KZ型单动双管取心钻具的研制与应用.pdf

第34卷第3期石油钻探技术Vol_34，No．3
2006年5月PETROIEUMDRIILINGTECHNIQUESMav．2006

．．科钻一井专栏
KZ型单动双管取心钻具的研制与应用

朱永宜

(1．中园地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074；2．中国地质科学院勘探技术研究所。河北廊坊065000)

摘要：中国大陆科学钻探工程中心经论证与实钻试验，决定采用高速螺杆马达井底驱动液动锤提钻取心钻进方
式完成5000m取心任务。为此专门研制了KZ型单动双管取心钻具，采用了轴承置钻具外总成、全泵量开式强制润
滑与局部微循环清污的设计方式，具有结构简单、单动可靠、拆卸组装方便、回次进尺长、整机连续工作寿命长、成
本低等优点。适用于完整的硬地层与坚硬的破碎地层。该钻具在科钻一井共取心钻进4633．77m，平均岩心收获率
86．35％，机械钻速1．05m／h，在螺杆钻与液动锤的高频复合震动下整机平均寿命大于80h。详细介绍了该钻具研制
的必要性、钻具的特有结构以及在科钻一井中的应用效果。
关键词：取心工具；岩心收获率；科钻一井
中图分类号：TE921．3文献标识码：B文章编号：1001—0890(2006)03001904

“中国大陆科学钻探工程”的总体目标是：通过与井壁及内、外管间的环隙都比较大，因此钻头碎岩
利用现代深部钻探高新技术，在具有全球地学意义的覆盖率很高(见表1)。在坚硬岩层中使用大壁厚金刚
大别一苏鲁超高压变质带东部实施中国第一口石钻头，不仅钻头成本高，而且钻进效率非常低。因
5000m科学深钻(科钻一井)，利用获取的岩心及气此科钻一井不能选用石油行业的取心工具，必须研制
态样品与井下原位观测数据，查明大陆造山带的物质在硬岩条件下能够承受高转速和高频复合震动工况的
组成与结构构造，提示超高压变质带的形成与折返机提钻取心钻具。
理，探索地下深部流体与极端条件下的微生物，建立
长期的地下观测与实验基地。2钻具结构设计
科钻一井钻遇地层坚硬复杂，主要为片麻岩、榴2．1钻具的工况分析
辉岩，夹有少量的白云母、石英片岩和石英岩，可钻1)所钻岩层为榴辉岩与片麻岩，岩石可钻性7

性级值7～9。该井设计要求二开后全井连续取心，～9级，部分石英含量较高的层段可钻性达1o级以
全井平均岩心收获率不低于8O，设计采用4157上，绝大部分层位较完整；
mm金刚石绳索取心，但由于国际大陆科学钻探组织2)工作转速约280r／min，轴承的回转线速度在
(ICDP)提供的绳索取心工具存在质量和性能上的缺2m／s以上；
陷，而且钻井承包商的钻机不能满足金刚石钻头钻进3)轴向压力2O～50kN；
的高转速要求，中国大陆科学钻探(CCSD)工程中4)循环介质为低固相钻井液，密度1．O3～1．O6
心经周密论证与实钻试验后，决定采用高速螺杆马达kg／L，含砂量≤0．1，泵排量9～12L／s甚至更
辅以液动锤冲击碎岩作用，以提钻取心方式完成该井大；
的取心钻进，并研制应用了KZ型单动双管取心钻具5)使用螺杆马达驱动，外管需承受较高频率的
(以下简称KZ钻具)。径向震动；与液动锤配合工作，外管承受高频的轴向
1研制取心钻具的必要性
地质与煤田勘探所用的系列取心工具，管体薄、收稿日期：2006—03—28
基金项目：国家重大科学工程项目中国大陆科学钻探工程
丝扣强度低]，不适于深孔硬岩大尺寸(相对于地质
(CCSD)部分研究成果
与煤田勘探孔径系列)冲击回转钻进。石油钻井中的
作者简介：朱永宜(1954一)，男，安徽人，1982年毕业于武
取心工具，整体强度设计上有很高的安全系数，但其汉地质学院探矿工程专业。在读博士．中国地质科学院勘探技术研
基于地表回转驱动方案，针对可钻性相对较低的油系究所项目负责人，教授级高工。
沉积地层与石油钻井的钻井液体系所设计，钻具外管联系电话：[phone]

石油钻探技术2006年5月

冲击载荷；达到100kN以上；
6)发生岩心堵塞时，内管承受压力和螺杆钻、8)与地质矿产勘探相比，钻孑L直径大，岩心粗，
液动锤的震动载荷；岩心拔断力大；与石油钻井中的取心钻进相比，地层
7)拔断岩心时钻具承受向下的最大拉力，可以硬度大，钻头转速快。
表l国内外石油钻井取，6"r具技术指标

制造公司型号外管外径／ram内管内径／ram钻头外径／H1H1岩心直径／mm钻头碎岩覆盖率，

科德西科146．0592O816585．7370．18

克里斯坦森146．0592．25l6588．9067．94

海克洛格146．0592．0816588．9o67．94

贝克休斯139．7016588．9067．94

四川石油勘探局川6系列133．007600l657O．OO80．12

胜利油田Y一6—7