工程钻探实例.pptx

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-3孔地质工程1204班 王少华0. 前言WFSD-3孔于 2009年12月8日正式开钻，2012年2月21日终孔，历经2年零3个月，攻克了罕见复杂地层钻进、大直径取心和高地应力下钻孔护壁等重重技术难关，圆满完成了施工任务。验收结果表明，各项技术质量指标完全满足合同要求，达到了地学研究和工程的目的。一.概述汶川地震断裂带科学钻探3号孔（WFSD-3）是汶川地震断裂带科学钻探项目的5个科学钻探孔之一，由安徽省地质矿产勘查局313地质队承担施工任务。 WFSD-3孔原设计深度1200m，因地学研究需 要进行了加深，实际终孔孔深1502.30ｍ，终孔口径77mm。2.施工技术要求与条件2.1 施工技术要求（１）钻孔深度：1200m（变更至1500m）； （２）钻孔倾角：90°（垂直孔）； （３）终孔直径：150mm（1200m孔深后变更为?100、77ｍｍ）；（４）取心要求：全孔连续取心钻进，全孔岩心采 取率≥85％，对地学研究起关键作用孔段的岩心采 取率≮85％，岩心保持原状；（５）岩心直径：≥85mm（1200m孔深后岩心直径变更为?75、50mm）； （６）孔斜要求：钻孔终孔顶角≤10°，最大“狗腿”度2°/30m； （７）完井要求：上部孔段下套管，底部孔段为裸眼（变更后下入筛管）。2.2 施工条件该孔所钻进的岩层主要为：侏罗系，粉砂岩含砾砂岩，泥岩互层；三叠系，岩屑砂岩、碳质页岩或煤 线、泥灰岩、煤层、断层泥等。各地层通过历史上多次强烈地震，岩层十分破碎，地层应力很大，造成钻孔缩径，坍塌严重，并伴有涌水，漏失等复杂情况。施工中主要关键技术难题有：（1）钻孔设计在地震断裂带上，几乎全孔的岩层非常破碎，钻进过程中，冲洗液极易将破碎岩心冲蚀掉。 （2）地震断裂地层处于一种高应力状态。当钻孔形成后，破坏了岩层内部应力平衡状态，在地应力的作用下，岩层发生膨胀，孔壁失稳，断层发生蠕动，导致钻孔严重缩径。 （３）断层泥的强粘滞性。断层泥颗粒很细，比表面积很大，结果导致断层泥滞力强和摩擦阻力大。特别是在高地应力条件下，断层泥更容易粘附在钻具上，对钻具形成强烈的粘滞作用，使得钻具活动受阻，造成严重的粘滞卡钻。 （４）地层破碎易造成孔壁超径和掉块卡钻。 （５）断裂带地层钻进钻孔遇到漏水、涌水，使钻孔压力失去平衡，钻孔坍塌缩径严重。 （６）在断裂带地层采用大直径取心，且全孔采取不扰动岩心，岩心采取率必须达到85%以上，目前尚无成熟可靠的取心机具。 （７）断裂带破碎地层钻进需下多层套管，对钻孔保直性要求严格。 （８）深孔段下套管，小间隙套管固井及长孔段活动套管的安放、提拔和安全钻进问题。3.主要施工设备及机具 3.1 主要设备 钻机：HXY－8、XY—8B型； 钻塔：ZT22A型； 泥浆泵：BW—320、ZBW600/60、BW300/12B、TBW—850/5A 、BW—1200A型； 柴油发电机：250KW； 固控离心机：TGLW350—692T型； 除泥清洁器：HM—100*４—Ｃ型； 防喷器：SFZ23—21型； 测斜仪：KXP—2D型； 旋流振动筛、泥浆搅拌机、钻孔录井装置、动力钳、吊钳、套管头、油压千斤顶等。3.2主要机具钻杆：?89、73、60.3、50、73mm反丝钻杆；钻铤：?159、121、105mm；钻具：半合管钻具（WX150、SDB150、KZ150、SDB122 、KZ122、SDB100、SDB77）、S77绳索取心钻具； 液动潜孔锤等其它工具。4.钻探工艺技术4.1 钻孔结构与套管程序 一开：?150mm取心钻进至孔深26.01m，用?311mm扩孔至23.5m，下入?273mm套管至孔深23.50并固井； 二开：?150mm取心钻进至孔深450.07m，用?256mm扩孔至407.5m，下入?219mm套管并固井； 三开：?150mm取心钻进至孔深1186.77m，用?200mm扩孔至816.26m，下入?168mm套管至孔深815.29m并固井； 四开：?122mm取心钻进至孔深1202.57m，用?152mm扩孔至1186.87m，下入?127mm套管至1180.66m并固井； 五开：?100mm取心钻进至孔深1404.53m，下入?89mm尾管至1404.53m并固井； 六开：?77mm取心钻进至孔深1502.3m，下入?73mm筛管到底，换浆洗井。钻孔结构如图1所示。 图1 WFSD-3孔实际钻孔结构和套管程序4.2 钻进方法与取心技术钻孔在不同孔段分别采用?150、122、100mm金刚石、复合片和硬质合金钻进，取心采用半合管钻具，?77mm口径采用金刚石绳索取心钻具提钻取心钻进。扩孔：一开、二开、三开用带导向牙轮钻头或带导向复合片钻头加?159mm钻铤