La situación actual de la perforación científica y la extracción de muestras de pozos ultraprofundos en el país y en el extranjero
La antigua Unión Soviética concedió gran importancia al papel de la perforación científica en la investigación geológica profunda e implementó el plan de perforación científica más grande del mundo. Se han perforado alrededor de 10 pozos ultraprofundos que superan los 6.000 m. Entre ellos, el pozo SG-3 en la península de Kola ocupa el primer lugar en el mundo con una profundidad de 12.262 m. Por lo tanto, el pozo SG-3 es el pozo de perforación científica más valioso. en la implementación por parte de China de pozos científicos ultraprofundos de 13.000 m, vale la pena aprender de su información estratigráfica y sus métodos de extracción de muestras.
1.1.1.1 Método de perforación para romper rocas
El diámetro final del pozo de la perforación científica por encima de los 4000 m en la antigua Unión Soviética se diseñó generalmente para ser de 216 mm. La perforación con núcleo de este diámetro pertenece a la perforación con núcleo de gran diámetro y la principal herramienta de perforación utilizada es una broca cónica de rodillo. Durante la perforación de pozos ultraprofundos en Kola, Ural y Satli, se llevaron a cabo pruebas comparativas de varias brocas de diamante y brocas de cono giratorio, ya que el nivel técnico de las brocas de diamante en ese momento era todavía muy pobre, y estas últimas resultó ser mejor. Por ejemplo, en el pozo ultraprofundo de los Urales, la broca Slavujic (una especie de cuerpo sinterizado de diamante) tiene una eficiencia de perforación de 0,2 ~ 0,3 m/h y una vida útil de 30 m. Las brocas de diamante de montaje en superficie son menos efectivas; las brocas de cono de rodillo tienen una eficiencia de perforación de 1 ~ 1,5 m/h y una vida útil de 7 ~ 10 m, lo que cumple con los requisitos generales de longitud de retorno (aproximadamente 8 m).
En la formación rocosa mixta de gneis, hornblenda y granito en el Pozo SG-3, el efecto de aplicación del uso de una broca de extracción de muestras cónica de 216×60 mm es: la tasa de penetración mecánica promedio de 1217 ciclos de extracción de muestras es de 1,8 m/ h, la velocidad media de perforación mecánica es de 7,6 m, pero la tasa de extracción de núcleos de la broca de perforación con rodillo es muy alta.
1.1.1.2 Métodos y herramientas de extracción de núcleos
Aunque se extrajo el núcleo de casi todo el pozo durante la construcción del pozo SG-3, todavía se utilizó la perforación de elevación para recuperar el núcleo, y No se utilizó núcleo de cuerda. Las razones son: ① La vida útil de la broca de cono de rodillo es de sólo unos 10 m, y el metraje de retorno del "dispositivo de extracción de muestras hidráulica" puede alcanzar unos 8 m. No tiene sentido y es necesario utilizar una extracción de muestras con cuerda; Perforación de núcleos, el núcleo es fácil de perforar. Si está bloqueado, la longitud del metraje solo puede alcanzar 3 ~ 5 m ③ La tasa de recolección de núcleos del "muestreador de núcleos hidráulico" es mejor que la de la extracción de núcleos con cuerda.
1.1.1.3 Muestreador de núcleos hidráulico
En la zona de tensión tectónica de la roca cristalina, la roca se encuentra severamente rota. Especialmente en secciones de pozos ultraprofundos, la liberación de tensión in situ hace que el núcleo se rompa, convirtiéndolo en finas rodajas y fragmentos. Por lo tanto, la extracción de muestras de rocas cristalinas en pozos ultraprofundos es un problema técnico importante. Además, el efecto de extracción de muestras de las brocas de cono de rodillo es deficiente, por lo que cuando se utilizan perforadoras de extracción de muestras generales en esta situación, la tasa de extracción de muestras es muy baja. Después de una exploración gradual y una práctica repetida, la ex Unión Soviética desarrolló un "dispositivo de extracción de núcleos hidráulico" que puede lograr la circulación inversa local del fluido de perforación en el fondo del pozo, promover el movimiento ascendente del núcleo y transportar el núcleo al núcleo cerrado. cámara de retención en el extremo inferior. El núcleo que ingresa a esta cámara ciertamente no se caerá durante el proceso de perforación. Este sistema de extracción de muestras, MAT, se ha convertido en una serie. Después de mejorar y mejorar, el efecto es muy bueno y ha sido promovido y utilizado en otros pozos ultraprofundos.
1.1.2 El Departamento de Ingeniería de Perforación Científica de China continental perforó un pozo.
El pozo CCSD-1 es el pozo de perforación científica más profundo de China y el más profundo en perforación científica continental internacional de los últimos años. Se trata de un pozo de extracción de muestras de pozo completo perforado en una formación de roca cristalina en una zona metamórfica de presión ultraalta. Adopta tecnología de perforación de impacto rotativa con broca de diamante impulsada por un motor de tornillo y un martillo hidráulico. Esta tecnología ha logrado un gran éxito en formaciones rocosas cristalinas duras. Es la encarnación de la moderna tecnología de perforación de núcleos de mi país y ha sentado una base técnica para la implementación de pozos científicos ultraprofundos de 13.000 m.
1.1.2.1 Selección de brocas sacanúcleos
Para la perforación de muestras en roca dura, se pueden utilizar brocas sacanúcleos de cono de rodillo o brocas de diamante. Debido a las diferentes características de movimiento de las brocas de cono de rodillo y las brocas de diamante en el fondo del pozo, la calidad del núcleo perforado con brocas de diamante es mucho mejor que la de las brocas de cono de rodillo.
Cuando la broca de extracción de muestras de cono hueco gira para romper la roca en el fondo del pozo, su cono gira alrededor del eje de la broca y también gira alrededor del eje del cono. Dado que debe haber espacio para que el núcleo pase por el centro de la broca, la parte superior del cono no se puede colocar en el centro de su revolución, por lo que los dientes del engranaje ruedan y se deslizan sobre la superficie de la roca en la parte inferior de la broca. Bueno.
Cuando el cono gira y rueda a lo largo del fondo del pozo, cuando la doble fila de dientes del cono hace contacto con la roca en el fondo del pozo, el eje del cono está en la posición más baja cuando rueda hacia el fondo del pozo; En la única fila de dientes, el eje del cono se eleva a la posición más alta. Durante el proceso de laminación del cono, el eje del cono cambia alternativamente desde la posición más baja a la posición más alta, y desde la posición más alta a la posición más baja, generando así una vibración longitudinal. Por lo tanto, bajo la acción combinada de rotación, revolución, deslizamiento y vibración axial, el cono genera vibración de rodadura, deslizamiento e impacto para impactar, aplastar, cizallar y cortar la roca. Debido al deslizamiento y la vibración del cono del fondo del pozo, la superficie del núcleo perforado es rugosa. Incluso en formaciones rocosas intactas, el núcleo está muy roto, lo que resulta en una mala calidad del núcleo y una baja tasa de recuperación.
Las brocas de diamante, especialmente las brocas de diamante impregnadas, tienen una profundidad de corte limitada debido al pequeño tamaño de las partículas de sus filos de corte. Cuando giran en el fondo del agujero, no se verán afectadas por el. movimiento de la propia herramienta como una broca cónica y produce vibración. Y cuando la broca gira a alta velocidad, producirá un efecto giroscópico. Por lo tanto, cuando la broca de diamante gira en el fondo del pozo, es mucho más estable que la broca de cono de rodillo, por lo que la superficie del núcleo perforado es lisa y continua, el núcleo está completo y la calidad del núcleo es buena. .
En resumen, considerando la tasa de extracción de núcleos y la calidad del núcleo, para cumplir mejor con la investigación geológica de los pozos de perforación científica, el pozo CCSD-1 eligió la perforación con broca de diamante.
1.1.2.2 Selección del método de pesca con núcleo
Hay dos métodos principales de pesca con núcleo: extracción con cuerda y extracción con perforación. Después del análisis teórico técnico y económico, si la vida útil de la broca puede ser mucho más larga que la longitud en metraje de la extracción de muestras, la extracción de muestras con cable es la primera opción. Sin embargo, debido a serios problemas de calidad con la tubería de perforación con cable importada de Alemania, se tuvieron que utilizar brocas de diamante para mejorar el método de perforación con sonda.
1.1.2.3 Selección del método de perforación de extracción de testigos
Se requiere que la velocidad lineal de la broca de diamante alcance los 2 m/s, por lo que la velocidad de rotación de la broca de φ157 mm debe alcanzar 243r/min. Obviamente, la velocidad de rotación de la plataforma giratoria de la plataforma de perforación petrolera no puede cumplir con los requisitos para el levantamiento de brocas de diamante y la perforación de extracción de muestras. Hay dos formas de aumentar la velocidad: una es instalar un sistema de accionamiento superior de alta velocidad y la otra es equipar un motor de fondo de pozo de alta velocidad.
El método de accionamiento por motor de fondo de pozo tiene las ventajas de un bajo consumo de energía y poca alteración de la pared del pozo. Por lo tanto, el pozo CCSD-1 adopta el método de accionamiento por motor de tornillo de fondo. Sin embargo, el diámetro del orificio de φ157 mm limita el diámetro del motor de tornillo a ser demasiado grande, por lo que su potencia de salida es limitada. Además, la perforación con diamante requiere una alta velocidad de la broca y el par de salida del motor del tornillo debe limitarse para cumplir con los requisitos de velocidad. Para garantizar operaciones de perforación normales, es necesario asegurarse de que la broca pueda girar normalmente, lo que significa sacrificar una cierta cantidad de WOB. La reducción del WOB conducirá inevitablemente a la reducción del ROP. Con este fin, el Pozo CCSD-1 agregó un conjunto de martillos hidráulicos al conjunto de la herramienta de perforación con núcleo para ejercer impacto sobre la broca, reduciendo así en gran medida el WOB requerido durante el proceso de perforación. El WOB aplicado solo necesita superar el rebote de la herramienta de perforación de fondo, y la trituración de la roca depende principalmente de la fuerza de impacto generada por el martillo hidráulico.
El metraje total de perforación con sacatestigos en el Pozo CCSD-1 es de 5.004,95 metros, de los cuales 4.042,73 metros son perforados mediante brocas diamantadas giratorias de impacto con motor de tornillo, lo que representa 80.770 del metraje total. La velocidad media de perforación mecánica es de 1,134 m/h, la longitud media de retorno es de 6,34 m y la tasa media de extracción de núcleos alcanza el 90%. Los resultados muestran que el método de perforación con extracción de testigos rotativa por impacto impulsado por un motor de tornillo y un martillo hidráulico no solo puede ahorrar mucho energía y reducir el desgaste de la tubería de perforación, sino que también tiene una alta eficiencia de perforación y una gran longitud de metraje.
Tecnología de perforación de pozos ultraprofundos con una profundidad de torre de 1.1.3.
El pozo completado Tashen 1 tiene 8.408 metros de profundidad y es un pozo ultraprofundo clave de Sinopec Group Corporation. Su objetivo es acelerar la exploración de petróleo y gas en el campo petrolífero de Tahe, determinar las propiedades del petróleo y el gas de la gran trampa cámbrica de estegosaurios en el Paleozoico Inferior y lograr avances orientadores en nuevos campos, completando así el programa "Buscando petróleo y gas de Tahe". bajo el río Tahe" Objetivos de exploración. Para comprender los datos de propiedades físicas y el desarrollo del yacimiento de la capa objetivo, se diseñaron bien cuatro secciones de extracción de muestras de la capa objetivo. Debido a que el pozo es ultraprofundo y la sección de extracción de muestras se encuentra en un pozo abierto de largo ángulo después del desvío, la litología es principalmente dolomita, se desarrollan grietas y la formación está extremadamente fragmentada, lo que dificulta mucho la construcción de extracción de muestras. Aunque la sección de extracción de muestras es corta, se encuentran algunas dificultades técnicas al extraer muestras de pozos ultraprofundos.
La superficie total de extracción de muestras de la sección ultraprofunda del pozo es de 18,70 m, el rendimiento promedio de extracción de muestras es de 78,8 y la profundidad de extracción de muestras alcanza los 8408 m, lo que proporciona una valiosa experiencia para la implementación de pozos científicos ultraprofundos en mi país.
1.1.3.1 Dificultades técnicas en la extracción de muestras
Además de los problemas que enfrentan los pozos ultraprofundos como los pozos ultraprofundos y la alta flexibilidad de las herramientas de perforación, la sección de extracción de muestras está en a Pozo abierto oblicuo (ángulo de inclinación de 6 ~ 25°), longitud de la sección del agujero abierto oblicuo (6.859 ~ 8.408 m). La sección de extracción de testigos está compuesta por dolomita arenosa limosa y microcristalina, con fracturas desarrolladas y litología quebrada (Figura 1.1). Por lo tanto, las dificultades técnicas para perforar este pozo son, en primer lugar, el núcleo roto y el núcleo atascado y, en segundo lugar, la inestabilidad de las herramientas de perforación en pozos ultraprofundos e inclinados. En la sección del pozo donde la inclinación del pozo es de 14 a 25 y la longitud del pozo abierto después del desvío es de 600 a 1550 m, la estabilidad de la herramienta de extracción de muestras es muy pobre. En un estado inestable, un lado de la broca estará sujeto a un WOB excesivo y los dientes de corte en la parte sobrepresión se desgastarán prematuramente o incluso se quemarán debido a la sobrecarga y el enfriamiento deficiente. Al mismo tiempo, el centro de rotación de la broca. La broca se desviará del centro geométrico, por lo que será intermitente. Se genera una broca de perforación en el suelo.
Figura 1.1 Núcleo de fractura de ángulo alto
1.1.3.2 Medidas del plan de perforación de extracción de muestras
Utilizando la herramienta de perforación de extracción de muestras Sichuan 5-5, el diámetro de la broca de extracción de muestras es ø149mm. En el estudio, se utilizó un diseño preciso de doble canal y una broca de diamante policristalino de baja erosión, lo que redujo efectivamente el caudal de erosión del núcleo en la parte inferior de la broca y redujo la erosión del núcleo roto por el fluido de perforación. El modo de conducción es una sola rotación de la plataforma giratoria. Por lo tanto, aunque el nivel de perforabilidad de la formación no es alto, la ROP es solo de aproximadamente 1 m/h, y la ROP cayó a 0,74 m/h la última vez (profundidad del pozo 8408 m).
1.1.4 Otros proyectos de perforación científica
Plan alemán KTB 1.1.4.1 pozo principal
Plan KTB para completar el pozo principal el 6 de octubre de 1994, 10 y 12 Construcción del pozo (9101m). Las principales rocas en el perfil del pozo son gneis, gneis de hornblenda, hornblenda, gabro metamórfico y mármol. El agujero principal es poco profundo, con una profundidad de 4.000 metros. No se tomaron núcleos, pero se recogieron muestras de esquejes de forma continua. Sólo se utilizaron brocas de rodillo y brocas de diamante de 83,34 m para la profundidad de 4.000 m, y 8.085,1 m no fueron perforados debido a problemas técnicos en la etapa posterior. La pequeña proporción entre extracción de muestras profunda y ultraprofunda se ha convertido en un gran lamento del plan KTB.
1.1.4.2 Pozo Songke 1 (Pozo Principal)
El Pozo SK-1 ubicado en el Yacimiento Petrolífero de Annian pertenece al proyecto del plan nacional "973" "Grandes Eventos Geológicos y Tierra Cretácica" Surface System "Greenhouse Climate Change" es el primer proyecto de perforación científica del Cretácico continental del mundo en el marco del Programa Internacional de Perforación Científica Continental. Uno de sus objetivos científicos es establecer un perfil integral de la serie de calcedonia continental comparable a nivel mundial mediante el muestreo y análisis de muestras a nivel de centímetros, aumentando así la resolución temporal de millones de años de la geología tradicional a una escala de diez mil años, permitiendo la investigación geológica. para predecir el futuro. Los cambios ambientales globales proporcionan más evidencia científica. Por lo tanto, es extremadamente importante para este proyecto tomar muestras de núcleos de alta calidad de la formación a estudiar.
El pozo SK-1 (pozo principal) se perforó continuamente a una profundidad de 1810 my 164,77 ~ 1729 m, y encontró rocas sedimentarias como arenisca suelta, lutita sensible al agua, arenisca suelta, conglomerado débilmente cementado y esquisto apretado. Se utilizó la herramienta de extracción de núcleos KT140 desarrollada para el pozo CCSD-1. Para superar los problemas de baja tasa de recuperación en formaciones sueltas, obstrucción de lodo en formaciones de lutitas blandas, alternancia frecuente de formaciones y baja tasa de penetración mecánica en formaciones estrechas, tres tipos de brocas con diferentes estructuras, incluidas las brocas de carburo cementado y PDC. , y brocas impregnadas de diamante, fueron desarrolladas y seleccionadas. La broca y dos tipos de herramientas de extracción de muestras de doble tubo de simple efecto, adaptables y a prueba de líquidos, adoptan la tecnología de perforación de rotación única de la mesa giratoria y la tecnología de perforación rotativa compuesta de. el motor de tornillo y el disco giratorio, y han logrado una serie de resultados en la perforación de formaciones sedimentarias.
1.1.4.3 Proyecto WFSD
Uno de los principales propósitos del proyecto de perforación científica de la Zona de Falla Sísmica de Wenchuan (WFSD) es obtener continuamente núcleos para la investigación geocientífica sobre los mecanismos de ruptura de los terremotos. La zona de la falla de Longmenshan ha experimentado muchos terremotos a lo largo de la historia, y sus estratos están en su mayoría extremadamente fragmentados, incluidos algunos estratos no consolidados extremadamente sueltos y estratos de lutitas de falla altamente sensibles al agua.
Por lo tanto, cómo perforar testigos de manera eficiente y con alta calidad en formaciones extremadamente fragmentadas y sueltas es una tecnología clave en la construcción de perforación WFSD. En vista de las complejas condiciones de formación del proyecto WFSD, se han adoptado medios técnicos eficaces, como estructuras de perforación con extracción de muestras separadas por líquido y semilíquido, extracción de muestras no destructiva con tubo semicerrado, herramienta de perforación de tornillo giratorio, perforación rotativa compuesta. , Herramienta de perforación de tornillo con plataforma giratoria, martillo hidráulico, perforación de impacto rotativa combinada, etc.
El mayor problema encontrado en la perforación de núcleos del proyecto WFSD es que varios subproyectos están rotos y severamente atascados, lo que resulta en un metraje promedio corto. Aunque se adoptan estructuras de perforación con separación de líquidos y semilíquidos, todavía es difícil alcanzar los 3 m de metraje promedio. Los núcleos no perturbados son importantes para la perforación científica tanto sísmica como ambiental. Se desarrolló un dispositivo de extracción de núcleos hidráulico para el pozo SK-1, y el proyecto WFSD adoptó tecnología de tubería semicerrada para garantizar que el núcleo pueda fluir sin interferencias. El equipo del proyecto ha logrado avances continuos en la tecnología de procesamiento de tuberías semicerradas, y la longitud de la tubería semicerrada se ha ampliado de los 1,5 ~ 2 m iniciales a 6 m.
1.1.5 Análisis de las dificultades técnicas en la extracción de muestras de pozos ultraprofundos
Se analizó la situación de la perforación científica y la extracción de muestras de pozos ultraprofundos de la perforación de petróleo y gas en el país y en el extranjero, y Se implementaron un pozo científico ultraprofundo de 13.000 mm y extracción de muestras. Las principales dificultades que se enfrentan en la perforación son: el diseño de herramientas de perforación con alta resistencia, rigidez, estabilidad y confiabilidad de acción simple, así como las brocas y escariadores de soporte. la variabilidad de las formaciones rocosas sedimentarias poco profundas a 6.000 metros significa que hay estratos que son difíciles de extraer y también hay estratos que son difíciles de perforar cómo lograr una perforación rápida a largo plazo en formaciones de roca cristalina profundas con una profundidad; de 6.000 m tiene como objetivo principal resolver el problema de la obstrucción del núcleo (perforación atascada) causada por la liberación de tensiones en formaciones ultraprofundas.
1.1.5.1 Diseño de herramientas de perforación de extracción de muestras
La perforación de extracción de muestras ultraprofunda se lleva a cabo en condiciones de alta temperatura, alta presión de confinamiento y fuerte liberación de tensiones en el suelo. Estar compuesto por un accionamiento combinado de máquina eléctrica de tierra y fondo de pozo, con impactador. El diseño estructural de las herramientas de perforación con núcleos con alta resistencia, rigidez, estabilidad y confiabilidad de acción simple, así como las brocas y escariadores correspondientes, son los requisitos previos para cumplir de manera segura y eficiente con los requisitos de recolección y calidad de los núcleos de la investigación en geociencia. En términos de extracción de muestras ultraprofunda, nuestro país no tiene experiencia madura y no puede simular sus duras condiciones de trabajo, y pueden ocurrir varias fallas en las herramientas de perforación.
Las altas temperaturas y las altas presiones no solo son factores desfavorables para el uso de fluidos de perforación y herramientas de perforación eléctricas de fondo de pozo, sino que también restringen el diseño de la estructura de acción simple de las herramientas de perforación con núcleo. La perforadora de extracción de muestras de doble tubo (o triple tubo) de simple efecto es la mejor opción para cumplir con los requisitos de alta tasa de recuperación de núcleos y condición original en la perforación científica. Sin embargo, las estructuras de simple efecto existentes utilizan principalmente estructuras de soporte selladas, que son propensas a fallar en condiciones de trabajo duras de alta temperatura y alta presión en agujeros profundos.
La elección del tubo de la herramienta de extracción de muestras determina el área anular de rotura de roca de la broca, lo que afectará directamente la eficiencia de la perforación de extracción de muestras. Aunque una tubería de perforación con un gran espesor de pared puede mejorar la resistencia, rigidez y estabilidad de la herramienta de perforación, también sacrifica la tasa de penetración mecánica, lo que a su vez reduce la seguridad de la extracción de muestras con brocas de paredes delgadas. Debido a la pequeña cantidad de núcleos extraídos en la perforación de petróleo y gas, rara vez se considera aumentar la velocidad de perforación mecánica de la maquinaria de perforación con núcleos. La perforación con núcleos se utiliza principalmente para la perforación con núcleos geológicos, y la tecnología de perforación con diamante de paredes delgadas se utiliza a menudo para aumentar la velocidad; Tasa de perforación mecánica tanto como sea posible para obtener mejores resultados. Cómo equilibrar la seguridad y la economía es una dificultad en el diseño de herramientas de extracción de muestras para pozos ultraprofundos.
1.1.5.2 Tecnología de extracción de muestras de rocas sedimentarias.
La perforación científica se lleva a cabo principalmente en áreas de importancia geológica, como zonas estructurales. Es difícil predecir con precisión los estratos que se perforarán por medios terrestres. A juzgar por los proyectos de perforación científica implementados en el país y en el extranjero, se han encontrado una variedad de formaciones complejas y diferentes tipos de formaciones difíciles de perforar. Los 13.000 m de pozos científicos ultraprofundos son capas sedimentarias de profundidad media, y los pozos ultraprofundos (>6.000 m) son capas cristalinas. Los diferentes estratos deben disponer de herramientas de extracción de muestras adecuadas, brocas de extracción adecuadas y métodos técnicos correspondientes.
La implementación de pozos científicos ultraprofundos es un proyecto de sistema a largo plazo y de alto consumo, y la perforación de rocas sedimentarias es la primera etapa. Completar la tarea de perforación de una formación rocosa sedimentaria poco profunda de 6000 m rápidamente y con alta calidad puede proporcionar buenas condiciones del pozo y confianza para la construcción ultraprofunda, y también ahorrar mucho tiempo y costos económicos para la ingeniería de sistemas. El pozo SK-1 que se ha implementado en nuestro país es un proyecto de perforación de ciencias ambientales en rocas sedimentarias poco profundas. Casi toda la perforación de petróleo y gas se realiza en rocas sedimentarias.
Según la experiencia, las principales dificultades en la perforación con núcleos en rocas sedimentarias son:
1) Las brocas de lutita blanda se envuelven fácilmente en lodo, lo que hace que el núcleo se hinche, lo que resulta en una baja velocidad de perforación mecánica y una fácil expansión y bloqueo del núcleo;
2) Las aleaciones y el PDC en lutitas lodosas apretadas son difíciles de cortar y romper rocas. Su abrasividad extremadamente baja y cierta plasticidad hacen que la broca de molienda se deslice y la eficiencia de perforación sea baja;
3) Ludolita blanda de plástico El anillo de seguridad del taladro es fácil de fallar y la fuerte fuerza de succión durante la perforación puede extraer fácilmente todo o parte del núcleo.
Restringido por la estructura de la broca y los requisitos de protección del núcleo, la perforación con extracción de núcleos no puede utilizar la rotura hidráulica de rocas y la perforación WOB pesada como la perforación de petróleo y gas. Por lo tanto, es necesario diseñar herramientas de perforación con extracción de núcleos adecuadas para pozos sedimentarios profundos. formaciones rocosas y brocas de extracción de muestras de alta eficiencia.
1.1.5.3 Tecnología de extracción de muestras de formaciones rocosas cristalinas
Hay dos dificultades técnicas principales en las formaciones rocosas cristalinas: por un lado, la formación es muy perforable; Es tensión ultraprofunda. La rotura y fragmentación de la roca causada por el lanzamiento.
Mi país ha explorado con éxito el sistema de perforación de extracción de testigos impulsado por motores de tornillo y martillos hidráulicos en el pozo CCSD-1, pero no existe experiencia exitosa en secciones de pozos de alta temperatura, alta presión y ultraprofundos. En secciones de pozos ultraprofundos, las piezas de goma de los motores de tornillo y los martillos hidráulicos son propensas a fallar en entornos de alta temperatura y alta presión. Los motores de turbina sin piezas de goma solo se pueden utilizar para impulsar brocas de extracción de muestras de diamante a alta velocidad. Por lo tanto, la perforación rápida y segura de formaciones rocosas cristalinas ultraprofundas es un desafío importante al que se enfrentan los pozos científicos ultraprofundos.
La experiencia de la Torre Shen en el Pozo SG-3 y el Pozo 1 muestra que en la zona de tensión tectónica de los pozos profundos, la fragmentación de la roca es grave, especialmente en las secciones de pozos ultraprofundos. el estrés hace que el núcleo se rompa, convirtiéndolo en rodajas finas y pedazos rotos. Incluso cuando se extraen muestras en formaciones fracturadas poco profundas, la obstrucción sigue siendo un problema técnico en la extracción de muestras. Se puede observar que la extracción de muestras de formaciones de fracturas de rocas cristalinas en secciones de pozos ultraprofundos es uno de los mayores problemas técnicos.
1) La rotación y la vibración de la broca de perforación y la herramienta de perforación tienen un efecto destructivo sobre el núcleo roto original, lo que dificulta que ingrese suavemente en una fila a la cavidad interna de la herramienta de perforación <; /p>
2) Fluido de perforación La erosión del núcleo roto provocará la pérdida de partículas pequeñas, destruirá el estado original del núcleo y reducirá la tasa de recuperación.
3) La capacidad de carga del núcleo; El núcleo roto es pequeño. A medida que aumenta la longitud del núcleo que ingresa al tubo interior, bajo la doble resistencia de la fricción de la pared del tubo interior y el propio peso del núcleo, la resistencia que ingresa al tubo aumenta gradualmente, evitando eventualmente que el núcleo ingrese al tubo, lo que resulta en una disminución en la tasa de recuperación y el metraje;
4) Cuando el núcleo sale del barril, el estado de tensión del núcleo cambia y la fuerte geotensión liberada rompe aún más el núcleo, haciendo imposible que el núcleo salga. sale del cañón sin problemas y el estado original se destruye fácilmente.
Los factores anteriores reducirán la tasa de extracción de núcleos en formaciones ultraprofundas, destruirán el estado original del núcleo y reducirán la eficiencia de la perforación con núcleo. Cuando la perforación con núcleo se realiza en un pozo ultraprofundo de 13.000 m, el material de retorno es particularmente importante para la eficiencia de la perforación con núcleo, y el bloqueo de formaciones profundas restringe el material de retorno. A medida que aumenta la tasa de perforación con núcleo, el material de retorno aumentará. convertirse en un factor importante en el ciclo de perforación.