Los últimos avances de la Perforación Científica Continental en China (CSDC)

(Centro de Consulta Avanzada del Comité de Ciencia y Tecnología del Ministerio de Geología y Recursos Minerales, Beijing 100812)

Desde la década de 1990, los preparativos para la perforación científica (CSDC) en China continental ha progresado rápidamente:

Convocó un seminario sobre "Cuestiones geológicas clave en la investigación geológica profunda de China" (1991.3).

El "Proyecto Pionero de Perforación Científica de China Continental" comenzó a implementarse (1991.7). Presentar informes relevantes en 1994 165438+octubre. Después de aprobar la revisión, se consideró que las condiciones para la perforación científica continental de mi país están maduras y se esfuerza por incluirse en los principales proyectos nacionales de ingeniería científica del "Noveno Plan Quinquenal".

El "Esquema Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico a Medio y Largo Plazo" emitido por el Consejo de Estado señaló que los preparativos técnicos para la implementación de proyectos de perforación científica geológica (ultraprofunda) deben realizarse antes del año 2000 y implementado antes de 2020 (1992.3).

El primer (4 de 1992) y el segundo (5 de 1993) "Simposio de perforación científica de China continental" se llevaron a cabo sucesivamente para discutir la selección de sitios para la perforación científica en China. El número de sitios se redujo de 12 a 4. y la selección final fue que Dabie-Jiaonan se estableció como la primera área objetivo.

El "Laboratorio Profesional Nacional de Perforación Geológica Ultraprofunda de China (ahora llamado Perforación Científica)" fue construido en la Universidad de Geociencias de China (Beijing), y el equipo fue instalado y depurado (1993.5) para llevar a cabo investigaciones científicas. investigación.

China envió una delegación para participar en la Conferencia Internacional Continental de Perforación Científica celebrada en Potsdam (1993.8) y participó en la reunión preparatoria del ICDP (1993.9). Posteriormente, el Ministerio de Geología y Recursos Minerales recomendó al académico Xiao Xuchang como miembro chino (1994.438+0). El Ministerio de Geología y Recursos Minerales envió a Xiao Xuchang y Zhimin a la Universidad de Stanford para asistir a la reunión del ICDP (1995+02).

"La implementación y la investigación científica de la primera perforación científica en China continental" fue incluida oficialmente como un importante proyecto científico nacional en el "Noveno Plan Quinquenal". La Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología organizó la votación de expertos de alto nivel y ocupó el tercer lugar (1995.2). El Ministerio de Finanzas acordó pagar las cuotas del ICDP (1995.7). La 36ª Conferencia Científica de Xiangshan se celebró con el tema "Dinámica continental y perforación científica continental". La comunidad geológica china obtuvo * * * conocimientos científicos sobre perforación en China continental (1995, 5).

Se celebró nuevamente el tercer simposio sobre perforación científica por primera vez en China continental (1996+0). Seleccionar aún más los objetivos de Dabie-Jiaonan y organizar expertos para realizar inspecciones in situ.

(1996.2.26 ~ 3.1) Participó en la 8ª Conferencia Internacional sobre Perforación Científica Continental en Tsukuba Science City, Tokio, Japón. El Ministerio de Geología y Recursos Minerales envió una delegación de seis miembros para asistir a la reunión. Durante la reunión: ① Participó en la presentación de documentos de la conferencia de los grupos académicos 1 y 6; ② Asistió a la ceremonia de firma del Memorando de Entendimiento entre China y Estados Unidos en el ICDP, participó en la organización y gestión del plan y en debates a gran escala sobre la futura cooperación internacional; ③ Liu Guangzhi asistió al Grupo Internacional de Litosfera CC-4. La reunión de informe presidida por el presidente, el Profesor M.D. Zobak, intercambió las actividades del grupo CC-4 en varios países y propuso actividades futuras.

Junto con la selección del sitio para la primera perforación científica continental de China, se propuso el “Plan preliminar de investigación y desarrollo de tecnología de ingeniería de perforación de núcleo de perforación científica continental de China” (1996.3).

1 Plan técnico de construcción del agujero piloto de perforación científica de China continental

1.1 Condiciones de construcción

(1) La profundidad de perforación no deberá exceder los 5000 metros. De antemano, el departamento de geología presentará los histogramas de perforación esperados y los datos geofísicos asociados.

(2) Las principales formaciones rocosas penetradas mediante perforación son rocas cristalinas, como gneis, eclogita, cuarcita jadeíta, mármol, etc.

(3) Las principales propiedades físicas y mecánicas de las formaciones rocosas penetrantes, la resistencia a la compresión uniaxial, pueden ser tan altas como 100 ~ 150 MPa, y en algunos casos pueden ser tan altas como 150 ~ 200 MPa. perforación geológica, clasificación de perforabilidad de rocas Pertenece a 7 a 12 capas de roca dura, y en algunos casos pertenece a capas de roca extremadamente dura. La abrasividad de las formaciones rocosas puede estar polarizada, siendo la mayoría fuertes y altamente abrasivas; algunas son capas deslizantes duras, densas y débilmente abrasivas. Algunos contienen inclusiones.

(4) El núcleo de roca es una "fuente de información" para extraer una gran cantidad de información geológica y son datos materiales para estudiar la corteza inferior y el manto superior. El diámetro del pozo debe ser lo suficientemente grande para obtener el núcleo de mayor diámetro posible.

El pozo también es un paso para la detección física y química en el pozo, y su diámetro y estabilidad de la pared del pozo deben cumplir con los requisitos de los instrumentos de registro avanzados de alta tecnología.

1.2 Las principales tareas y funciones de los pozos piloto de perforación científica

(1) Además de la sobrecarga, muestras de núcleos, rocas, muestras líquidas (agua mineralizada, agua cristalizada, petróleo, etc.) .) Y las muestras de gases (H2, O2, CO2, He, CH4, Cl, H2S, SO2 y otros posibles gases) deben someterse continuamente a diversas pruebas y análisis.

(2) Realizar pozos de detección física y química sistemática en diferentes secciones de pozos.

(3) Reducir la carga de trabajo de extracción de testigos y registros de pozos profundos en esta sección del pozo en el futuro.

(4) Mida el perfil geotérmico, perfore uno o varios orificios de medición de temperatura con una profundidad superior a 100 ~ 300 m alrededor del orificio piloto, mida la conductividad térmica geotérmica y la densidad del flujo de calor, estableciendo así un perfil matemático geotérmico. modelar e inferir el perfil geotérmico del pozo piloto, la temperatura final del pozo y los cambios geotérmicos son muy importantes para seleccionar herramientas de extracción de muestras, instrumentos de registro y varios muestreadores en la profundidad del pozo para mejorar el desempeño estructural de los enlaces débiles.

(5) Pruebe varias brocas, herramientas e instrumentos de perforación recientemente desarrollados en orificios piloto.

(6) Probar el gradiente de presión de la formación y la intensidad de la fractura para proporcionar posiciones y parámetros de referencia para la estabilidad de la pared del pozo y las tendencias de deflexión.

(7) Comprobar si los diversos instrumentos y métodos utilizados en la perforación de rocas sedimentarias en el pasado son efectivos al perforar rocas cristalinas.

(8) Capacitar al equipo de perforación y cultivar talentos para la perforación de pozos profundos y ultraprofundos.

1.3 Diseño de la estructura de perforación del pozo piloto

En la "Conferencia Internacional Continental de Perforación Científica" celebrada en Alemania en septiembre de 1993, los representantes acordaron casi por unanimidad que, basándose en años de perforación durante la construcción, experiencia en perforación científica Para ahorrar una gran inversión y perforar de manera más científica, es necesario promover vigorosamente el uso de cientos de experiencias de perforación exploratoria con profundidades de 4000 ~ 5000 m que se han construido en Sudáfrica y Canadá. El Sr. John Beswick de KENTING Drilling Company en el Reino Unido presentó que Sudáfrica tiene 150 equipos de perforación de pozos profundos con una capacidad de perforación de más de 5000 m y más de 20 equipos de perforación con una capacidad de perforación de más de 5000 m. Según la experiencia de perforación de Sudáfrica. , esta plataforma de perforación de núcleo geológico profundo se utiliza para perforar científicamente de 2000 a 6000 m, y se pueden lograr beneficios científicos y económicos de forma rápida y económica.

Algunos expertos propusieron utilizar la plataforma de perforación HS-150 de la Canadian Heath & Sherwood Drilling Company (la profundidad de perforación es de 4570 metros, la perforación máxima alcanzó los 5424 metros) y sus sistemas internos y externos HNQ y NBQ especialmente diseñados. Sistemas externos de extracción de núcleos de cable anular grande. Tiene las siguientes ventajas especiales: ① Reduce la presión hidráulica de lavado; ② Después de colocar el tubo interior en el tubo exterior, puede alcanzar rápidamente la posición de posicionamiento del tubo exterior en el fondo del orificio. (Tabla

Tabla 1 Estructura de perforación del agujero piloto del primer plano

Nota: RTB - herramienta de perforación con escariador, no requiere levantamiento ni reemplazo de brocas.

Si se adopta la primera opción, se deben diseñar, desarrollar o comprar dos juegos de herramientas de perforación HNQ y HNQ

Estructura de perforación de orificios piloto en el Esquema 2

. 1.4 Ruta técnica de construcción

(1) Consulte la experiencia de construcción extranjera y se deben considerar las condiciones nacionales de China: China es un país en desarrollo con malas condiciones financieras y económicas. Todos los equipos, instrumentos y métodos de proceso deben basarse en. "autosuficiencia" y aprovechar al máximo la experiencia exitosa acumulada en proyectos de perforación durante los últimos 40 años que pueden mejorarse y modernizarse. Aquellos que pueden desarrollarse por sí mismos deben aprovechar al máximo el potencial de su propia maquinaria e instrumentos de prospección. fábricas (Cuadro 3) De acuerdo con el principio de "traer lo que se importa, lo que no se importa", debemos introducir productos extranjeros clave para digerirlos y absorberlos para compensar las necesidades urgentes. (2) Se debe utilizar un sistema de extracción de muestras con cable para reducir en gran medida el tiempo de disparo y acortar efectivamente el período de construcción; mejorar la calidad del núcleo y reemplazar las brocas sin o con menos elevación de la sarta de perforación, reduciendo así la intensidad de la mano de obra y ahorrando costos de construcción 1/. 3.

(3) Aprovechar al máximo las ventajas técnicas de mi país en el uso de máquinas eléctricas de fondo de pozo de pequeño diámetro y sistemas de extracción de muestras con cable de soporte, y desarrollar y adoptar PDM de diámetro pequeño y extracción de muestras con cable impulsado por martillo hidráulico. Las herramientas de perforación pueden lograr una perforación de la tubería de perforación sin rotación o con rotación lenta, lo que puede ahorrar energía, reducir el desgaste de la tubería de perforación y el revestimiento y prevenir eficazmente las desviaciones del pozo (Figura 1).

La Tabla 3 tiene una resistencia a la temperatura de casi 300°C agente de tratamiento doméstico

Figura 1 Sistema de extracción de núcleos de cuerda impulsado por una máquina eléctrica inferior

(4) Utilice vigorosamente métodos físicos y químicos para estabilizar la pared del pozo. Excepto por la parte inferior de la carcasa en la sección superior del pozo, intente utilizar perforación de pozo abierto largo en la roca cristalina de la sección inferior del pozo (autoestabilización de la roca una vez que se encuentren formaciones complejas y la formación rocosa sea inestable). Se debe utilizar una solución de revestimiento de huecos pequeños.

(5) Se debe utilizar fluido de perforación (petróleo y gas), agua mineralizada, agua cristalizada, agua dulce, agua salada, cortes de roca), transporte grande. cantidad de información geológica (Figura 2)

Figura 2 El papel del portador de información múltiple del fluido de perforación

① Se refiere a la prevención de patada, explosión, colapso, contracción, etc. ② Se refiere al transporte de cortes de roca y polvo de roca ③ Se refiere a fluidos profundos (petróleo, gas, agua, etc.) como H2, O2, CO2, CH4, He, H2S, CO2, SO2 y Na, K, Ca, El polvo de magnesio, etc., se lleva a la superficie a 300 °C y 1000 × 105 Pa.

2 El proyecto de perforación científica de pozos piloto de China es un proyecto de investigación científica que se necesita con urgencia. >2.1 Equipo terrestre

(1) El sistema de extracción de muestras con cable adopta una plataforma de perforación de carrera larga impulsada desde arriba con un mástil.

(2) Cabrestante controlado por microordenador.

(3) Doblado de tubos de perforación totalmente automático.

(4) Máquina automática de extrusión de tubos.

(5) Detector de fatiga y fractura de tubos de perforación.

(6) Consola de automatización de operaciones de perforación (incluyendo sistemas de monitoreo, adquisición, optimización y retroalimentación).

(7) Grupo preventivo de reventones (1 juego de sellos de tubería de perforación completamente cerrados, 2 juegos de sellos de tubería de perforación).

2.2 Teoría básica de la perforación de pozos profundos

(1) Propiedades físicas y mecánicas de las rocas, clasificación de la capacidad de perforación y mecanismo de trituración de rocas cristalinas a alta temperatura y alta presión.

(2) Establecer instalaciones de prueba de alta temperatura y alta presión.

(3) Nuevas tuberías ligeras y de alta resistencia.

(4) Mecánica de fractura de tubería de perforación y sistema de monitoreo.

(5) Los patrones y mecanismos de desgaste de las brocas.

(6) Teoría del fluido de perforación a alta temperatura y alta presión: ① Fórmula polimérica del fluido de perforación (sin fase sólida), agente de tratamiento, aditivos, estabilidad a alta temperatura, equipo y teoría de control de sólidos ② Agua a alta temperatura; y fluido de perforación de alta presión Teoría y práctica de la mecánica, reología y química coloidal.

(7) Mecánica de perforación.

(8) Establecer una base de datos de pozos de oportunidades.

2.3 Investigación sobre tecnología de perforación de pozos profundos

(1) Diseño de estructura de perforación de pozos profundos y procedimientos de gestión.

(2) Las herramientas de perforación con diferentes profundidades de orificio son estables.

(3) Prevención y control de la deflexión del pozo profundo.

(4) Sistema de perforación asistido por ordenador.

(5) Tecnología de muestreo de núcleos, tecnología de recolección de muestras radiactivas líquidas y gaseosas y tecnología de detección automática de radiactividad.

(6) Selección de brocas y herramientas de perforación y determinación de los parámetros de perforación correspondientes.

(7) Detección de temperatura del suelo y reglas de gradiente de temperatura en diferentes secciones del hoyo.

(8) Determinación de reglas de trituración de rocas y propiedades físicas y mecánicas de rocas en diferentes secciones del pozo.

2.4 Sistema In-hole

(1) Brocas y escariadores de diamante de larga duración.

(2) Desarrollar nuevas herramientas de corte de materiales superduros y brocas perforadoras.

(3) Sistema de extracción de muestras de cable impulsado por BHM: ① sistema de extracción de muestras de cable impulsado por taladro de tornillo; ② sistema de extracción de muestras de cable impulsado por martillo hidráulico ③ sistema de extracción de muestras "tres en uno" (cuerda + herramientas de perforación de tornillo + no); necesario cambiar las brocas).

(4) Dispositivo de extracción de muestras de la pared del pozo: ① hidráulico o raspador; ② muestreador horizontal accionado por motor en el fondo del pozo.

(5) Tomamuestras de gas o líquido de alta temperatura y alta presión.

(6) Instrumento MWD de pequeño diámetro.

(7) Sistema antidesviación de perforación vertical (VDS) de pequeño diámetro.

(8) Cemento de alta temperatura y su tecnología de cementación.

(9) Fluidos de perforación y aditivos con alta estabilidad a la temperatura, alta lubricidad y resistencia a la corrosión.

(10) Probador de formaciones, medidor de flujo de fluidos profundos, etc.

(11) Instrumentos y métodos de orientación de núcleos de agujeros profundos de alta precisión.

(12) Tubería de perforación de aleación de aluminio ferroso y sus uniones de acero aleado.

2.5 Gestión moderna de pozos profundos

(1) Gestión sistemática de la ingeniería en datos de diseño, construcción e investigación de pozos profundos (incluyendo ingeniería y economía).

(2) Base de datos en el proceso de diseño, construcción e investigación.

(3) Edición, clasificación, publicación e intercambio de información de datos.

2.6 Adquisición de información

Tomar conscientemente muestras representativas y obtener más datos son requisitos previos para el éxito de los proyectos de perforación científica. Los datos recopilados se pueden dividir en dos partes: subterráneos y superficiales. La parte dentro del pozo incluye extracción de muestras, extracción de arena, registro, perforación y pruebas hidráulicas, así como pruebas geofísicas en el pozo (desde el fondo del pozo hasta el suelo o entre dos pozos). El componente de superficie incluye muestras sólidas y líquidas obtenidas de los orificios y unidades de prueba de lodo, incluida la primera y preliminar descripción geológica, análisis químicos y físicos. Los proyectos de tala son ambiciosos y requieren mucho tiempo. Al perforar un hoyo piloto, el costo de perforación es igual al costo del plan de registro. Para reducir el riesgo de pérdida de información de producción, los procedimientos de registro deben realizarse uno por uno. Después de la perforación, se llevarán a cabo mediciones y pruebas a largo plazo (Figura 3).

Figura 3

Según los datos de campo de KTB, se completó en el laboratorio de campo hasta que se presentó el informe de investigación científica. La estación de observación a largo plazo se construyó mediante la perforación de agujeros. .

3. Laboratorio Nacional Profesional de Perforación Geológica Ultraprofunda (Scientific Drilling)

3.1 Naturaleza y Tareas del Laboratorio

Laboratorio Nacional Profesional de Perforación Geológica Ultraprofunda Tecnología de perforación profunda El laboratorio, afiliado a la Universidad de Geociencias de China (Beijing), es un laboratorio profesional nacional de nueva construcción aprobado por la Comisión Estatal de Planificación y la Comisión Estatal de Educación en junio de 1989. También es un laboratorio de investigación abierto del Ministerio de Geología y Recursos Minerales y es una entidad de investigación relativamente independiente desde el punto de vista académico. Este laboratorio es una base importante para la investigación básica y la investigación básica aplicada en esta disciplina y disciplinas afines, y también es la cuna para cultivar talentos científicos y tecnológicos de alto nivel en esta disciplina.

De acuerdo con los principios de "apertura, fluidez y unión", el laboratorio está abierto a la misma industria nacional y extranjera. Los expertos y académicos nacionales y extranjeros pueden postularse para proyectos de investigación dentro del alcance de las directrices del proyecto emitidas por el laboratorio. El laboratorio llevará a cabo investigaciones científicas después de la aprobación del comité académico. También puede traer sus propios temas, fondos e instrumentos y equipos de apoyo, y abrir el laboratorio de investigación para actividades de investigación científica.

3.2 Áreas de investigación de temas de laboratorio

(1) Perforación científica continental

Construcción y preparación del proyecto de perforación científica continental de China

Este Proyecto de perforación de ciencias ambientales del continente asiático

Dispositivo experimental de simulación de geociencias de alta temperatura y alta presión (también conocido como pozo HTHP) (Figura 4)

Figura 4 Experimento de simulación de geociencias de alta temperatura y alta presión Dispositivo

(2) Nuevas tecnologías y métodos de perforación

Basado en la investigación de la mecánica de rocas, utilice tecnologías de alta tecnología, como computadoras electrónicas, para investigar nuevas tecnologías, equipos y métodos de perforación.

Equipo de perforación AC de frecuencia variable y velocidad ajustable

Extracción de muestras con cable y reemplazo de brocas sin perforación

Diseño e investigación de herramientas para romper rocas

Nueva tecnología para perforación por fusión en caliente a alta temperatura

3.3 Instalaciones y equipos de investigación

Investigación sobre mecanismos y herramientas para romper rocas: se dedica principalmente a las propiedades físicas y mecánicas de las rocas, mecanismos para romper rocas, rocas herramientas de rotura y perforación de fondo de pozo Investigación sobre nuevas tecnologías. El equipo principal es una máquina de prueba de mecánica de rocas de la empresa estadounidense MTS y un equipo de sinterización por inducción de frecuencia media de ajuste continuo de 0 ~ 8000 Hz.

Sección de investigación de tecnología de aplicaciones informáticas: se dedica principalmente a la investigación de tecnologías de aplicaciones informáticas en ingeniería de perforación y otros departamentos relacionados. El equipo principal incluye sistemas experimentales de perforación controlados por computadora, grupos de microcomputadoras y equipos periféricos, y estaciones de trabajo informáticas de la serie HP9000.

Además de las instalaciones anteriores, el laboratorio también ha establecido especialmente un banco de pruebas de perforación con fusión en caliente.

Para lograr intercambios internacionales, en el laboratorio se ha instalado una pequeña sala de conferencias académicas y un estudio de expertos.

Estructura litosférica y efectos profundos

3.4 Gestión y organización del laboratorio

El Laboratorio Nacional Profesional de Tecnología de Perforación Geológica Ultraprofunda es patrocinado conjuntamente por la Comisión Estatal de Educación y el Ministerio de Geología y Recursos Minerales. El liderazgo y la administración están afiliados a la Universidad de Geociencias de China (Beijing).

El laboratorio implementa un sistema de responsabilidad del director. El director del laboratorio es totalmente responsable de organizar y dirigir la investigación científica, las actividades académicas, la contratación de personal, la capacitación del personal, el uso de fondos y la gestión administrativa del laboratorio de investigación abierto.

El laboratorio cuenta con un comité académico, que es un organismo de acreditación académica. Sus principales responsabilidades son: determinar la dirección de investigación del laboratorio, formular directrices de proyectos, aprobar proyectos de investigación, revisar los logros científicos y tecnológicos, revisar el plan de financiación del laboratorio y organizar las principales actividades académicas.

El personal permanente y los investigadores visitantes del laboratorio son nombrados por el director del laboratorio. Y se implementa un sistema de permanencia y se puede contratar a aquellos con logros sobresalientes.

Principales resultados de investigación del laboratorio 3.5

(1) Banco de pruebas de perforación controlado por microcomputador.

(2)Sistema de análisis por microordenador del proceso de perforación.

(3) Investigación sobre principios de perforación con diamante y tecnología de perforación optimizada.

(4) Investigación sobre un nuevo sistema de accionamiento eléctrico para equipos de perforación geológica.

(5) Investigación sobre métodos para mejorar el rendimiento de la sarta de perforación y controlar eficazmente la carga del fondo del pozo.

(6) No hablemos de la tecnología de cambio de brocas en el fondo del pozo de perforación.

(7) Nueva tecnología de perforación termofusible.

(8) Investigación sobre fluidos de perforación a alta temperatura.

Personal Directivo e Investigador

Estructura Litosférica y Procesos Profundos

Composición de la Comisión Académica

Estructura Litosférica y Procesos Profundos

Estructura Litosférica y Procesos Profundos

p>