复杂地层钻探新工艺技术研究与开发

项目包括5项研究成果：1、复杂地层钻进护壁堵漏技术。解决了绿泥石化等水敏性地层钻进时缩径垮塌的技术难题。2、复杂地层新型取心及配套钻具。该取心钻具分为两种：一种是提钻式双管强制取心钻具用于浅孔，一种是绳打捞式双管强制取心钻具，主要用于深孔。3、提高复杂地层钻进效率的新型冲击钻探机具，即新型孔底电动冲击器及绳索取心液动锤。该钻探机具结构简单、对钻井液无任何要求、可在大顶角斜孔和水平孔中使用、可根据所钻进岩性在地面调节冲击频率和冲击功等参数。4、复杂地层高精度超难度垂直孔钻探工艺技术。研制出四种专用钻头及扩孔钻具，总结提炼了一种新型固井工艺法——二次注浆工艺法，通过设计专用工具，实现了二次注浆，解决了钻孔小间隙固井的难题，为以后相类似工程（如供水井、水文井、地热井等）的固井作用提供了技术支撑，通过具体项目的不断实践，研制成功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，并总结形成了一整套相应的成井工艺。5、深孔钻探多层采空区（溶洞群）组合工艺穿越技术。形成了一整套多层采空区（溶洞群）组合工艺穿越技术方法，建立了一套止流屏障法堵漏工艺，创新了一套飞管坐挂工艺流程，摸索运用了钻杆直接替代套管护壁技术方法，真正建立起一套能承受正负压差的封隔层，实现了洞穴式恶性漏失层的快速安全钻进。同时研制了两种不同型号的地质钻探卡埋钻质量加速器，为解决采空区、溶洞类复杂地层钻进中的卡埋钻及套管回收提供新的工艺方法。 2100433B

钻探是地质找矿、基础地质研究及资源开发等的重要手段之一。冲洗液被誉为钻探的“血液”，其技术水平的高低是钻探技术水平高低的重要标志。由于地层复杂及地质钻探小井眼、绳索取心等条件限制，施工过程中，钻孔报废或达不到设计深度、取心质量差、钻进效率低等问题屡见不鲜，且多数与冲洗液使用有关。项目目标正是针对上述难题研发适应地质钻探特点的复杂地层冲洗液护壁、护心及堵漏关键技术，解决复杂地层钻进面临的孔壁失稳、冲洗液漏失及低取心率三大技术难题，更好地为国家资源勘查及科学钻探提供技术支撑。

北京探矿工程研究所、山东省鲁北地质工程勘察院及中煤华盛工程公司经过多年的探索与研究，攻克了诸多冲洗液关键技术，形成了一套适应地质钻探特点的复杂地层护壁、护心及堵漏系列工艺技术。项目获国家发明专利6项、实用新型专利2项，国家重点新产品1项，出版专著2部，发表论文63篇，获中国地质调查局等行业科技成果一等奖2项，三等奖1项。项目主要创新成果有：

（1）研制了多功能剂（MBM）、防塌减阻剂（GFT）、成膜剂及抗盐增粘剂（GTQ）等9种新型泥浆材料，增加了钻探冲洗液材料的种类，为新型护壁、护心冲洗液体系研究打下了坚实的基础。

（2）研发了用于不同复杂地层钻进的系列冲洗液护壁、护心技术，解决了复杂地层钻进孔壁失稳、取心质量差等技术难题，为地质钻探提供了新的有效解决复杂地层钻进问题的新方法，促进了绳索取心钻进技术在复杂地层中的应用。研发了成膜护壁冲洗液技术，解决了行业公认的难稳定地层—炭质千枚岩等分散剥落地层、松散地层孔壁失稳、取心率低的难题，实现了水基冲洗液性能的突破；研发了强抑溶冲洗液技术，成功替代了油基冲洗液，解决了钾盐钻探过程中光卤石、溢晶石等强溶蚀性地层取心难、成本高及环境污染等难题；研发了高温冲洗液技术，解决了干热岩等高温钻探护壁及井眼清洁等难题。

（3）研发了溶胀型随钻堵漏剂、高失水堵漏剂、成膜堵漏剂、有机凝胶及快速固结堵漏配方，研发了孔口密封装置及用于不同漏失条件的随钻堵漏、高失水堵漏、交联成膜堵漏、化学触变堵漏及凝胶隔水堵漏工艺，形成了适应地质钻探小井眼特点的系列快速堵漏技术。其中化学触变、快速凝胶堵漏技术实现了小井眼堵漏技术的突破。

（4）将流变学理论、孔壁稳定理论与绳索取心钻进及现场施工工艺紧密结合，并从冲洗液、钻孔结构设计及施工工艺等方面提出了复杂地层绳索取心钻探稳定孔壁的措施与方法，编写专著《地质钻探冲洗液技术》和《地质钻探复杂地层冲洗液对策及应用案例》。

本成果已在166家单位、4000余个钻孔中得到广泛应用，工作量达400余万米，其中在73个矿区、276个钻孔中的示范应用达23万米，涵盖金属矿、煤炭、煤层气、页岩气、钾盐、干热岩及科学钻探等，为完成单位和应用单位带来显著的经济效益，引领了地质钻探冲洗液技术的发展，推动了钻探技术的进步。 2100433B