岩心钻探工艺

金刚石岩心钻探工艺技术地质超深钻探技术国家专业实验室段用2011年关键环节钻探技术方案设计安全（设备、孔内、人员）钻进速度、回次长度钻井液技术钻进工艺参数（钻压、转速、流量）钻头选型及使用操作经验、岗位责任认真学习并遵守《2011钻探规程》人为事故地层设备熟悉钻机、泥浆泵、钻塔、绳取绞车等主要设备的性能、结构特点、工作原理仪器仪表配备齐全、正常定期检查维护（润滑油、温升、振动），严禁带病工作设备钻机—功率配备、转速、扭矩、加压力、提升力泥浆泵—功率、流量、泵压钻塔—额定载荷、最大载荷、高度等绳取绞车—提升速度、提升力仪器仪表—钻压、泵压、电压、电流等（最好配备钻速、扭矩、流量、转速等）特别对深孔钻机，功率与孔深的匹配问题？功率配备、功率消耗问题•钻进过程中，总功率都消耗在哪？•深孔钻机的动力机功率配备大，额定输出扭矩大，浅部钻进时，易造成钻杆超负荷使用更换动力机钻头克服水平摩阻力所需功率P1；钻具在循环泥浆中自转所消耗的功率P2；钻具反转时克服循环液阻力消耗的功率P3；钻具克服孔壁摩阻力消耗功率P4；钻具纵向振动消耗的功率P5；钻具横向振动消耗功率及其他消耗功率P6。P114%P25%P32%P425%P534%P620%P1P2P3P4P5P6123221311130.310002/qDmEIRrLArglRrqDLAEI空转功率千瓦摩擦系数钻杆轴单位长度上的压力回转角速度钻杆轴回转半径（钻杆半径或井筒半径）钻杆和孔壁的间隙每米钻杆重量，公斤米ｇ－重力加速度ｍ钻杆柱重量井筒直径钻杆长度（钻孔深度），米－考虑振动幅值和频率在不同长度上的变化的比例系数－钻杆150350１柱刚度ｌ－振动钻柱的长度，一般为米钻头-岩石钻机RPMWOB冲洗液地层情况井深钻柱-井眼井斜屈曲振动摩阻机械功率总功率消耗N=N1+N2+N3N1—钻柱空转功率消耗取决于钻井深度、钻柱结构参数、井斜状态、井身结构、泥浆性能和转速等。通过理论计算或实际测量而比较容易获得。N2—附加功率消耗施加钻压后（下部钻柱发生屈曲而接触井壁，产生摩擦阻力并引发各种振动）所造成的。主要由钻压、转速、钻具结构、泥浆性能和井壁状况等因素决定，特别是钻进规程参数和振动规程的强弱对其影响很大。理论计算或实际测量都有一定难度。N3—井底钻头破碎岩石所消耗的功率主要取决于钻头性能和所钻地层的性质。实时优化决策NROP=（N-N1）/ROP=（N2+N3）/ROP代表了单位进尺所必须消耗的钻进能量（比能）在一定条件下，通过调节钻进规程参数、钻具组合或泥浆性能，可以使NROP达到极小值获得最好的钻进效果（钻进效率高、钻头寿命长、钻柱和井壁安全、井眼轨迹偏斜小）钻头性能评价NBIT=N3/ROPN3-钻头与岩石之间的相互作用在某一时段，可以假设钻头的性能和泥浆性能变化很小应取决于岩石性质和地层压力当钻遇高压层时NBIT将明显减小当钻头性能变坏时，NBIT将呈增加趋势对钻柱和井壁安全进行评价N1+N2基本上都消耗在钻柱-井眼部分，对钻柱和井壁构成危险在一定的条件下，N1+N2应该存在一个临界值，保证钻柱和井壁的安全。根据N1可以判断井下其它工况如井眼偏斜程度、泥浆润滑性能等。钻杆、钻具钻杆性能（最大扭矩—厂家测试数据、经验数据）钻杆弯曲、钻杆磨损丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、上扣扭矩、密封性）钻具单动性、间隙调节、报信机构卡簧匹配钻杆的动扭矩（惯性转矩）问题深孔中高速旋转的钻杆在遇到卡钻时，会产生较大的动扭矩，造成钻杆过载或折断。dtdnGDTTj3752dtdΩJTTj60nπ2Ω4gGDρmJ22煤炭地质钻探规程岩心钻探规程表11管材磨损和弯曲最大允许限度单位为毫米钻进方法钻杆岩心管直径单边磨损直径均匀磨损任意每米长度弯曲磨损为壁厚每米弯曲硬质合金钻进2331/32金刚石钻进2311/30.75绳索取心钻进11.511/30.75钻进过程的操作1、“摸、闻、观”结合，及时发现设备或孔内异常工况手摸—反应最快，了解设备运转时的振动情况、钻进速度变化等耳闻—反应次之，了解设备运转时的振动情况眼观—反应最慢，钻速、钻压、泵压、电流（扭矩、功率）、返水情况等钻进过程的操作2、平稳起动、平稳调节3、顺利下钻距孔底约1.0m左右，送水并轻压慢转扫孔4、正常钻进时（包括倒杆），严禁中途将钻具提离孔底5、浅孔倒杆时，防止冲洗液将钻具浮起而造成岩心堵塞6、严禁在钻头提离孔底时高速旋转钻杆，以防反扣事故起下钻过程的操作1、机上余尺的丈量与记录2、随时观察孔口夹持器工作状态，严禁卸钻杆时孔内钻杆反转，造成脱扣跑钻事故3、提钻回灌（最好养成习惯）4、提下钻过程中的阻力变化5、操作要平稳（提下钻速度、钻杆的摆放等）6、丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自由钳、上扣扭矩）7、检查钻杆（丝扣、裂纹、弯曲、磨损、密封）取心操作1、卡簧取心—卡簧尺寸（每次仔细测量、用上回次岩心试验），卡簧自由内径应比钻头内径小0.3～0.5mm（岩心、煤炭规程）2、采用立轴或动力头实现“提—卡—扭”，严禁取心钻具的内管受力3、绳索取心—钻具组装与调试（单动性、卡簧座间隙、报信机构等）、投放到位、提升速度与阻力（0.5m/s～2m/s）、钻杆内壁结垢、干孔投放等复杂地层问题松散软、硬脆碎、水敏地层等怕振动、怕冲刷、怕磨损孔壁稳定（漏失、缩径扩径、坍塌掉块等）取心率低（堵心、磨心、脱心）孔内事故（断钻、卡钻、埋钻）复杂地层钻进关键技术措施1、钻井液技术2、套管程序设计3、非标钻头（钻头外径适当增大、底喷钻头等）4、增大卡簧自由内径，防止岩心堵塞5、液动锤技术（硬脆碎地层防止堵心）6、压卡取心机构、活塞取心机构等（松软地层防止岩心脱落）7、三层管钻具（衬管为透明管或半合管）8、提下钻速度慢而稳，减少压力激动9、必须回灌打滑地层问题1、优选钻头—胎体硬度、金刚石品级、粒度、浓度、水口、唇面形状等2、优化钻进参数—定切入量钻进，加大钻压，减小转速，减小泵量3、特别强调，回次钻进开始时的钻压和切入量（钻速）过低会很快造成钻头“抛光”3、液动锤钻进技术4、孔底投入磨料5、提钻处理（喷砂、砂轮打磨、砂子研磨、酸腐蚀等）孔斜问题地层造斜特性及其规律钻具组合钻进规程参数钻孔轨迹测量纠斜方法钻进工艺参数的优化钻压转速流量钻速扭矩振动钻头唇面状态孔底钻具状态地层孔壁状态钻井液性能智能化钻井DrillingEfficiencyImprovementsinExtendedWellsPresentedbyMatthiasReichLeaderTechnicalServices,DrillingSystemsEHDrillingEngineeringAssociation-EuropeThirdQuarterMeeting1999•Eliminatingorreducingfishingoperationscostingfrom10to50,000USDperday•Improvingdrillingefficiency:morefootageperbit,lesstripsinandout.•measuredatahighsamplingrateof10measurementspersecond,•realtimetovisuallydisplaytheanomaliesonthedriller'scontrolmonitorandontheDataEngineer'sCRTVideo.RealTimeDetectionofDownholeStringVibrationstoPreventDrillingStringFailuresandTwist-OffFIELDEXAMPLEFIELDEXAMPLEDuring20minutes(150to1400seconds)theWOB-WeightonBitisincreasedfrom6to8tons,causingtwoseriousnegativeresults.（3,800meters）•theROP-RateofPenetrationdropsfromanaverageof12m/hr.•aseverestick-slipsituationdevelopswithanincreasedriskoftwisting-offthepipes.•AssoonastheWOBisreducedtheROPincreasesto12m/hrandthestick-slipdisappears.SDC-StringDynamicsControlReferenceSPEpaper28908.钻压的选择钻压钻速钻头磨损最优钻压0图2.3-6钻速、钻头磨损与钻压的关系唇面状态•影响钻头唇面状态-金刚石被磨钝-锐化，钻压在一定程度上控制钻头的磨钝和锐化过程。•钻压太低，钻进效率低，金刚石被磨钝后，难于脱落或破碎，新的金刚石难于出露，最终使钻头抛光失去继续钻进能力。•钻压太大，钻头过度磨损，缩短钻头寿命；钻进扭矩加大，使钻杆承受过大负荷，严重时造成断钻事故等。唇面状态与钻速时间钻速唇面状态钻压适中0时间钻速唇面状态钻压过小0钻压对钻速、钻头唇面状态的影响过度磨损•钻速过快（切入量大）•钻压过大或转速过低•冲洗液流量过小•钻头胎体太软钻头抛光•钻速过低（切入量小）•钻压过小或转速过高•冲洗液流量过大•钻头胎体太硬theminimumvalueisaconstantof1280lbs/inch2.最小比压900N/cm2《2011钻探规程》孕镶钻头单位压力为：400～800N/cm2最大比压1500N/cm2Thecommonrecommendation200-250RPI（转/英寸）[80-100RPC（转/厘米）]换算为定切入量0.1-0.125毫米/转BoartLongyear定切入量钻进定切入量钻进可以有效地防止钻头抛光，达到较高的钻速，减小钻头磨损。是比较合理的钻进方法。时间钻速0定切入量钻进切入量和钻压的变化切入量钻压实验结果0.08-0.12毫米/转0.10-0.125毫米/转FORDIA6m/hr9m/hrFORDIA150RPI250RPIHobicDiamondTools工况识别-金刚石钻进烧钻-钻速先↑后↓，扭矩↑；原因：断水、泵量过小、钻杆漏失、钻压过大、钻速过快、地层由硬→软等；办法：？？？钻头抛光-钻速逐渐↓，钻压逐渐↑，扭矩一般逐渐↓；原因：地层致密坚硬、回次开始钻压过低（钻速低）、钻头不合适、水量过大等；解决办法：？？？工况识别-金刚石钻进卡钻-钻速↓，钻压↑，扭矩↑；原因：地层破碎、缩径？孔内清洗不干净？钻孔弯曲过大？；解决办法：？？？断钻-钻速↓，泵压↓，扭矩↓；原因：扭矩（钻压）过大？钻孔弯曲过大？钻杆有缺陷？解决办法：？？？岩心堵塞-钻速↓，钻压↑，扭矩↓；原因：地层破碎？岩心管满？钻头内径磨损？孔底清洗不干净？卡黄不合适？；解决办法：？？？转速的确定•孕镶钻头-微切削-高钻速•钻速与转速成正比增加•钻头的磨损则比较复杂，转速太高由于摩擦、发热等可能会加快钻头磨损。•转速-避开设备和钻杆的共振频率区，保证设备和钻杆能平稳运转。•钻压和转速应综合考虑设备能力、钻杆能力、孔内条件和泥浆润滑状况等其它许多因素。转速钻速0钻速与转速的关系THEPROFESSIONALDIAMONDDRILLER转速孕镶金刚石钻头底唇面的线速度范围为1.5～3.0米/秒。正常钻进时，应在机械能力、管材强度允许的前提下，尽可能提高转速。在孔深、钻孔弯曲、超径的情况下或钻进强研磨性、破碎岩层时，转速应适当降低考虑惯性扭矩的作用，深孔适当降低转速转速表12金刚石钻进转速选择参照表单位为转每分钻头种类钻头规格（mm）A(46)B(59)N(75)H(9