海口108地质套管 岩心管
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关 键 词：海口108地质套管
行 业：建材 管材管件 无缝管
发布时间：2021-08-06
复杂地层钻探因其地层稳定性差，钻孔垮塌、掉块、缩径和超径等钻进故障非常普遍，严重影响着钻探工程质量和钻探效率。这一难题，服务地调主战场，成为了地勘单位尤其是钻探工艺研究单位苦苦追求的目标。
现如今，地质调查项目成果报告——川东州河流域地质灾害调查与防治示范（原项目名称：套管钻进技术在西部地区成矿带找矿中的应用示范）成果报告的提交，标志着我国在复杂地层钻探技术方面取得了重大突破，也意味着向深地进军又增加了一把利器。
复杂地层钻进究竟难在哪？中国地质科学院探矿工艺研究所又是如何依靠科技创新来攻克这一难题的呢？近日，中国矿业报记者赶赴西南重镇成都，进行了实地采访。
复杂地层：钻进的“老大难”
长期以来，复杂地层钻进难问题一直困扰着我国的地质勘查工作。
“套管护壁是缓解复杂地层钻进的有效措施，但传统的套管护壁工艺的有效性是建立在对地层全面了解的基础上，设计复杂的（多层套管）钻孔结构。”中国地质科学院探矿工艺研究所所长胡时友介绍，地质钻探属于探索性工作，实际与设计往往不相符。施工中，由于复杂地层的深度和厚度的不可预见性，裸孔钻进很难有效穿越复杂地层，即使钻穿地层，提钻和下套管过程中，钻孔垮塌等故障难免，导致套管难下至有效孔深。
实际上，在石油钻井行业，套管钻进技术早就开始推广应用。早在20世纪50年代，国外石油企业就有了套管钻井的设想，但受当时技术装备条件限制而未能实现。20世纪90年代，随着新技术、新工艺、新材料、新方法等的大力推广应用，套管钻井技术逐渐发展成熟，并在国外石油钻井工程中广泛应用。
多年来一直致力于钻探工艺研究的中国地质科学院探矿工艺研究所教授级吴金生说，石油钻井行业称的套管钻井和地质勘探行业称的套管钻进其实是一回事。套管钻井是石油钻井行业现代发展的一种全新的钻井技术，其实质是采用套管代替传统钻杆柱传递机械能量和水力能量，驱动井底钻具旋转钻进。钻井施工中，无需起下钻，而是通过套管柱的内通道，利用钢绳投捞更换井下钻具，实现边钻边下套管。完钻后提出井底钻具，套管柱则留在井内作为完井套管。
直到2007年，我国吉林油田、大庆油田、大港油田、中国石油集团公司钻井研究院和管材研究所5个单位联合开展国家863项目 “套管钻井技术”的研究，成功研究了“转盘钻井驱动方式的浅开发井套管钻井工具配套系统”，完成了46口井的现场应用，钻进井深1000米。
“该术将钻进和下套管两道工序合并成一个作业工序，无需起下钻作业，采用随钻下套管方法把井下复杂问题减小到程度。与传统钻井方法相比，套管钻井具有明显的优势，是钻井工程的一次技术性革命，能为油田经营者带来巨大的经济效益。”吴金生介绍。
然而，这些国内外套管钻井，均属于石油钻井行业领域的套管钻井技术，普遍不具备连续采取岩心能力，而且钻具（钻井）直径较大，在套管直径小于某一标准的情况下，难以实现不提钻更换井底钻具，不适用于地质勘探领域的岩心钻探。
“而地质勘探套管钻进是借鉴石油钻井行业的套管钻井技术，结合岩心钻探特点，例如地层较复杂且软硬悬殊、全孔采集岩心、钻孔直径较小、钻头寿命较短、起下钻频繁等，在绳索取心钻进技术的平台上，提出的一种钻探新方法，其目的是采用随钻下套管工艺，有效钻穿地层，为下部钻孔施工创造良好条件。”川东州河流域地质灾害调查与防治示范项目负责人钱锋说。
事实上，对小直径钻孔的套管钻进技术，国外也早就有所研究，但并没有取得成功。
深井（套管）换热技术通过在单井内进行水循环，以“取热不取水”的形式开发地热能，受到广泛关注。在水热型条件较差或者有条件进行废弃井改造的热田，具有一定的应用价值。但由于其换热量较低，发展受到制约。开展深井换热系统的优化设计，对提高其换热量，降低开采成本十分重要。那么，对投资商或者用户来说，该如何进行设计（井径多大、内管直径多大、循环流量多少，用什么样的材料等等）？
中国科学院地质与地球物理研究所中德地热中心汪集阳院士团队，针对以上问题，评估了短期（4个月）采热情景下，不同的深井换热设计参数对其换热性能的影响。同时基于经济性分析（平均换热成本），建立了优化方法，给出了不同岩石储层下的优参数设计。原文发表在国际SCI刊物《Geothermal Energy – Science, Society and Technology》上。
研究结果表明：
(1)外管直径（图1）、井深及循环流量对换热功率的影响较大，相比之下，固井水泥导热系数、内管直径及外管管壁的导热系数对换热功率的影响较小。
(2)为了获得优的深井换热系统参数设计，这些设计参数需要同时进行调整优化。利用所提出的优化方法能获得优设计，并且经过优化之后，深井换热系统的性能可以提高约20%。
(3)在文中给定的情景下，经济的外管直径为0.220m，相应的内管直径为0.1544m。对于给定的内外管直径，优的外管材料、循环流量以及固井水泥材料会随着井深和地质条件的改变而改变
回次岩（矿）心采取率＝本回次提取的岩心总长／本回次进尺数×100％
若回次岩心采取率超过100％，即岩心总长大于回次进尺时，一般皆为残留岩心所引起。其处理方法是：进尺数不变，修改岩心实长数字，将回次岩心采取率超过100％的部分（即岩心实长比回次进尺多出的部分），依次往上一回次推。若上一回次的岩心实长由于加上推上来的岩心长比进尺数大，回次岩心采取率又超过100％时，继续往上推，一般只能往上推三个回次，如果回次岩心采取率仍大于100％时，则通知机长或当班班长查明原因。
（2）分层岩（矿）心采取率的计算
分层岩（矿）心＝分层各回次取出的岩心总长／（分层下界孔深－分层上界孔深）×100％。岩心采取率全孔大于70％，矿层及顶底板围岩5米内采取率大于80％。
（3）换层孔深计算方法
一个回次内换层有下列两种情况：①．本回次换层位置小于岩心长度的50％时：a 无残留岩心时：换层孔深＝上回次终止孔深＋本回次上层岩心长／本回次采取率；b有残留岩心时：换层孔深＝上回次孔深－上回次残留岩心长＋本回次上层岩心长／本回次岩心采取率；②．本回次换层位置大于岩心长度的50％时：a 无残留岩心时：换层孔深＝本回次终止孔深－本回次下层岩心长／本回次采取率；b有残留岩心时：换层孔深＝本回次孔深－本回次残留岩心长－本回次下层岩心长／本回次岩心采取率。
两个回次内换层：换层孔深＝上回次终止孔深-上回次残留岩心长/上回次岩心采取率。
空回次内换层：换层孔深＝上回次终止孔深+空回次进尺的二分之一（是否二分之一，可根据具体情况而定）。
3．钻孔天顶角、方位角测量及要求
钻孔天顶角、方位角一般要求斜孔每钻进50米，直孔每钻进100米测量一次钻孔天顶角和方位角（当天顶角弯曲超过5度时，测斜间距应按斜孔对待）。钻孔换径或见主矿体时，均应加测天顶角和方位角。天顶角弯曲每百米要求：直孔不超过2度，斜孔不超过3度。
4．钻孔孔深测量及要求
孔深验证每钻进100米或见主矿层、重要标志层、下套管前和终孔后均需用钢卷尺丈量钻具，验证孔深。孔深校正允许误差为千分之一，超出允许误差时，查找原因并及时清除。
5．简易水文观测及要求
简易水文观测包括孔内静止水位，冲洗液消耗量，涌水位置、涌水量及水头高度，漏失位置和漏失量等。视具体情况（涌水、漏水、坍塌、缩径、溶洞等）与分队技术负责协商向机台提出简易水文观测的具体内容。
