与特征, 然后再根据实际情况选择相应的处理措施, 以降低钻探成本、提高钻探效率。

参考文献

[1]鄢泰宁, 岩土钻掘工程学[M].武汉:中国地质大学出版社, 2001, 152～153

[2]乌效鸣, 胡郁乐, 贺冰心等.钻井液与岩土工程浆液[M].武汉:中国地质大学出版社, 2002, 122～123

基于钻进过程的油井安全综合评估 第6篇

随着油田勘探的不断发展,钻井的数量不断上升,安全问题成为整个钻井过程重点关注的焦点。在钻井过程中采取合理的措施减少事故的发生,已成为当前钻井工程面临的重要问题。

许多钻井研究工作者对钻井安全的各工况因素进行了广泛地分析研究。文献[1]利用神经网络对钻井过程中各因素学习训练,以此监控钻井参数,指导钻井参数调整的实施,从而有效减少钻井事故的发生。文献[2]采用层次分析法和模糊综合评价法综合评估预测井壁稳定性,该方法减少了人为因素对评价结果的影响,提高了井壁稳定性预测的准确性,为现场钻井施工的决策提供可靠的信息。

以上文献只研究了单一工程因素对钻井安全的影响,并未综合考虑各工程因素之间存在差异。本文综合考虑各工程因素对钻井安全的影响,建立钻井安全评价模型,各因素对钻井安全的影响程度予以定量表示,并对现场钻进过程中工况数据进行分析,最终评价各组工况数据的安全级别。

2 钻井安全评估模型的建立

2.1 影响钻井安全指标的确定

钻井过程错综复杂,钻进过程中随着钻井深度的变化常会遇到不同的地质岩层[3]本文结合油田历史地质资料、钻井数据资料、安全人员的工作经验并参考油田钻井井史记录确定评价指标,作为钻进工况数据安全评价的依据。综合考虑钻井施工情况、钻井液性能、地质条件对钻井安全的影响,对各影响因素对比研究,并遵循选择指标与井下事故关系紧密、对应性好、稳定性强、容易直接获取的选用原则选取评价指标

2.2 指标权重的确定

安全指标之间相互影响,很难确定各个指标的重要性[4],因而采用AHP(Analytic Hierarchy Process)层次分析法确定权重,首先根据指标的支配关系建立层次结构模型。然后对各层影响指标进行两两比较,将每一层指标的相对重要程度予以定量表示构造判断矩阵,最终确定各指标的权重[4,5]。根据支配关系确立了钻井安全评价体系层次结构图,如图1所示,并用编号A-C34表示各指标。

指标的两两比较结果采用1~9标度法定量表示,确定出判断矩阵。1~9标度法如表1所示。

各指标的重要度得分综合了钻井专家意见和现场工作人员的打分,近似认为每位打分专家的意见具有同等的权值。表2至表5是逐层比较后得到的判断矩阵和相应的权重。

通过一致性检才能说明重要度判断合理,否则要从新构造判断矩阵。一致性检验的计算方法如下:

其中CR为随机一致性比率,CI为一致性指标,RI为平均随机一致性指标,可查表6得出。λmax为矩阵的最大特征值,n为矩阵阶数。当CR<0.1时,认为判断矩阵具有满意的一致性,当CR>0.1时,必须重新调整判断阵。经检验后可知本文的判断矩阵具有满意的一致性,求出的权重合理。

2.3指标数据的处理

指标数据的取值、单位和量纲是不相同的,且每个指标数据数值的大小和变化范围也是不相同的,按指标性质分为4类:极大型指标,即指标值越大越好;极小型指标,即指标值越小越好;适中型指标,即越靠近中值区间越好,越远离中值区间越差;对于非定量指标地质岩性,根据要预防事故对安全生产威胁程度的大小对事故类型的安全性进行量化,在0~1之间赋值,威胁越大赋值越小。对于地质岩性指标,事故提醒类型为防漏赋值0.8,防卡赋值0.7,防塌赋值0.6,防喷赋值0.5,防塌且防喷赋值0.4。各类型指标按如下隶属度函数进行归一化处理。

极大型:

极小型:

适中型:

其中 (i = 1,2,…,n) 表示选取指标的个数,μ(xi) 为标准化指标值,xi为原始指标值,mi为n个xi中的最小值,Mi为n个xi中的最大值。

2.4 钻井安全综合评价

确定出各指标权重,并对指标数据进行归一化处理后,应用AHP法评估钻进过程中工况安全性,如公式(6)所示。

式中A表示每组工况数据对钻井安全影响程度的综合得分为指标B1、B2、B3对应的权值,如表3所示;为权值向量,如表4、表5、表6所示;为各指标数据归一化处理后的取值。根据式(6)计算出的结果进行安全等级划分,一般安全等级分级标准如表7所示。

3 应用举例

随机选取某油田已开采井的钻进过程中实时工况数据6组进行研究,钻井取样深度900~2500m,数据样本如表8所示。X1~X6对应指标C11~C16,X7~X12对应指标C21~C26,X13~X16对应指标C31~C34,其中进口泥流量(C11)、烃类气体含量(C21)、漏斗粘度(C26)、膨胀性(C32)、水活度(C33)为极小型指标;转盘转速(C14)、立管压力(C25)、岩层密度(C31)为极大型指标;出口泥流量(C12)、钻速(C15)、大钩负荷(C16)、钻井液体积(C22)、钻井液出口密度(C23)、钻井液入口密度C24为适中型指标。

综合分析后,得出各组工况数据的安全等级,如表9所示可知钻进过程中高风险工况较少,中、良级风险相对较多。

4 结论

钻井安全评价体系是一个多因素的评价系统且各因素之间关系复杂。在实例应用研究中,本文整理了钻进过程中影响钻井安全各因素的数据资料,综合考虑了钻井技术安全性因素、钻井液性能因素和地质岩层稳定性因素,引入隶属函数对工况数据进行处理,研究表明随着钻井深度的变化各组钻进工况数据差异也较大。综合评价分析后,客观地确定出各组钻井工况的安全等级。在一定程度上能减少人为主观影响,使评价更全面合理。

摘要：为了确定油井钻进过程中各工况因素对钻井安全的影响程度,减少钻井事故发生率,该文分析影响钻井安全的相关因素确定钻井安全评价指标,采用层次分析法建立钻井安全评价模型,对各指标的影响程度予以定量表示。最后结合实际的钻井工况数据综合分析确定出不同工况数据的安全等级。应用实例表明,该模型能够对钻井作业的安全性进行科学评价,从而有效的降低事故发生率。

论工程地质钻探的钻进技术 第7篇

1 地质钻探技术

地下钻探技术是向地质体钻孔并破碎孔底岩石的方法及钻进工艺的总和。根据不同的钻探目的, 可以采取不同的技术装备和技术工艺。从而形成各种不同的钻探方法。在钻进工程中, 主要采用机械的方式破碎岩石。根据外力作用的方式, 可以分为冲击式钻探、回转式钻探、冲击回转式钻探、振动式钻探以及喷射式钻探等。若按钻探切削工具的不同又可以分为:钢粒钻探、硬质合金钻探以及金刚石钻探;按所用冲洗液和循环方式可分为泥浆钻探、清水钻探、空气钻探、正循环钻探、反循环钻探等;按钻探区域不同可分为极地钻探、陆地钻探、水域钻探以及月面钻探等;按钻探目的和作用不同可分为水文地质钻探、同体矿产钻探、工程地质钻探、地热钻探、砂矿床钻探、石油天然气钻探、科学 (超深孔) 钻探和地表取样钻探等。除此之外, 一些效率高的钻探方法如热力法 (如高频电流钻、火焰喷射钻、微波钻) 、熔融法 (如等离子钻、电热钻、激光钻等) 、化学方法 (利用化学反应破碎岩石) 等, 但是由于技术难度大、成本过高还未在钻探中广为应用。

1.1 冲击式钻进

这是中国人发明的一种钻进方法, 在1l世纪传到国外, 目前在中同以及国外都还在应用。原理:用钢丝绳或钻杆相连用一字型或十字行钻头, 上下运动冲击岩石, 捞出岩屑和岩粉, 形成钻孔[2]。

1.2 回转式钻进

这是当前用的最普遍的钻进方法。原理:依靠钻具的回转运动破碎岩层而成孔。主要有大、小锅锥钻机, 正、反循环转盘式钻机, 液压动力头式钻机, 潜孔振动回转式钻机等。简单的回转式钻机只有钻进装置, 结构完善的回转式钻机则有钻进装置和循环洗井装置两部分组成。转盘式水井钻机的钻具包括钻杆和钻头。

1.3 冲击回转式钻进

用冲击和回转两种方式同时破碎岩石的钻探方法。这种方法是在回转的钻杆柱下端和取心钻具之间装上一个潜孔冲击器, 使冲击脉冲、轴向钻头压力和钻杆回转扭矩同时作用于钻头上, 实现钻进与采取岩心。这种钻探方法于19世纪初起源于欧洲, 1958年中国地质部开始研究, 70年代发展较快。其优点主要是能大幅度提高硬岩层钻速和回次进尺长度, 减少钻孔弯曲程度, 明显降低钻探成本。冲击回转钻探通常由两种冲击器实现。一种是利用钻孔冲洗液能量驱动的冲击器来实现, 称液动冲击回转钻探, 另一种是用压缩空气驱动的风动冲击器实现, 称气动冲击回转钻探。

1.4 振动式钻进

用振动器带动钻杆和碎岩工具产生周期性振动力。它除了地表振动器和钻具对地层产生垂直静载外, 还有钻具产生高频冲击振动所产生的动载, 使周围岩层或土壤也产生振动。由于振动频率较高, 岩层或土壤强度降低, 在钻具和振动器自重及振动力的联合作用下, 使钻头吃入 (沉入) 岩土层, 从而实现钻进。

2 钻进技术及其应用

2.1 钻进技术的分类

(1) 浅钻。当涌水量大时, 浅钻主要用来代替浅井。浅钻:用来勘探埋藏不深的矿床近地表部分的矿体, 并且可代替浇井。浅钻的种类有很多, 大多是自行的安装在汽车上。浅钻的特点是投入费用少, 使用便利, 孔相对较浅, 容易搬运, 但是不宜钻进硬度太大的岩石。

(2) 岩心钻。在对矿床进行勘探的过程中, 岩心钻作为一个重要的工程手段可以用来了解矿体深部地质情的。不论在高原或者是平地, 也不论矿产种类或者矿床的复杂程度怎么样, 只要是想了解矿床规模、矿体的延伸情况以及寻矿探矿时, 一般多用岩心钻。通过钻机在钻进的过程中所采取的岩心及岩粉, 可详细地研究被钻孔所穿过的岩石以及矿床的地质构造, 并可计算出矿石的质量。总岩心采取率一般不应小于60%~70%。当矿体倾角较小时, 一般采用垂直钻孔;矿体倾角较大时, 则采用倾斜钻孔;在某些情况下, 在施工允许的弯曲范围内, 也打随钻进逐渐加深而使钻孔倾角规律性地变化, 按设计的角度来穿过矿体的定向钻。

(3) 地下钻。水平坑道中打进的岩心钻称之为地下钻, 也叫做坑内钻。这种钻探的工程手段是非常有效的, 尤其是对矿体数目多, 矿体产状复杂的矿床进行详细勘探或生产勘探, 其时效性, 和经济性是其他方法无法比拟的。

2.2 钻进技术应用

地质勘探过程中, 需要用钻探设备向地下钻深度较大而直径较小的柱状圆孔, 也称钻井。地下水的钻孔直径较小些, 相对而言钻探石油和火然气的孔要略大些。因此, 地质矿产埋藏深度和钻孔的用途决定着钻孔的直径和深度大小。

钻进的作用: (1) 获取全面的地下地质体资料, 这一过程包括从钻孔取取出岩心、矿心、岩屑甚至液、气态样品, 有时还需从孔壁补充提取及侧避岩体矿样; (2) 作为人工通道观测地下水文地质活动状态; (3) 作为测量地球物理信息的通道, 获取岩矿层各种地球物理信息; (4) 有的钻孔可勘探与开采相结合, 开采地下水、地热能、油气资源等。

钻探工程已经广泛运用于国民经济诸多部门, 按用途钻进可分为以下六类: (1) 地质普查或勘探钻进, 用于了解水文地质构造、寻找矿床或者探明已发现矿产储量; (2) 水文地质钻进, 勘察地下水文地质的基本情况; (3) 水井, 为工业、农业、日常生活及国防建设而开发利用或者补给地下水资源, 并且可以补充已有的水文地质资料; (4) 石油钻井, 勘查和开发利用石油、天然气资源; (5) 地热钻孔, 勘探和开发利用地热能; (6) 矿床开采或隧道开挖等工程的辅助钻孔, 用于通风、排水、运输、通讯、安装管线、爆破、取样、灌浆辅助施工等。

3 结语

随着科学技术的进步和国民经济的发展, 钻探工程在探查、开采以及施工等领域的应用将日益广泛, 并且与更多尖端科学项目的联系也更加密切, 如地壳科学深钻、南极极地钻探和月球表层钻探等, 科学的不断发展为钻探工程提供了一个更为广阔的应用前景, 甚至有可能对整个地学基础理论都提出挑战性的认识, 从而促使资源、新材料以及地质灾害的防治等领域有重大突破[3]。

参考文献

[1]王达.中国大陆科学钻探工程科钻—井钻探工程技术[M].北京:科学出版社, 2007.

[2]徐匡迪.工程师应不断提高自己的哲学思维能力[J].中国科院, 2006, 21 (3) .

钻进方法 第8篇

中国地调局探矿工艺所承担的地质调查项目“套管钻进技术研究”在四川省核工业地质局若尔盖矿区进行了生产试验,并取得了显著的效果。若尔盖矿区ZK3-1钻孔位于海拔3 900m的高原,为砂岩、板岩、炭质板岩和断层泥频繁交替地层,钻探中经常发生孔漏、孔垮、孔斜、断钻和埋钻等事故,在这种钻孔中进行试验风险极大。项目组经过精心组织和科学施工,从孔深75.12m开始实施Φ114套管钻进施工,中途因其他原因提钻1次,套管钻进一直进行到孔深251.30m结束,按照钻孔设计顺利完成该孔段复杂地层的施工任务,将Φ114套管跟进、固定在相对较完整的砂岩中,为下部孔段施工创造了良好的条件。本次套管钻进试验总进尺176.18m,时效≥1.35m,岩芯采取率≥93%,提钻间隔106.35m(240h),台月效率达到340m。试验钻具不仅经受了复杂地层的考验,还克服了超常规泥浆(固相含量>5%,粘度45～68s、含沙量>0.8%)等恶劣工艺条件的影响。试验表明,整个套管钻进系统性能稳定,未发生任何钻进故障。套管钻进试验不仅打破了该矿区不适宜绳索取芯钻进方法的神话,还创造了国内地质勘探极端复杂地层条件下长孔段套管取芯钻进的纪录,为地质勘探顺利穿越复杂地层提供了有效的钻进方法。

合水地区控压钻进技术应用 第9篇

(1) 合水地区为长庆油田陇东油区的主开发区, 该地区2013~2015年钻井389口, 发生溢流46起, 溢流井占钻井总口数的11.8%, 属于井控险情高发区域。

(2) 该地区注水井分布范围广、注水周期长、注水压力高达30 MPa, 导致发生溢流的部分井关井套压高、溢流物中含油气或有毒有害气体, 个别区域气油比超过100 m3/t。

(3) 该地区目的层延长组普遍存在井漏, 压井过程中密度窗口窄、易发生井漏, 因此井控险情处置难度大、风险高。

使用旋转防喷器在发生溢流后可以适当的提高钻井液密度, 通过井口控制一定的回压、使井底压力略小于地层压力继续钻进或边加重边钻进, 在降低溢流压井处置时间的同时能够有效的解决压井过程中的井漏 (孔隙压力与漏失压力窗口窄) 问题, 能够降低井控险情处置风险。因此, 在合水地区使用旋转防喷器进行控压钻进极具必要性。

2 控压钻进设备配套及安装

2.1 控压钻进井控装置配套

(1) 针对目前井控设备配套现状, 控压钻进井控设备配套中, 井口装置结构如下:

28-70 (244.5*139.7 mm套管头) +28-70*28-35 (转换法兰) +28-35 (四通) +2FZ28-35 (闸板防喷器) +FX28-7/14 (旋转防喷器) 。

(2) 旋转防喷器同时配套控制系统及节流阀控制箱, 其中:控制系统用于冷却、润滑旋转总成及液压开启旋转总成卡箍, 节流阀控制箱控制液动节流阀的开关以实现控压。

2.2 控压钻进井控装置安装要求

控压钻井井控设备安装及操作应严格执行总公司下发的《控压钻进操作规范》, 控压钻进设备安装完成后应与其他井控设备一同进行试压, 不同的是旋转防喷器除进行静密封试压后, 应接方钻杆开泵循环、启动转盘进行动密封试压, 达到试压要求;旋转防喷器出口管安装应有一定的坡度防止砂堵, 出口管固定平稳, 旋转防喷器控制系统及节流阀控制箱应有专人操作、维护。

3 合水地区控压钻进技术应用

3.1 控压钻进技术思路及工艺流程

发生溢流后关井, 读取套压、求取立压, 以掌握准确的地层压力 (孔隙压力) ;以注水井井口压力、套管脚漏失压力、溢流关井后套压及已钻井溢流处置等资料为依据, 确定钻井液密度和控压压力;在适当的加重钻井液密度的基础上, 使用旋转防喷器通过液动节流阀控制箱来控制节流阀的开启大小, 来控制井口回压的大小, 使井底压力等于或略小于地层压力, 即近平衡钻井;在钻进过程中根据钻井液密度变化、溢流量的大小、重新关井套压值等及时调整井口回压, 始终保持井底压力等于或略小于地层压力以连续安全钻进, 完钻后再加重压井, 在入窗点以下井段打重浆, 起钻进行完井作业。

发生溢流、关井后, 根据溢流性质及特征等因素综合考虑, 分三种情况、三种流程进行处置, 之后进行控压钻进至完钻, 加重压井恢复井底压力平衡, 起钻前在入窗点至井底打高密度浆, 起钻进行完井作业。

3.2 控压钻进技术应用

3.2.1 控压钻井技术应用统计

2015年合水地区使用3套FX28-7/14旋转防喷器, 分别在11支钻井队计16口井中安装使用, 其中7口井发生溢流、钻井液密度适当加重后进行了控压钻进, 9口井未发生溢流、但也进行了控压钻进;控压压力0.5~5 MPa, 控压钻进过程中未出现其它复杂情况。

3.2.2 控压钻井技术应用案例

(1) 基本情况。40565钻井队庄平22-3井, 位于合水县西华池镇孙家寨沟村樊家塬组。设计井深2 865 m、目的层长8、目的层设计密度1.05~1.25 g/cm3、设计靶前距412.9 m、设计水平段800 m。该井周围有3口注水井, 注水压力14 MPa。244.5 mm表套下深1 010 m, 封隔了洛河层。该井2015年8月25日5:20, 用密度1.25 g/cm3的钻井液钻进至井深1 738 m (垂深1702) 、井斜21°、长6组时发生溢流, 出水量2 m3, 钻井液密度由1.25 g/cm3下降到1.17 g/cm3, 监测无有毒有害气体, 天然气浓度50%。当前密度下的最大允许关井套压值为6 MPa, 关井套压5.5 MPa;求得立压2 MPa。

(2) 控压钻井情况。该井因天然气浓度50%、关井套压较高且接近允许关井值, 因此采取了第二种工艺方案, 即适当加重钻井液后进行控压钻进。钻井液密度从1.25 g/cm3加重到1.47 g/cm3 (平衡地层压力密度为1.49 g/cm3) , 之后控压钻进, 控压压力0.5~5 MPa、控压钻进进尺1 235 m;9月5日6:00钻井到2 973 m完钻, 完钻时钻井液密度1.60g/cm3, 完钻起钻前密度加重到1.66 g/cm3, 完井作业顺利。

3.2.3 控压钻井参数的确定

控压钻井参数的确定主要是控压值, 其它参数与常规钻井参数基本相同;控压钻井参数的确定主要依据关井套压值, 结合当前的钻井液密度值, 原则上是控压值应比关井套压小0.5~1 MPa, 同时钻进一定井段或者钻井液密度变化后应重新关井读取套压, 以便及时调整控压值。

3.3 控压钻井技术措施

在严格落实总公司《控压钻井技术规范》的基础上, 应重点落实以下措施。

①各次开钻前校正井口并固定牢靠, 防止旋转防喷器及胶芯偏磨;②出口管应高于振动筛入口并按一定坡度安装, 防止砂堵;③旋转防喷器控制系统应定岗定人定时操作, 确保旋转总成的冷却和润滑;④控压钻进50~100 m后应关井再次读取套压, 及时调整控压值;⑤当钻井液密度提高后应及时调整钻进控压值, 防止因控压值太高导致井漏;⑥控压钻进每天应检查冲洗一次内控管汇和套管头侧导流管线, 防止管汇及闸阀堵塞;⑦控压钻进过程中, 应加强井控坐岗及气体监测工作, 当气体含量较高时应果断压井;⑧完钻后加重压井, 起钻前在入窗点到水平段打入重浆塞;⑨起钻、下套管严格控制速度, 及时灌浆至井口;⑩下套管前再次检查冲洗一次内控管汇和套管头侧导流管线, 确保畅通;固井过程中发生溢流时, 应控制回压继续固井, 碰压后关井侯凝。

4 控压钻井效果分析

4.1 控压钻井缩短了溢流压井时间

(1) 安装旋转防喷器的井, 在钻井过程中发生溢流后可适当的提高钻井液密度或边控压钻进边加重;而未安装旋转防喷器的井, 发生溢流后大部分必须关井、配足量的加重浆进行压井后才能恢复钻进 (部分井溢流后边加重边钻进) , 因此控压钻进缩短了压井处置时间;溢流后控压钻井与其它溢流井相比, 溢流压井时间由13小时/口缩短到6小时/口, 缩短了7小时/口。

(2) 溢流后边加重边控压钻进, 加重浆密度递增式提高, 但由于井口控压, 加重浆密度小于平衡地层压力密度, 较小的加重浆密度有利于提高机械钻速, 因此, 相对溢流压井来说, 控压钻进提高了钻进速度。

4.2 控压钻井降低了溢流压井费用

由于溢流后在较短的时间内边加重边控压钻进, 同时加重浆密度小于平衡地层压力的当量密度, 用小于平衡地层压力的密度一直控压钻进到完钻, 再将钻井液加重到能够平衡地层压力且满足井控安全要求的密度值, 因此控压钻进同时降低了压井费用;溢流后控压钻井与其它溢流井相比, 压井费用略有下降。

4.3 控压钻进降低了井控险情处置风险

(1) 合水区块大部分水平井表层尽管封隔了易漏失的洛河层, 但由于水平段延长组普遍存在漏失的原因, 同时因现场条件等受限未储备足够的加重浆, 因此, 发生溢流后压井方法只能选择边循环边加重法这种压井工艺。

(2) 采用边循环边加重法压井过程较长、井口压力控制难度较大, 因此, 压井风险较大;而控压钻进可以把循环过程转变为钻进过程, 即边加重边控压钻进, 因此, 控压钻进特别适宜这种压井工艺过程, 在压井处置过程中可以“压而不死”, 能够避免压井过程中的井漏等风险。所以控压钻进降低了溢流处置过程中的安全风险。

5 控压钻进存在的问题及对策

5.1 胶芯密封易失效

目前使用的胶芯控压钻进约100 m后, 其密封效果变差, 胶芯密封处出现刺漏现象。因此应研制密封效果好、寿命长的胶芯。

5.2 节流阀控制箱套压表量程太大

旋转防喷器液动节流阀控制箱套压表量程为40MPa, 量程太大, 不符合压力表精确测量值为量程1/3~2/3的标准要求。应安装使用量程为8~10 MPa的压力表, 这样才能准确的显示实际套压值及有利于准确控压。

5.3 控压钻进未安装使用旋转总成方补芯, 不利于胶芯保护

控压钻进时, 方钻杆应先带动旋转总成方补芯, 再通过方补芯驱动旋转总成;而目前是方钻杆驱动旋转总成胶芯, 胶芯再驱动旋转总成旋转, 胶芯在密封方钻杆的情况下同时传递扭矩带动总成旋转, 不利于胶芯的保护, 又可能造成胶芯的早期失效。应安装使用旋转总成方补芯。

5.4 旋转防喷器安装位置较低导致钻井液出口低

因旋转防喷器安装位置低, 导致出口管低于振动筛入口高度, 在一定程度上加剧了胶芯刺漏的可能性, 也容易引起出口管砂堵。应在闸板防喷器与旋转防喷器之间增加占位法兰或套管短节, 增加旋转防喷器安装高度, 使其出口管高于振动筛入口, 在减缓胶芯刺漏的同时也有利于防止导管砂堵。

5.5 控压钻进易引起内控管汇及套管头侧导流管线堵塞

因控压钻进井口有回压, 易引起内控管汇、闸阀及套管头侧导流管线堵塞。应定期检查冲洗内控管汇、闸阀及套管头侧导流管线。

6 结论

(1) 控压钻进能够有效的缩短溢流处置时间。溢流后控压钻井与其它溢流井相比, 溢流处置时间缩短7小时/口。

(2) 控压钻进降低了井控险情处置风险。溢流后控压钻进将边加重边循环压井过程转变为边加重边钻进的过程, 即控压钻进;在溢流处置过程中井底压力小于地层压力, 溢流状态“压而不死”, 因此, 避免了溢流过程中的井漏等风险。

(3) 控压钻进能够降低溢流处置费用。

摘要：合水地区20132015年钻井发生溢流46起, 溢流占钻井总口数的11.8%, 属于井控险情高发区域。部分井关井套压高、溢流物中含油气或有毒有害气体, 同时该地区目的层易漏失, 井控险情处置难度大、风险高。为解决该地区溢流压井难度大、风险高的问题, 2015年在该地区16口井中进行了控压钻进。本文通过对该地区控压钻进技术应用分析, 形成了控压钻进设备配套模式、溢流控压钻进处置工艺流程、控压钻进参数规范及技术措施, 通过应用分析, 认为:在该地区进行控压钻进能够有效的解决溢流压井过程中的井漏等难度大、风险高的问题, 能够减少溢流压井处置时间和处置费用, 与其它溢流井相比, 控压钻进溢流处置时间缩短7小时/口;本文对今后控压钻进技术的应用具有一定的指导意义。