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岩心钻探工艺
唇面状态与钻速
唇面状态
唇面状态
0
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钻速
钻速
钻压过小
0 时间
钻压适中
时间
钻压对钻速、钻头唇面状态的影响
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岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
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
Reference SPE paper 28908.
• Eliminating or reducing fishing operations costing from 10 to 50,000 USD per day
• Improving drilling efficiency: more footage per bit, less trips in and out.
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）
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岩心钻探工艺
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
Ø 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
Ø 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。
Ø 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。
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岩心钻探工艺
钻杆、钻具
Ø 钻杆性能（最大扭矩—厂家测试数据、经 验数据）
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岩心钻探工艺
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
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更换动力机
岩心钻探工艺
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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。
During 20 minutes (150 to 1400 seconds) the WOB-Weight on Bit is increased from 6 to 8 tons,
causing two serious negative results. （3,800 meters ）
• the ROP-Rate of Penetration drops from an average of 12m/hr.
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
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岩心钻探工艺
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
岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
钻机
机械 功率
井深 井斜
钻柱-井眼
钻头-岩石
屈曲 摩阻 振动
WOB RPM 冲洗液 地层情况
总功率消耗N= N1+N2+N3
Ø 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。
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岩心钻探工艺
钻头性能评价
NBIT=N3/ROP
Ø N3-钻头与岩石之间的相互作用 Ø 在某一时段，可以假设钻头的性能和泥浆
性能变化很小 Ø 应取决于岩石性质和地层压力 Ø 当钻遇高压层时NBIT将明显减小 Ø 当钻头性能变坏时，NBIT将呈增加趋势
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岩心钻探工艺
对钻柱和井壁安全进行评价
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岩心钻探工艺
钻进工艺参数的优化
➢钻压 ➢转速 ➢流量
钻头唇面状态 地层孔壁状态
钻井液性能 孔底钻具状态
➢钻速 ➢扭矩 ➢振动
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岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
智能化钻井
Drilling Efficiency Improvements in Extended Wells Presented by Matthias Reich Leader Technical Services, Drilling Systems EH Drilling Engineering Association -Europe Third Quarter Meeting 1999
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岩心钻探工艺
实时优化决策
NROP=（N - N1）/ROP =（N2+N3）/ROP
Ø 代表了单位进尺所必须消耗的钻进能量（比能） Ø 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 Ø 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）
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岩心钻探工艺
FORDIA
9m/hr
6m/hr
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FORDIA
150RPI
250RPI
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• measured at a high sampling rate of 10 measurements per second,
• real time to visually display the "anomalies" on the driller's control monitor and on the Data Engineer's CRT Video.
岩心钻探工艺
设备
Ø 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
Ø 仪器仪表配备齐全、正常 Ø 定期检查维护（润滑油、温升、振
动），严禁带病工作
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岩心钻探工艺
特别对深孔钻机，功率 与孔深的匹配问题？
设备
Ø 钻机—功率配备、转速、扭矩、加压力、提升力 Ø 泥浆泵—功率、流量、泵压 Ø 钻塔—额定载荷、最大载荷、高度等 Ø 绳取绞车—提升速度、提升力 Ø 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）
Ø 钻杆弯曲、钻杆磨损 Ø 丝扣油、护丝接头、拧卸操作（浮动、自
由钳、上扣扭矩、密封性） Ø 钻具单动性、间隙调节、报信机构 Ø 卡簧匹配
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岩心钻探工艺
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。
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岩心钻探工艺
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岩心钻探工艺
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
Ø 孔壁稳定（漏失、缩径扩径、坍塌掉块等） Ø 取心率低（堵心、磨心、脱心） Ø 孔内事故（断钻、卡钻、埋钻）
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岩心钻探工艺
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）
岩心钻探工艺
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2020/11/11
岩心钻探工艺
关键环节
Ø 钻探技术方案设计 Ø 安全（设备、孔内、人员） Ø 钻进速度、回次长度 Ø 钻井液技术 Ø 钻进工艺参数（钻压、转速、流量） Ø 钻头选型及使用 Ø 操作经验、岗位责任 Ø 认真学习并遵守《2011钻探规程》
人为 事故 地层
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Ø N2—附加功率消耗
Ø 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。
Ø 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。
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最大比压 <1500N/cm2
岩心钻探工艺
Boart Longyear
The common recommendation
Ø200 - 250 RPI （转/英寸） [80 -100 RPC（转/厘米）]
换算为定切入量 Ø0.1-0.125 毫米/转
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岩心钻探工艺
定切入量钻进
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
<2
<3
<3
<1/3
<2
金刚石钻进
<2
<3
<1