德國鑽井怎麼做

㈠ 海上石油鑽井工具體是做什麼的

主要工作

（1）操作鑽進設備、儀器、儀表等進行起鑽、下鑽、鑽進、取心、下套管等作業；

（2）操作、維修鑽井用柴油機；

（3）採集鑽遇地層岩樣並進行描述、分類、填寫岩樣標簽；

（4）配製、使用、維護鑽井液,觀察記錄泥漿性能變化及油氣顯示狀況；

（5）操作鑽機及防噴設施進行防噴搶險；

（5）記錄鑽壓、鑽速、轉速、進尺、井深、鑽進效率、泵壓、泥漿消耗量等參數,填寫鑽井生產報表等。

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鑽井是一項系統工程，是多專業、多工種利用多種設備、工具、材料進行的聯合作業。同時它又是多程序緊密銜接，多環節環環相扣的連續作業。施工的全過程都具有相當的復雜性。

每一口井的完成包括鑽前工程、鑽進工程和完井作業三個階段。每一項工程階段又有一系列的施工工序。

其主要工序一般包括：定井位、道路勘測、基礎施工、安裝井架、搬家、安裝設備、一次開鑽、二次開鑽、鑽進、起鑽、換鑽頭、下鑽、完井、電測、下套管、固井作業等。

近年來隨著勘探開發工作量的持續增加，鑽井工作量呈現大幅度上升趨勢。僅中石油年鑽井數就己突破20000口，進尺突破4000×10000m。工作量的增加確保了中國油氣探明儲量和產量的持續提高。

㈡ 鑽進（全面鑽進、取心鑽進和擴孔鑽進）技術方案

13000m科學超深井的鑽進包括全面鑽進、取心鑽進和擴孔鑽進。每一種鑽進的技術方案涉及鑽進方法、取心鑽具（僅對取心鑽進）和井底動力鑽具。

3.3.1 鑽進方法

（1）取心鑽進的鑽進方法

取心鑽進方法的選用，與鑽井直徑密切相關。在大直徑井眼中取心鑽進，一般選用牙輪取心鑽進方法。在這種條件下，如果採用金剛石取心鑽頭，機械鑽速、回次長度和鑽頭壽命都很低，鑽進成本會相當高。牙輪取心鑽頭在機械鑽速和鑽頭使用成本方面都要明顯優於金剛石取心鑽頭。因此，前蘇聯和德國實施科學深鑽項目時大井眼取心鑽進都採用牙輪鑽頭。

德國在施工KTB主孔時，也試驗過大直徑薄壁金剛石取心鑽頭。盡管鑽頭設計得很薄，並且採用螺桿馬達井底驅動，但鑽頭的使用效果還是明顯不如牙輪取心鑽頭，其機械鑽速、回次長度和鑽頭壽命都低於取心牙輪鑽頭。

牙輪取心鑽進的缺點是取心效果不好，表現在岩心採取率低和取心品質差。科拉超深鑽上萬米取心鑽進進尺主要採用牙輪鑽頭，平均岩心採取率為40%。在KTB主孔中，牙輪鑽頭的平均岩心採取率為40.8%。

小直徑井段取心鑽進，採用金剛石鑽頭會獲得更好的技術經濟指標。鑽頭種類根據地層條件確定，原則上軟岩用聚晶金剛石復合片鑽頭，硬岩用孕鑲金剛石鑽頭。由於13000m鑽井的上部井段可能是軟岩，也可能是硬岩，因此在取心鑽進時採用復合片鑽頭和孕鑲鑽頭的可能性都存在。而不管是在沉積岩還是在結晶岩中打鑽，鑽進到下部小直徑井段時岩層必定是硬岩，因此13000m鑽井的下部井段取心鑽進主要考慮採用孕鑲金剛石取心鑽頭。

我國在實施「中國大陸科學鑽探工程」項目時，對硬岩取心鑽進方法進行了系統的試驗和研究。總共試驗了6種取心鑽進方法，基本包括了目前世界上主要的硬岩取心鑽進方法。試驗結果表明，螺桿馬達-液動錘-金剛石取心鑽進方法（圖3.3）是最佳的硬岩取心鑽進方法。

與其他硬岩取心鑽進方法相比，該方法有以下優點：

——螺桿馬達驅動，鑽桿柱不回轉，可減輕功耗和鑽具磨損，有利於改善鑽桿柱工作狀態和保護井壁，減少事故；

——液動錘沖擊載荷碎岩，可提高鑽速50%～100%，提高回次進尺長度1～2倍；

——高轉速（200r/min左右），有利於硬岩高效鑽進；

——低鑽壓，有利於防斜和降斜。

這種取心鑽進方法應用的井深，主要取決於井底工具的耐溫能力。據估計，可用到6000～7000m的深度。因此，可考慮將該方法作為13000m科學超深井上部大直徑井段施工鑽小直徑超前孔時的主要取心鑽進方法。

對於13000m科學超深井下部小直徑井段的取心鑽進，將主要考慮採用渦輪馬達驅動的孕鑲金剛石取心鑽進系統。

總結以上的分析結果，可根據表3.5選擇科學超深井的取心鑽進方法。

表3.5 取心鑽進方法的選擇

圖3.3 CCSD科鑽一井取心鑽進鑽具組合

（2）全面鑽進的鑽進方法

根據地層條件來確定使用鑽頭的種類。軟岩鑽進採用螺桿馬達驅動的金剛石聚晶復合片鑽頭，硬岩採用高速渦輪鑽具配合孕鑲金剛石鑽頭。研究與試驗結果表明，渦輪鑽具的轉速可達每分鍾幾百至上千轉，與孕鑲金剛石鑽頭配合，可大大提高硬岩鑽進的機械鑽速，比牙輪鑽進至少提高50%，高的達100%，甚至更多。

（3）擴孔鑽進的鑽進方法

擴孔鑽進分兩種情況，一種是領眼式擴孔，另一種是套管下擴孔。

領眼式擴孔是在小直徑超前孔施工後進行，採用領眼式擴孔鑽頭（圖3.4）。這種鑽頭的領眼部分插入已鑽成的小井眼中，起導向作用，靠後部的切削具擴大井眼。根據地層條件，可採用復合片或者牙輪作切削具。

圖3.4 領眼式擴孔牙輪鑽頭

圖3.5 套管下擴孔鑽進

套管下擴孔是在套管內下入採用雙心擴孔鑽具（圖3.5），在套管的下方擴出比套管直徑還大的孔眼。

3.3.2 取心鑽具

科學超深井取心鑽具應用在高溫、高壓及地應力強烈釋放的地層條件下，由井底動力沖擊回轉驅動，應具備以下條件：

1）有足夠的強度、剛度、穩定性，以確保惡劣工況下的安全性；

2）可靠的單動性能在超深井高溫、高壓、高密度鑽井液環境中不失效，保障岩心採取率和原狀性；

3）合理的鑽頭內、外徑與內、外管間隙配合，以實現同等鑽孔直徑下，鑽頭切削麵積最小化。

選用圖3.6所示KT型單動雙管鑽具結構為13000m科學超深井提鑽取心的基本型式鑽具。

圖3.6 KT型單動雙管鑽具結構

鑽具的內管考慮採用耐溫、耐腐蝕、強度高、內壁光潔等優點的不銹鋼、鋁合金、噴瓷、玻璃鋼等材料，以使岩心進入內管的摩擦阻力減小，有利於提高回次進尺和岩心採取率。

對於地層破碎程度較強的地層，將採取一些特殊的取心工具，如半合管取心鑽具、三層管鑽具、疊式組合內管鑽具等一些特殊鑽具，以提高破碎地層的岩心採取率。

為了改善破碎地層的取心效果，還應在取心鑽頭上採取一定的技術措施。半隔液式電鍍孕鑲金剛石取心鑽頭就是一種適合於破碎地層的鑽頭，該鑽頭的特點是：鑽頭主水路流暢，底唇面與外工作邊潤滑、清洗和冷卻充分，可以維持較清潔的孔底環境。鑽頭內工作邊形成數條狹長的縫隙，既能較好地在岩心與鑽頭內工作邊間阻止徑向分流的形成，又可在其間保持一定做微量循環的鑽井液，使通常易損耗的鑽頭內工作邊總能得到應有的冷卻和潤滑。鑽頭隔水環與卡簧座隔水環的配合，及鑽頭內岩心與隔水環的小環隙配合，形成有效的徑向流屏蔽。

3.3.3 側壁取樣技術

在超深井取心鑽探中往往發生岩心失落甚至取不到岩心的情況，這時就要藉助側壁取樣技術進行補取岩心。

現有多種側壁取樣方法，包括壓入式側壁取樣方法、射孔式側壁取樣方法、造斜鑽進式側壁取樣方法、連續切割式側壁取樣方法、旋轉式側壁取樣方法等。其中的造斜鑽進式側壁取樣方法、連續切割式側壁取樣方法和旋轉式側壁取樣方法相對較適合應用於科學超深井鑽探的補取岩心。對於深度超萬米的科學超深井，主要要解決這些方法的高溫高壓耐受能力。

3.3.4 井底動力鑽具

對於超萬米超深井鑽進，採用井底動力驅動是必然的選擇，開展井下動力鑽具研究對於萬米超深井的施工具有十分重要的意義。

當前採用的井下動力鑽具主要有螺桿鑽具、渦輪鑽具和液動錘三種，其中螺桿鑽具和渦輪鑽具屬於提供回轉動力的鑽具，液動錘是利用沖擊能量進行破岩鑽進的鑽具。根據目前的技術水準，螺桿鑽具和液動錘的耐溫能力約為150℃；渦輪鑽具是全金屬部件，是目前能適應高溫井施工唯一的動力鑽具，其耐溫能力可達300℃。

超深井中使用井下動力鑽具首先應該保證所在工況條件下的適應性和安全性，應該考慮如何保證在高溫高壓下密封可靠、操作簡單、使用安全和較長的使用壽命等要求。深井超深井鑽井工具的技術開發應從鑽井工藝與鑽井參數研究、工具結構設計、材料選擇、鑽具的匹配等方面開展工作。

三種井底動力鑽具的研究和改進重點如下：

（1）螺桿鑽具的改進措施

1）預輪廓定子螺桿鑽具。預輪廓定子螺桿鑽具的輸出扭矩比常規螺桿鑽具增大約1倍。同時，螺桿鑽具的效率也得到了提高。預輪廓螺桿鑽具有利於減少遲滯熱的聚集，防止局部升溫。

2）耐高溫定子橡膠。將螺桿馬達襯里材料換成丁基橡膠並將螺桿馬達的轉子製作成中空的形式，可以解決6000m左右的螺桿鑽具鑽井問題。採用氟橡膠可以進一步提高螺桿鑽具的應用井深，但對於13000m的孔深仍有一定差距。

3）陶瓷軸承。陶瓷軸承具有耐高溫、耐寒、耐磨、耐腐蝕、抗磁電絕緣、無油自潤滑、高轉速等特性，所以將其應用於螺桿鑽具會大幅提高傳動軸性能及使用壽命。

4）鋁合金轉子。選擇合適的鋁合金材料作為馬達轉子（表面採用鍍鉻處理），可以有效減輕轉子重量，減輕對定子塑料及萬向軸的壓力，同時提高轉子的耐腐蝕性能，從而提高螺桿鑽具馬達及萬向軸的使用壽命。

（2）液動潛孔錘鑽具的改進措施

1）適用超深孔液動潛孔錘類型及鑽進參數的確定；

2）提高運動密封副工作壽命的措施；

3）固定式密封耐高溫的研究；

4）提高液動錘沖擊能量的研究；

5）液動錘萬米深孔對背壓適應可行性探索；

6）與螺桿鑽、渦輪鑽組合後的泵量適應性。

（3）渦輪鑽具的改進措施

渦輪鑽具是全金屬部件，是目前能適應高溫井施工唯一的動力鑽具，從工作特性方面考慮，螺桿鑽具屬於容積式鑽具，比較適合於鑽井作業，因此，建議渦輪鑽具只是在較深的井段，或者高溫井段使用，可在8000～10000m以深選用渦輪鑽具。應重點注意下述各方面：

1）葉型設計與優化技術；

2）減速器設計技術；

3）長壽命高可靠軸承技術；

4）渦輪鑽配套鑽井工藝技術研究。

3.3.5 13000m科學超深井鑽進技術方案

（1）採用「超前孔裸眼鑽進方法」時的鑽進技術方案

採用「超前孔裸眼鑽進方法」時的鑽進技術方案見表3.6，其要點如下：

1）7500m以上，採用「超前孔裸眼鑽進方法」（小直徑取心鑽進，擴孔下套管的施工方案），超前孔直徑216mm，活動套管直徑245mm，活動套管下入的最大井深約為5000m。

2）超前孔取心鑽進主要採用孕鑲金剛石鑽頭。為提高機械鑽速和回次長度，盡量採用液動錘。

3）超前孔鑽進時，取心鑽進和全面鑽進間隔進行。取心鑽進和全面鑽進全部採用井底驅動。可能的情況下，盡量採用高轉速的渦輪馬達驅動，以提高機械鑽速。

4）超前孔全面鑽進時，採用垂孔鑽進系統，一方面可將鑽井的上部7000～8000m鑽得鉛直，為鑽達最終目標打好基礎；另一方面可實現高鑽壓鑽進，有利於提高機械鑽速，節省施工時間和成本。

5）7500～9000m井段，已是活動套管不可下入的深度，考慮採用一次取心鑽進（或全面鑽進）成井。由於直徑太大，採用螺桿馬達驅動金剛石鑽頭取心鑽進效果較差。因此，該井段計劃採用渦輪馬達驅動孕鑲金剛石鑽頭取心鑽進。

6）無論是取心鑽進，還是全面鑽進，全部採用井底驅動。上部採用螺桿馬達，下部採用渦輪馬達。

7）7500m以上井段，採用主動防斜的井斜控制方案（自動垂孔鑽進系統）；7500m以下，採用被動防斜的井斜控制方案，即採用鍾擺鑽具防斜，施工中測得井斜超標後，採用常規糾斜工具糾斜。

表3.6 13000m超深井鑽進和井斜控制技術方案（「超前孔裸眼鑽進方法」）

（2）採用「等井徑鑽進方法」時的鑽進和井斜控制技術方案

採用「等井徑鑽進方法」時的鑽進和井斜控制技術方案見表3.7。

表3.7 13000m超深井鑽進和井斜控制技術方案（「等井徑鑽進方法」）

㈢ 井身結構、套管程序與鑽進施工程序方案

3.2.1 制定井身結構、套管程序方案的基本原則

井身結構和套管程序，是鑽探技術設計中必須首先確定的技術環節，它對鑽探技術設計的其他環節，如鑽探設備方案設計、取心或擴孔鑽進用鑽頭方案設計、孔內鑽具系統方案設計等，都有至關重要的影響作用。此外，對鑽探施工的經濟性也有重要的影響作用。

確定鑽井的井身結構和套管程序，應遵循以下基本原則：

1）套管程序留有餘地，以滿足鑽遇復雜地層時增加套管層次的需求。套管層次多對施工安全更加有利，並且鑽達目標的把握性更大。但是套管層次多，將帶來施工成本的上升和施工難度加大。因此，須綜合考慮施工安全性、鑽達目標的把握性和施工成本等因素後予以確定。參照已實施的類似鑽井項目的經驗，該井除導管之外，考慮7層套管，留1級儲備，即最多可有8層套管。

2）套管與井壁之間有足夠的間隙，以保證下套管、固井施工的順利進行。同時，還要考慮下一級鑽頭能夠順利地在本級套管內通過。在同時滿足這兩個條件的基礎上，應該將套管之間的間隔盡量設計得小一些，也即在有限的空間范圍內使套管層數盡量多一些，這樣可減小鑽井直徑，提高鑽進效率和降低鑽進成本。

3）採用標准尺寸套管，盡量採用普通的連接方式，但特殊條件下，考慮採用小接箍套管或無接箍套管，以減小鑽井直徑。

4）盡可能採用尾管固井，以節省鑽井成本。

3.2.2 13000m科學超深井的套管程序和鑽進施工程序

目前13000m科學超深井鑽進的地點和地層情況全為未知，按鑽井設計要求，不能夠進行鑽井的井身結構和套管程序設計。但如果不進行井身結構和套管程序設計，後續的其他設計將受此影響，對13000m科學超深井鑽探施工可行性的評價便無法開展。因此，在此設計中，參考類似項目的經驗，對13000m科學超深井的套管層次、套管規格和套管下入深度，提出建議方案。

本設計對13000m超深井考慮兩種套管程序和鑽進施工程序，即「超前孔裸眼鑽進方法」和「等井徑鑽進方法」。

（1）採用「超前孔裸眼鑽進方法」時的套管程序和鑽進施工程序

上部採用「超前孔裸眼鑽進方法」施工。該方法是科學深鑽施工中常用的方法，在前蘇聯科拉超深井、德國KTB先導孔、中國大陸科學鑽探科鑽一井、汶川地震科學鑽探項目的鑽井中都得到過應用。該方法的優點是，適合在地層條件未知的情況下使用，有利於解決大直徑井段的取心問題、垂孔鑽進問題和測井問題。該方法的基本原理如下：全井以一種較小的直徑取心鑽進，施工效率高、成本低，容易實現。小直徑取心鑽進時，上部的大環空間隙會給鑽探施工帶來多種不利：泥漿上返流速太低，岩粉攜帶和排除效果差；鑽桿柱受力惡劣，容易發生斷鑽桿事故；孔底鑽具工作不平穩，導致鑽頭壽命低、取心效果差。為了解決這些問題，取心鑽進前，先下一層與取心鑽頭直徑接近的可回收套管（活動套管），遇到復雜情況必須下套管護孔時，將活動套管拔出，擴孔鑽進穿過不穩定層，並下套管和固井，然後繼續往下鑽。根據套管直徑和鑽孔深度情況決定，下部鑽進時是否再下活動套管。採用該方法施工有以下好處：

1）解決大直徑井段的取心問題。13000m科學超深井上部鑽孔直徑在400～800mm之間。在這么大直徑的鑽井中取心鑽進，從理論上說是可行的，但是技術難度大、鑽進成本很高，並且對於不同的口徑需要不同的取心鑽具，鑽具研製的成本也很高。而採用該方法施工，只採用一種鑽具，而且是小直徑（216mm）鑽具程序，施工成本低、可靠性高。

2）解決上部井段的垂孔鑽進問題。為了實現鑽達13000m的目標，鑽井的上部7000～8000m必須保持鉛直。根據德國KTB主孔的施工經驗，採用自動垂直孔鑽進系統可實現此目標。在本超深井的小直徑的超前孔鑽進階段，可實施自動垂直孔鑽進方案。其優點與取心鑽進的類似，即只採用一種小直徑自動垂鑽系統，使用成本很低、可靠性很高。

3）採用先鑽小直徑超前孔、再擴孔的施工方法。有利於上部井段採用非標準的鑽頭尺寸，最終可在相同套管層次的條件下使井眼直徑變小，鑽井效率提高，鑽井成本降低。

4）全部採用標准尺寸套管。上部擴孔井段採用非標准鑽頭尺寸，以便能在有限的空間內盡可能多下套管，可減小鑽進直徑和套管直徑，降低鑽井成本。

5）從245mm套管開始，套管柱設計成尾管，以節省鑽井成本。尾管固井工藝使用的限制是，要保證足夠的環空上返泥漿流速，以保證好的攜帶岩屑效果和鑽進施工正常進行。

為此，13000m超深井「超前孔裸眼鑽進方法」井身結構和套管程序設計方案見表3.1、表3.2、圖3.1。

表3.1 13000m超深井井身結構和套管程序-1（「超前孔裸眼鑽進方法」）

表3.2 13000m超深井井身結構和套管程序-2（「超前孔裸眼鑽進方法」）

圖3.1 13000m超深井套管程序圖（「超前孔裸眼鑽進方法」）

（2）採用「等井徑鑽進方法」時的套管程序和鑽進施工程序

等井徑鑽井技術是石油天然氣領域的一個重大突破。該技術利用可膨脹管的技術特性，用可膨脹管代替套管，在井眼內下入多級同一尺寸的膨脹管並固井。採用該技術形成的井身結構與傳統井身結構相比，具有如下顯著的優點：

1）有助於地面設備的標准化。在深井鑽井作業中，大量的時間花費在鑽台上，如更換底部鑽具組合、從鑽台上甩鑽桿和吊鑽桿、防噴器組的尺寸受所設計的入井套管柱的限制等。採用等井徑鑽井技術可以將不同尺寸的地面設備標准化，可以使用一種尺寸的鑽柱和鑽頭，縮小防噴器組的尺寸，從而大大降低一口井的鑽井、完井費用。

2）有利於環保並減少總建井投資成本。因為不需要下入多層大尺寸套管，用小型鑽機鑽井即可，因而等井徑系統能明顯地降低環境影響，同時減少對材料的消耗。據報道，採用等井徑鑽井技術平均每口井可節省44%的鑽井液用量，降低42%的套管質量，節約42%的固井水泥，節省59%的岩屑處理費用。

3）有利於鑽井作業安全。常規作業中，在設備處理過程中經常會造成人身傷害，等井徑鑽井技術雖不能取消這些作業，但可明顯減小處理設備的尺寸，獲得更安全的工作環境。

為此，13000m超深井「等井徑鑽進方法」井身結構和套管程序設計方案見表3.3、表3.4、圖3.2。

表3.3 13000m超深井井身結構和套管程序-3（「等井徑鑽進方法」）

表3.4 13000m超深井井身結構和套管程序-4（「等井徑鑽進方法」）

圖3.2 13000m超深井套管程序圖（「等井徑鑽進方法」）

㈣ 目前全世界最深的鑽孔是多少是由哪個國家完成，耗時多久

全世界最深的鑽井前蘇聯科拉超深鑽井，據說轉了12,000多，到了後來就不轉了，當然與他們國內的政治環境變化與這個鑽井到後來所發生的一些奇怪的事件都有關系總之就是到最後這個鑽井停了。

這個鑽井越到底下是直徑越小的，從表面來看它就像是一個深盆鋸口像是地球表面的一個窗孔，看下去是漆黑一片，所以在當時科技不是特別發達的情況下，用攝像機放到11,000多米的身下的時候，就覺得這底下有一些不該存在的東西，其實是受到了地磁場的影響，影響了電子設備的日常工作，所以才發出那些類似於電波鬼哭狼嚎一樣的奇怪的東西。

㈤ 國際科學鑽探計劃

經現場瀏覽與大會論文摘要搜索，向大會注冊的涉及鑽探工程應用的論文摘要共311篇，其中308篇是以鑽探工程為手段的各地學研究計劃與能源、礦產、水資源等項目的地質成果介紹，僅3篇是由中國提交的純鑽探技術成果的摘要。

一、國際科學鑽探計劃概況

已有20多個重大國際鑽探項目在國際大陸科學鑽探組織（ICDP）框架下組織實施。ICDP聚焦於地球科學與國際社會經濟問題中具挑戰性的研究課題，如大陸動力學與自然災害、火山體系與地熱體（thermal regimes）、地球歷史與氣候變化、構造碰撞、非常規能源、深部生物等。其中突出的研究成果有：加利福尼亞聖安第斯、中國台灣車輪鋪（Chelungpu）與希臘科林斯灣鑽穿活性斷層帶取心研究地震循環的基本過程；日本Unzen火山、夏威夷、冰島超臨界火山流體活火山過程的研究；的的喀喀湖、馬拉維、Bosumtwi、青海湖的古地質氣候演化研究；Chicxulub,Bosumtwi和Chesapeake Bay在不同大小的隕石碰撞下隕石坑的形成過程及其對周圍環境的影響。ICDP未來幾年的研究主題有：氣候動力學與全球環境、隕石坑及其形成過程、地下生物、活斷層、板塊匯聚邊緣與碰撞帶、自然資源等。鑽探技術要面對大陸科學鑽探的未來挑戰，是完善孔內安全鑽進系統、復雜地層無損無污染取心，及深部惡劣環境下長期觀測設備的裝置。

在2004年至2008年的四年間，國際大洋鑽探組織（IODP）完成的考察主要如下：經過55年後在北極羅蒙洛索夫山脊完成溫室到冰室的歷史記錄；在富卡山脊建立了三個觀測孔對胡安山側的海底洋流進行調查；對墨西哥灣深水下的超高壓與洋流過程進行調查；通過鑽探再次獲得科克斯板塊洋底基岩資料。

在堅冰海面進行深水鑽探的鑽探裝備，是人類高效開展極地考察活動的必要條件。過去由於缺乏專門的破冰鑽探船，很多科考活動進展緩慢甚至無法進行。如ODP第151航次開始在Yermak高地開展鑽探，直到55年後的2004年，IODP的ACEX考察才在北緯87°55 ′16″、東經139°21′54″的北冰洋底羅蒙洛索夫山脊頂端重獲430米岩心資料，而此次考察動用了兩艘重型破冰船在鑽探船周圍保駕護航。最近，世界上最先進的極地研究設施，「北極光」號研究破冰船（圖1）建造成功，其鑽深能力，可在水深80～5000米永久性冰面覆蓋的極地洋面上，破冰深入水下1000米取樣，同時也可用於長期的國際多學科北極鑽探考察。該船船體設計新穎，配備衛星航海、方位推進系統與冰處理支持，動力定位系統可在2.5米以上厚度的冰層上運行，定製的高寒深水鑽機、全封閉的鑽台和預研究工作室允許科技人員在極地條件下全天候工作。

為了更好地適應大陸科學鑽探的各項特殊要求，ICDP委託德國波茨坦PFZ(Geo-Forsechungs Zentrum）研製了一台新型的鑽機—Innova Rig（圖2），與標準的石油鑽機相比，該鑽機具有如下的技術特點：可進行回轉、常規取心、繩索取心與氣舉等不同工藝方法的鑽進；高安全標准、高自動化的模塊式鑽機設計，綜合動力概念，無大繩的液力提升與給進系統，減少了環境污染和噪音強度，場地面各減小、鑽探成本下降。該鑽機還為測井儀器預設了存儲單元，配置了測井電纜導繩器，可以實現快速測井；鑽屑樣品收集器與基於質譜原理的泥漿氣體分析器，使野外研究可在原位進行；鑽進信息系統已與ICDP鑽進信息系統集成。鑽機的技術參數為：發電機容量3×1540千伏安，驅動功率4000千瓦，泥漿泵功率3×1000千瓦，鑽進深度5000米，名義大鉤載荷3500千牛，轉速220轉，回轉扭矩40～75千牛·米，提升油缸行程22米，繩索取心絞車容量5000米（鋼繩直徑12.7毫米），鑽機總重3700千牛。

圖1 「北極光」號研究破冰船

圖2 德國Innova Rig鑽機

在通過鑽探手段直接獲取地下能源方面，冰島深鑽計劃（IDDP）頗為引人注目。冰島是一個多火山國家，在火山中心地帶，高溫地熱源已被開發用於蒸汽或水發電，並向地方供熱。在這些地區，一口2000～3000米深的鑽井，井底溫度達到300℃，井口溫度可達200℃，單井可生產500～2000千瓦的電力。2002年以來，鑽進到4000～5000米深度以調查地熱資源的准備就在進行，這一工作的目標，就是確定在淡水溫度與壓力臨界點（374.15℃，22.12兆帕）以上的條件下，提取能量與化學液體在技術與經濟上究竟是否可行。2008年8月，第一口深井將在冰島東北部的Krafla地熱田開鑽，這口井鑽達預定井深時，井底溫度將高達400～600℃，蒸汽所產生的電力估計將達到4～5百瓦。IDDP的這一預想若被證實，將導致冰島和其他地區高溫地熱資源經濟的重大進步。第一口深井的資金已落實，鑽探工程計劃在4～5個月內完成，2009年進行井中循環測試。

二、中國白堊紀大陸科學鑽探松科一井（北井）鑽探工程

松科一井是中國國家973計劃項目「白堊系地球表層系統重大地質事件與溫室氣候變化」，為獲取供地學研究的白堊紀地層實物資料，在中國東北部松遼盆地布置的環境科學鑽探工程。工程由南井和北井（又稱主井）組成，井深分別為1810米和1910米，岩心採取率要求90%。其中南井成井後可轉化為石油生產井，由大慶油田按石油鑽井程序建井；北井僅為採集岩樣，由中國地質調查局勘探技術研究所承擔，並組織中國地質大學與河南地礦工程公司協作施工。本井全井連續取心鑽進的要求，使之不同於普通的石油鑽井；鑽遇地層為湖盆沉積、完井直徑156毫米、需在井口安裝井內壓力控制系統，使之又不同於地質岩心鑽探。故北井施工的裝備與工藝均有其自身特點。

1.設備與管材——2000米水源鑽探裝備

出於井深、井徑與井內安全鑽進的要求，本井所用鑽桿直徑不得小於73毫米，而國內岩心鑽機若使用這種鑽桿，尚達不到鑽進近2000米的深度，因此選用了2000米配套的水源鑽井設備。與鑽進同樣井深的石油鑽機比較，其優點是重量輕、體積小、功耗低，佔地面積小、運行與維護成本低；提引器升降鑽桿柱、鑽機轉盤擰卸扣，操作簡便、配套緊湊；缺點是管材強度較低，不似石油鑽井可強力給進；鑽機轉速較低，硬岩鑽進時鑽速低；鑽塔提升高度有限，提下鑽輔助時間長。

2.鑽井平台高架——滿足井控設備安裝要求

2000米水源鑽機的鑽井平台直接坐於地面。為在井口安裝防噴器，自設計鋼基礎構架，將平台高度提升2.1米（圖3）。完鑽時構架承受200千牛的設備靜載、400千牛懸重的鑽柱提下鑽動載以及7級以上的大風載荷，未出現任何不安全跡象。

圖3 鑽機底架效果設計

3.取心鑽進——岩心鑽探工藝

鑽具規格與結構：

鑽頭外徑：156毫米

普通雙管鑽具岩心直徑：96毫米

保真鑽具（三層管）岩心直徑：82毫米

最大岩心容納長度：9米

保真鑽具的襯管為透明度好、剛度好、化學性能穩定的PC有機材料管，其作用是鑽進時保護鬆散樣品不受擾動，出心時樣品可隨管無損抽出。樣品易保管，易運輸，且可在管內冷凍成型後剖切研究。

（1）流沙層隔液保真取樣：井深162～211米地層是無膠結的流砂層，鑽進時鑽具內腔與流動的鑽井液必須完全隔絕，否則進入鑽頭的砂樣會部分或完全沖蝕耗盡。所設計的鑽具在砂層中取心鑽進近50米，采樣率達82%（圖4）。

圖4 隔液保真鑽具的取樣效果

（2）黏軟—中硬地層嵌塊式合金鑽頭：245～950米井段為長段軟泥岩及其與酥鬆或較緻密的泥岩、砂岩互層，如用常規的鑽頭結構形式，則在軟泥岩中易泥包糊鑽，在較緻密的岩層中鑽速低下。還因合金刀具抗崩耐磨性均較差需頻繁更換，而鑽頭剛體價格昂貴，如直接在剛體上更換刀具必致剛體壽命短暫增加成本。圖5a所示的大排水、排屑空間的嵌塊式結構，不僅杜絕了軟泥岩中的糊鑽現象，且適應地層的軟硬變化。在900餘米進尺中，5隻鑽頭剛體入井190回次、純鑽進近700小時後仍可繼續使用。鑽頭所鑽遇的岩層如圖5b所示。

（3）緻密泥岩中螺桿鑽復合回轉鑽進：井深1250米後地層進入黑色緻密泥岩，無論是合金鑽頭還是PDC鑽頭，鑽壓加到45千牛、泵量開到950升/分鍾，但鑽速均只在0.2～0.3米/小時，孕鑲金剛石鑽頭的轉盤單回轉鑽進，鑽速也只在0.5米/小時左右。孕鑲鑽頭乃依賴高速磨削碎岩，但因設備和井內原因，作業時轉盤最高轉速只允許開至90轉/分鍾。為提高鑽頭轉速提升鑽速，啟用螺桿馬達實現井底驅動，同時低速開動轉盤（37轉/分鍾）消除鑽柱與井壁的靜摩擦以求鑽壓均勻傳遞。這一措施的鑽進效果由下表可對比。

圖5 嵌塊式合金鑽頭及其鑽井效果

當代地球科學發展趨勢：第33屆國際地質大會熱點聚焦

（4）水力出心裝置：常規鑽具的岩心需從內管中直接取出，對於大口徑鑽具，傳統的出心方法不僅勞動強度大、出心時間長，還因管內堵卡、機械振動以及岩心自由下落等原因，造成塑性與酥性心樣變形、脆性岩心傷害，地層的原始信息被人為破壞。本井研製的水力出心裝置，出心時只要在鑽具上接頭連接送漿管，再封住內、外管下端環隙，利用水壓將岩心整體推出內管，減去了傳統出心方法的各個環節，真正做到了常規鑽具的岩心無損出管。裝置原理與現場工作情況如圖5所示。

（5）泥漿護壁成果：一開地層為鬆散的流砂層與松軟泥岩，泥漿技術不過關，極易引發卡鑽、埋鑽等井內事故，還可能會因長井段坍塌導致鑽井報廢。一開至完鑽歷時53日歷天，鑽具在流砂層與松軟泥岩層中裸眼提、下110回次，不僅從未發生過井內險情，且井徑規整、極少沉淤，固井時井內注液量表明井眼超徑系數不到1.08。二開井段總長1566米，上部為松軟、水敏性泥岩與酥鬆、脆弱的砂岩、礫岩穿插，850～1500米含多段易掉塊地層。二開至完鑽裸眼歷時193日歷天，提下鑽具295回次，從未發生水敏地層膨脹縮徑與脆性地層掉塊導致卡鑽事故。

4.綜合評述

（1）取心鑽進技術指標（見下頁表）。

（2）南、北井技術經濟對比：北井運用水源鑽探設備與岩心鑽探工藝，歷時8個月，完鑽井深1811米，取心進尺1630米，岩心採取率95%；南井使用石油鑽井設備與工藝，歷時3個月，完鑽井深1915米，取心進尺965米，岩心採取率98%。兩井客觀條件相比，盡管北井取心難度大、鑽遇地層復雜、存在50米無膠結流砂層與500餘米極緻密的泥岩，且施工方進場時對地層性質毫無了解，但從總體上看：兩種方法的岩心採取率均滿足科研工作要求；石油鑽井裝備的鑽進效率遠高於水源鑽探裝備；石油鑽井裝備的工程費用為水源鑽探裝備的3倍以上。因此可得結論：在工程進度滿足科研進度的前提下，選用組合鑽探技術實施環境科學鑽探工程，是有效壓縮科研費用的可行之路。

當代地球科學發展趨勢：第33屆國際地質大會熱點聚焦

（朱永宜執筆）

㈥ 鑽井隊怎麼打井的，怎麼鑽那麼深，用下水泥管子到里邊嗎那個打井的機器要多少錢呢

打井分很多種，深機井，地熱井，空調井，降水井，價格相差百倍，有的需要水泥管，有的需要PVC管，總之用處不一樣，價格和構造也不一樣，打井機從幾萬元到上E的都有，不一樣，希望回答滿意。

㈦ 國內外科學鑽探及超深井取心現狀

1.1.1 科拉3井取心技術

前蘇聯在深部地質研究中十分重視科學深鑽的作用，執行了世界上最龐大的科學鑽探計劃，開鑽的6000m以上超深井就有10口左右，其中位於科拉半島的SG-3井以12262m的深度雄居世界深井之冠。因此，SG-3井是我國實施13000m科學超深井最具參考價值的科學鑽探井，其所獲得的地層信息和取心方法均值得我們借鑒。

1.1.1.1 鑽進碎岩方法

前蘇聯4000m以上科學鑽井的終孔直徑一般設計為216mm。該直徑進行取心鑽進屬於大直徑取心鑽進，採用的主要鑽進工具是牙輪鑽頭。在科拉、烏拉爾和薩阿特累超深井鑽進中，都進行過各種金剛石鑽頭與牙輪鑽頭使用的對比試驗，因為當時金剛石鑽頭技術水平尚差，結果證明後者為佳。如在烏拉爾超深井中，斯拉烏季契（一種金剛石燒結體）鑽頭的鑽進效率為0.2～0.3m/h、壽命30m；表鑲金剛石鑽頭效果更差；牙輪取心鑽頭的鑽進效率為1～1.5m/h、壽命為7～10m，已滿足一般回次長度的要求（8m左右）。

在SG-3井的片麻岩、角閃岩和花崗岩混合岩層中，採用216×60mm牙輪取心鑽頭的使用效果如下：1217個取心回次的平均鑽速為1.8m/h、平均回次進尺為7.6m，但用牙輪鑽頭取心對岩心採取率有非常不利的影響，雖採用「水力輸送岩心取樣器」大大減輕了此種影響，全孔岩心採取率也僅為40%。

1.1.1.2 回收岩心方式和取心工具

SG-3井施工盡管幾乎是全井取心，也還是通過提鑽回收岩心，沒有採用繩索取心，原因如下：①牙輪鑽頭的壽命只有10m左右，採用「水力輸送岩心取樣器」回次進尺可達8m左右，故採用繩索取心已無意義和必要；②採用繩索取心鑽進，岩心易堵塞，回次進尺長度僅能達到3～5m；③「水力輸送岩心取樣器」的岩心採取率要優於繩索取心。

1.1.1.3 水力輸送岩心取樣器

在結晶岩的構造應力帶，岩石破碎嚴重。尤其在超深井段，地應力釋放導致岩心片化，使岩心變成薄片和碎塊，因此，結晶岩超深井的取心是一大技術難題。加上牙輪鑽頭的取心效果本來就差，故一般的取心鑽具用於此種場合時岩心採取率非常低。通過逐步摸索和反復實踐，前蘇聯研製了一種「水力輸送岩心取樣器」，它可使鑽井液在井底實現局部反循環，促進岩心上行，將岩心輸送到一個下端封閉的岩心容納室中，進入此室中的岩心在提鑽過程中肯定不會脫落。該取心系統型號為MAT，已成系列，經改進、完善後效果很好，已在其他超深井施工中推廣使用。

1.1.2 中國大陸科學鑽探工程科鑽一井

CCSD-1井是我國實施最深的科學鑽探井，也是近期國際大陸科學鑽探實施的最深井，是在超高壓變質帶結晶岩地層中實施的全孔取心鑽探井。運用了螺桿馬達+液動錘驅動金剛石鑽頭回轉沖擊鑽進技術，該技術在堅硬結晶岩地層中取得了巨大成功，是我國現代取心鑽進技術水平的體現，這為實施13000m科學超深井奠定了技術基礎。

1.1.2.1 取心鑽頭的選擇

在硬岩中進行取心鑽進，可以選擇牙輪取心鑽頭或金剛石取心鑽頭。由於牙輪鑽頭與金剛石鑽頭在井底的運動特性各異，金剛石鑽頭鑽取的岩心質量較牙輪鑽頭好很多。

中空牙輪取心鑽頭在井底回轉破碎岩石時，其牙輪既繞鑽頭軸線公轉，又繞牙輪軸線自轉。由於鑽頭中心必須留有空間讓岩心通過，其牙輪的錐頂不可能布置在其公轉中心，因此，牙輪齒在井底岩石表面產生滾動的同時，還產生滑動。牙輪沿井底旋轉滾動時，當牙輪雙排齒接觸井底岩石時，牙輪的軸心位置最低；而當滾動到單排齒接觸井底時，牙輪的軸心便升到最高位置。牙輪在滾動過程中，軸心從最低位置到最高位置，又從最高位置到最低位置，如此反復交替，從而產生縱向振動。因此牙輪在自轉、公轉、滑動、軸向振動的復合作用下，產生滾動、滑動和沖擊振動，沖擊、壓碎、剪切、切削岩石。由於牙輪在孔底的滑動與振動，使得鑽取的岩心表面粗糙，即使在完整的岩層，岩心也很破碎，取心質量較差、採取率低。

金剛石鑽頭，特別是孕鑲金剛石鑽頭，由於其切削刃粒度小，切入岩石的深度有限，當其在孔底回轉時，不會像牙輪鑽頭那樣因切削工具本身的運動而產生振動。而且，鑽頭在高速旋轉時，會產生陀螺效應。因此金剛石鑽頭在井底轉動時，比牙輪鑽頭要穩定得多，因而所鑽取的岩心表面光滑、連續，岩心完整，取心質量好。

綜上所述，從岩心採取率和岩心質量考慮，為更好地滿足科學鑽探井的地學研究，CCSD-1井選擇了金剛石鑽頭取心鑽進。

1.1.2.2 岩心打撈方式的選擇

岩心打撈方式主要從繩索取心和提鑽取心中選擇。經過技術經濟的理論分析，如鑽頭壽命能遠大於提鑽取心回次進尺長度，則繩索取心當屬首選。但是，由於德國進口的繩索取心鑽桿存在嚴重質量問題，不得不採用了金剛石鑽頭提鑽取心鑽進方式。

1.1.2.3 取心鑽進方法的選擇

金剛石鑽頭線速度要求達到2m/s，故Φ157mm鑽頭的轉速需達243r/min。顯然，石油鑽機的轉盤轉速不能滿足金剛石鑽頭提鑽取心鑽進對轉速的要求。要提高轉速，解決的辦法有兩種：一是加裝高速頂部驅動系統，二是配備高速井底馬達。

井底馬達驅動方式具有能耗低，對井壁的擾動小的優點，因此，CCSD-1井採取了井底螺桿馬達驅動方式。但是，Φ157mm鑽孔直徑限制了螺桿馬達的直徑不能太大，因而其輸出功率受到限制。加之金剛石鑽進要求鑽頭轉速高，要滿足轉速的要求，螺桿馬達的輸出扭矩必然受到限制。要確保鑽井施工的正常進行，首先必須保證鑽頭能夠正常地回轉，這就意味著要犧牲一定的鑽壓。鑽壓的減少，必然導致鑽速的降低。為此，CCSD-1井在取心鑽具組合中加入了一套液動錘，在鑽頭上施加沖擊，使得鑽進時所需的鑽壓大大減少，施加的鑽壓只要能足以克服井底鑽具的反彈即可，破碎岩石主要依靠液動錘產生的沖擊力。

CCSD-1井取心鑽進總進尺5004.95m，其中使用螺桿馬達驅動的沖擊回轉金剛石鑽頭取心鑽進4042.73m，佔取心鑽進總進尺的80.770%，平均機械鑽速為1.134m/h，平均回次長度6.34m，平均岩心採取率達85.45%。結果表明，螺桿馬達+液動錘驅動的沖擊回轉取心鑽進方法，不僅能大大節省能源、減少鑽桿磨損，而且鑽進效率高，回次進尺長。

1.1.3 塔深1井超深井取心技術

塔深1井完井井深8408m，是中石化重點超深井，目的是為加快塔河油田油氣勘探步伐，探索下古生界寒武系大型建隆圈閉的含油氣性，實現新領域的導向性突破，從而完成「塔河之下找塔河」的油氣勘探目標。為了解目的層物性資料和儲層發育情況，該井設計了4段目的層取心。由於該井超深，且取心井段在該井側鑽後長斜裸眼中，岩性以白雲岩為主，裂縫發育、地層極破碎，取心施工難度非常大，雖取心段短，也遇到一些在超深井取心中的工藝技術難點。該井在超深井段取心總進尺18.70m，平均取心收獲率78.8%，取心深度達到8408m，為我國實施科學超深井提供了寶貴的經驗。

1.1.3.1 取心技術難點

除井超深，鑽具柔性強等超深井都將面臨的難題外，取心井段在該井側鑽後斜裸眼中（井斜6°～25°），斜裸眼段長（6859～8408m），取心段岩性為粉晶和微晶白雲岩，裂縫發育，岩性破碎（圖1.1）。因此，該井取心技術難點一是破碎岩心造成堵（卡）心，二是鑽具在超深、井斜井眼內失穩。在井斜14°～25°，側鑽後裸眼長600～1550m井段，取心鑽具穩定性非常差，失穩狀態下將造成鑽頭一側承受過大鑽壓，其受過壓部分的切削齒就會因超載和冷卻不良，過早磨損，甚至過燒，同時也造成鑽頭的旋轉中心偏離幾何中心的情況間歇發生，取心鑽頭未達到良好的工作狀態導致採取率降低，第3、4、5回次岩心採取率僅40.7%～71.6%。

圖1.1 高角度裂隙發育的岩心

1.1.3.2 取心鑽進方案措施

採用了川5-5型取心鑽具，取心鑽頭直徑Φ149mm。研究採用了精確的雙流道設計和低侵蝕聚晶金剛石鑽頭，有效地降低鑽頭底部沖刷岩心的流速，減小了鑽井液對破碎岩心的沖蝕。驅動方式採用地表轉盤單回轉，因此，雖地層可鑽性級別不高，機械鑽速也僅在1m/h左右，且至最後一回次（井深8408m）時，鑽速降至0.74m/h。

1.1.4 其他科學鑽探工程

1.1.4.1 德國KTB計劃主孔

KTB計劃主孔於1990年10月6日至1994年10月12日完成（9101m）施工。鑽孔剖面的主要岩石為片麻岩、角閃片麻岩、角閃岩、變質的輝長岩和大理岩等。主孔在4000m以淺不取心，但連續採取了岩屑樣品。4000m以深使用牙輪鑽頭和金剛石鑽頭僅累計取心83.34m，且8085.1m以深後期因技術問題未取心。深部、超深部取心比例小成為KTB計劃的一大遺憾。

1.1.4.2 松科一井（主井）

位於大慶油田的SK-1井，是國家「973」計劃項目「白堊系地球表層系統重大地質事件與溫室氣候變化」的所屬工程，是國際大陸科學鑽探計劃框架下的全球首例陸相白堊系科學鑽探工程。其科學目標之一，是通過厘米級樣品的取樣與分析，建立全球范圍內可對比的陸相白堊系綜合剖面，將傳統地質學的百萬年時間解析度提高到萬年尺度，使地質學研究能夠為預測未來全球環境變化提供更多的科學依據，因此，高質量地採取需研究地層的岩心實物，對該項目極為重要。

SK-1井（主井）完鑽井深1810m，164.77～1729m連續取心，鑽遇了鬆散砂岩、水敏泥岩、疏鬆砂岩、弱膠結礫岩、緻密泥頁岩等沉積岩地層。沿用的是CCSD-1井研製的KT140取心鑽具。為克服鬆散地層採取率低，軟泥岩地層泥包、抽吸作用，地層頻繁穿插變化，緻密地層機械鑽速低等困難，研發與選用硬質合金、PDC鑽頭、孕鑲金剛石3類多種結構形式的鑽頭和2種隔液保形單動雙管取心鑽具，採用轉盤單回轉與螺桿馬達+轉盤復合回轉鑽進工藝，取得了一系列沉積岩地層取心鑽進的成果。

1.1.4.3 WFSD工程

汶川地震斷裂帶科學鑽探工程（WFSD）的主要實施目的之一是連續獲取岩心，供地學研究地震斷裂發震機理。龍門山斷裂帶歷史上經歷了多次地震，地層主要是極其破碎，並含有部分極鬆散無膠結地層、強水敏性斷層泥岩地層。因此，如何在極破碎、鬆散地層中高效、優質地取心鑽進是WFSD鑽探施工的關鍵技術。針對WFSD工程復雜地層條件，採用了隔液、半隔液取心鑽進結構、半合管無損出心、轉盤+螺桿鑽復合回轉鑽進、轉盤+螺桿鑽+液動錘復合回轉沖擊鑽進等有效的技術手段。

WFSD工程取心鑽進所遇的最大難題是，幾個子工程均全孔破碎，堵（卡）心嚴重，這導致工程平均回次進尺短，雖採用了隔液、半隔液的鑽進結構，孔底動力驅動穩定取心鑽具等措施，平均回次仍難達到3m。岩心的原狀性對地震科學鑽探和環境科學鑽探都極其重要，SK-1井研發了水力出心裝置，WFSD工程採用了半合管技術，很好的確保的岩心的原狀出管。項目組在半合管加工工藝上不斷地突破，將半合管長度從最初的1.5～2m加長至6m。

1.1.5 超深井取心技術難點分析

分析以上國、內外已實施的科學鑽探井和石油天然氣鑽井的超深井取心，實施13000m科學超深井，取心鑽進所面臨的主要難點是：高強度、剛度、穩定性和單動可靠性高的取心鑽具及配套的取心鑽頭、擴孔器的設計；6000m以淺沉積岩地層的多變性，即存在難取心地層、又存在難鑽進地層；6000m以深結晶岩地層主要是如何實現快速、長回次的取心鑽進，解決超深部因應力釋放導致的破碎、片化地層堵（卡）心。

1.1.5.1 取心鑽具設計

超深部取心鑽進是在高溫、高圍壓、地應力釋放強烈的條件下進行，擬由地表與加沖擊器的孔底動力機聯合驅動。強度高、剛度、穩定性和單動可靠性好的取心鑽具及配套的鑽頭、擴孔器的結構設計，是安全、高效地滿足地學研究要求的岩心採取率與岩心質量的前提。在超深部取心，我國即沒有成熟的經驗，也無法模擬其惡劣的工況，各種形式的鑽具失效均有發生的可能。

高溫、高壓不僅是鑽井液、孔底動力鑽具使用的不利因素，也制約著取心鑽具單動結構的設計。單動雙管（或三管保形）取心鑽具是滿足科學鑽探岩心採取率及原狀性高要求的最佳選擇，而現有的單動結構多採用了密封軸承結構，在深孔高溫、高壓的惡劣工況下極易失效。

取心鑽具管材的選型決定鑽頭的環狀碎岩面積，這將直接影響取心鑽進效率。大壁厚的管材固然能增強鑽具的強度、剛度及穩定性，但也犧牲了機械鑽速，反之，薄壁鑽頭取心則安全度降低。石油天然氣鑽井因取心少，較少考慮提高取心鑽進機械鑽速；地質岩心鑽探以取心鑽進為主，多使用薄壁金剛石鑽進技術，以盡可能提高機械鑽速以達到較好的經濟效益。如何兼顧安全性和經濟性，是超深井取心鑽具設計的難點。

1.1.5.2 沉積岩地層取心技術

科學鑽探多在構造帶等地學意義重大的區域實施，地表手段難以准確預測將鑽穿的地層。從國內、外來已實施的科學鑽探工程來看看，都鑽遇了多種復雜地層和不同類型的難鑽進地層。13000m科學超深井按中、深部以淺井段（≤6000m）為沉積岩地層，超深井段（＞6000m）為結晶岩地層考慮。不同地層都須有相適應的取心鑽具、配套的取心鑽頭及相應的技術方法。

實施科學超深井是一項長期、高耗的系統工程，沉積岩地層鑽探是其第一階段，快速、高質量地完成6000m以淺沉積岩地層鑽探任務，可為超深部施工提供良好的井眼條件和自信心，也為系統工程節約大量的時間、經濟成本。我國已實施的SK-1井便是在淺層沉積岩地層實施的環境科學鑽探工程，石油天然氣鑽井也幾乎都是在沉積岩中完成，從經驗來看，在沉積岩地層取心鑽進，其難點主要為：

1）軟泥岩鑽頭易泥包、岩心膨脹，機械鑽速低、易膨脹堵心；

2）緻密泥頁岩中合金、PDC切削碎岩難以實現，其極低的研磨性和一定的塑性又致使磨削方式鑽頭打滑，鑽進效率低；

3）塑性軟泥岩中卡簧易失效，加上提鑽過程中強大的抽吸作用，易出心岩心整體或部分被拉出的情況。

受制於取心鑽頭結構和保護岩心的要求，取心鑽進不能像石油天然氣鑽井一樣採用水力碎岩方式和大鑽壓鑽進，所以，須設計適應深孔沉積岩地層的取心鑽具及配套的高效取心鑽頭。

1.1.5.3 結晶岩地層取心技術

結晶岩地層技術難點主要是兩方面：一方面是地層可鑽性級別很高；另一方面是超深部應力釋放導致的岩石片化、碎化。

我國已在CCSD-1井中成功的探索出了螺桿馬達+液動錘孔底動力聯合驅動取心鑽進系統，但在高溫、高壓的超深井段，尚無成功經驗。在超深井段，螺桿馬達和液動錘的橡膠件都易在高溫、高壓環境中失效，僅能使用無橡膠件的渦輪馬達高速回轉驅動金剛石取心鑽頭。所以，在超深部結晶岩地層快速、安全地取心鑽進是科學超深井面對的重大挑戰。

SG-3井、塔深1井經驗表明，在深井的構造應力帶，岩石破碎嚴重，尤其在超深井段，地應力釋放導致岩心片化，使岩心變成薄片和碎塊。即使在淺層破碎地層取心，堵心仍是目前難以解決的取心技術難題。由此可見，超深部井段結晶岩破碎地層取心是最大的技術難題之一。

1）取心鑽頭和鑽具的旋轉和振動，對本就破碎岩心有破壞作用，使其難以成柱狀順利進入鑽具內腔；

2）鑽進液對破碎岩心的沖蝕，會造成小顆粒的損失、破壞岩心的原狀性、降低採取率；

3）破碎岩心承載能力小，隨著進入內管岩心長度的增加，入管阻力在內管壁摩擦力和岩心自重的雙重阻力下逐漸增大，最終阻止岩心入管，造成採取率下降和回次進尺減少；

4）出心時，岩心受力狀態變化，強烈釋放的地應力使岩心進一步碎裂，阻礙岩心順利出管，原狀性易被破壞。

以上因素都會降低超深部地層岩心採取率、破壞岩心原狀性、降低取心鑽進效率。實施13000m超深井取心鑽進，回次進尺之於取心鑽進效率尤為重要，而深部地層堵心制約著回次進尺，這將隨著取心鑽進比率的增加，成為影響鑽井周期的關鍵因素。

㈧ 鑽井工人主要做什麼

鑽井工人主要做如下工作內容：

1、井場鑽具應以內螺紋端面為准排放整齊，地面和層間墊滾杠，兩端懸空不得超過2m。堆放最多不超過三層，管架兩端防滾落，下面不得放置其它異物。

2、下井鑽具做到內、外螺紋清潔完好，水眼暢通干凈，本體符合標准。

3、場地上鑽具做到順序不亂。

4、吊單根上鑽台時，應先將鑽桿撬到大門坡道上，上緊提升護絲，戴好外螺紋護絲，人員站到安全位置後再與鑽台聯系起吊。

5、鑽進時清理振動篩前鑽屑，觀察鑽井液循環情況，防止跑漏鑽井液，發現井口返出鑽井液異常及時匯報。

6、檢查振動篩運轉及各部件固定情況，不允許用鐵杴在篩布上鏟砂子和清水沖洗篩布。

7、在接替外鉗工工作時嚴格按照外鉗工崗位操作規程進行操作。

8、其它特殊工序按照工序操作規程執行。

㈨ 鑽探方法研究

目前，國內外主要採用的先進鑽探方法有金剛石繩索取心鑽探、液動錘沖擊回轉鑽探、氣動錘反循環鑽探和泡沫鑽探等。

（一）金剛石繩索取心鑽探

在世界各國地質找礦鑽探施工中，應用最廣泛、綜合地質效果最佳的鑽探技術主要 是金剛石繩索取心鑽探技術。繩索取心鑽探技術（Wire-line Coring Drill，簡稱WL）20世 紀40年代最早誕生於石油鑽井業，後來經美國Longyear Co.改進和開發，被應用於固體礦 產岩心鑽探施工中，此後在世界范圍內大量推廣應用，至今已有近70年的推廣應用歷史。WL鑽探技術的誕生和成功應用實現了不提鑽取心，大大提高了鑽探效率，因而被稱為地 質岩心鑽探技術的一次革命^{［24，25］}。

國外一直重視和不斷開發、完善金剛石WL鑽探技術。主要是在鑽桿選材、加工精度、熱處理及幾何尺寸等方面開展研究，使鑽桿強度、韌性和連接螺紋的可靠性有了進一步提 高，同時對金剛石鑽頭進行深入研究，提高了鑽頭壽命和鑽進效率。

我國自20世紀70年代中期開始研究並推廣應用金剛石WL鑽進技術，在地質找礦中發 揮了重要作用，截至1990年，完成鑽探工作量達1505萬m，鑽進速度和台月效率大幅度提 高，取得了顯著的經濟與社會效益，在全國探礦領域幾乎普及了該項技術，並由此獲得了 國家科技進步獎一等獎^［17］。但自1992年以後的十餘年間，由於礦產勘探工作量銳減及鑽探 施工單位向建築基礎領域的轉產，金剛石WL鑽探技術的應用也明顯減少，導致了該項技 術的發展非常緩慢，甚至停滯不前，與國外先進國家的差距進一步拉大，WL鑽探用鑽桿 的使用壽命、可靠性、鑽進效率和鑽進孔深等多項指標差距明顯，利用WL鑽探技術完成 的岩心鑽探工作量仍不足全部固體礦產岩心鑽探工作量的1/3^［3］。近年來，隨著新一輪地質 找礦熱潮的興起，該項技術又重新得到恢復和發展，應用廣度和深度進一步拓展，以山 東、河北等為代表的省地勘局將該項技術進一步普及和提高，在「攻深找盲」和提高效率 等方面發揮了突出作用，鑽孔深度、鑽探效率等多項指標被不斷突破，技術水平有了較大 提高。

（二）液動錘沖擊回轉鑽探

國外一直重視液動沖擊回轉鑽進技術的發展。潛孔式液動沖擊器（又稱液動潛孔錘，以下簡稱液動錘）最早起源於歐洲。1887年在英國曾授予德國沃·布希曼以新鑽井方法的 專利，技術核心就是利用泵供給的液能驅動液動沖擊器對回轉著的鑽頭進行連續沖擊，從 而實現沖擊回轉鑽進。從20世紀50年代開始，在美國、加拿大和前蘇聯都研製出幾種具有 實用意義的液動沖擊器。在地質礦產鑽探方面，研究最有成效的是前蘇聯，1900～1905年 開展對液動沖擊回轉鑽進技術的研究，1970年開始逐步在生產實踐中得到應用。匈牙利在 20世紀60年代研製了φ48～160mm的5種雙作用液動沖擊器，將液動沖擊鑽具組裝在一專 用拖車上，並配套有相應的泵、除砂器、取心工具、鑽頭和事故處理工具等，搬運靈活方 便，在施工礦區或工地為多台鑽機服務。日本對液動沖擊器的研究起步於20世紀70年代，比較成功的是利根公司研製的WH-120N型雙作用式液動沖擊器，其最大特點是採用氣液 作為工作介質^［14］。

近年來國外在液動錘的研究領域所做的工作相對較少，主要有美國泛美石油公司開發 的雙作用液動錘，澳大利亞SDS公司的FH系列液動錘，德國克勞斯塔爾大學的復合式（閥 為正作用、沖錘雙作用）液動錘（准備用於德國KTB計劃，但未被採用），工作流體均要 求用清水（過濾在100μm）驅動。由於沖洗液不能有效護壁，所以使用深度受到限制，最深的應用記錄只有590m。

我國從1958年年底開始進行研究，到20世紀80年代末，我國的液動錘研究進入鼎盛時期，地質、冶金等部門分別研製出多種型式和規格的液動錘用於小口徑取心鑽探，其類 型涵蓋了正作用、雙作用和反作用、復合式液動錘，全部型號達到30種以上，累計鑽探進 尺超過了百萬米，取得了良好的技術、經濟效果，粗略統計可提高鑽進效率30％～50％以 上，同時還可明顯提高鑽孔質量和岩心採取率、延長回次進尺、降低材料消耗。這個階段 我國的液動錘研究和應用水平已經居世界先進水平，是繼前蘇聯以後在小口徑礦產勘探領 域廣泛應用液動錘鑽進技術的國家^{［14，26］}。

進入20世紀90年代，由於我國的地質勘探工作量大幅下降，小口徑液動錘的研究投入幾乎中斷，這些成果並沒有得到很好的應用和提高，對該項技術的研究應用轉向主要對 水文水井、油田和工程施工用大口徑液動錘的研究。直到1997年，中國地質調查局勘探技 術研究所研製了一種新型的YZX系列液動錘（圖1-3），其靜密封的可靠性和耐高溫性以 及對深孔背壓適應性都有了改善和提高。特別是在中國大陸科學鑽探工程中，他們研製 的YZX 127液動錘連續鑽進了近500個回次，在較為復雜的泥漿環境中創造了單井總進尺 3485.71m、最大應用深度達 5118.2m的世界紀錄。另外，勘探技術研究所還為大陸科學鑽 探工程研製了KS-1 57繩索取心液動錘、SYZX273液動錘和螺桿馬達/液動錘/WL-三合一鑽 具，均取得成功，在提高鑽進效率，防止岩心堵塞，延長回次進尺，減輕孔斜等方面都發 揮了重要作用^{［14，27］}。

圖1-3 新型YZX系列液動錘

該技術在科鑽一井的成功應用，推動了我國鑽探技術水平的進步。同時大陸科學鑽探 工程也為推動液動錘鑽進技術的巨大發展起到了非常重要的促進作用，使我國的深孔液動 錘鑽進技術達到了國際領先水平，得到眾多國外同行的高度評價。德國、澳大利亞、美國 等公司先後從我國引進該技術進行試驗研究。然而，到此為止，國外液動錘取心鑽進最大 孔深為2000m，由前蘇聯創造（無細節資料報道），液動錘全面鑽進最大孔深是由澳大利 亞SDS公司與PDVSA公司合作，在PIC26井的4333.03～4353.15m井段對12/4 in液動錘進行 了試驗。總的來看，用於深井條件下的液動錘還處於研究試驗階段，都未能夠達到大規模 應用的程度。在國內，對深孔條件下液動錘工作性能的理論分析研究也待進一步深入。特 別是在固體礦產小口徑鑽探普通生產條件下，由於泥漿固控系統還停留在傳統的岩粉自然 沉澱的水平，鑽進過程中泥漿固相含量較高，導致液動錘內部零件頻繁卡死，工作壽命大 幅度降低，從而導致提鑽頻繁。在推廣過程中，液動錘鑽進的優點雖為大家所認識和接 受，但是實際應用還較少^{［14，28］}。

（三）氣動錘反循環鑽探

在很多國家，氣動潛孔錘（以下簡稱氣動錘）反循環（Reverse Circulation，簡稱RC） 鑽探技術也得到較大發展。該項技術主要有兩種類型，一種是由普通氣動錘＋交叉通道 接頭＋雙臂鑽桿實現，即RC或中心取樣（Center Sample Recovery，簡稱CSR）鑽探技術；另一種是由帶RC取心（樣）鑽頭的貫通式氣動錘＋雙臂鑽桿來實現，即貫通式RC鑽探技 術。由於氣動錘RC鑽探技術改變了傳統的碎岩和取心方式，其鑽探施工效率可提高3～1 0 倍、成本降低1/2～2/3，因此，氣動錘RC鑽探技術被鑽探界稱為繼WL鑽探技術之後的又 一次革命^{［16，29］}。早在20世紀80年代中期，美國、加拿大、澳大利亞等國家就研究發展並 在勘探階段較廣泛地推廣應用該項技術。美國1989年研製的一種無閥貫通式氣動錘—— SAMPLEX-500型被MAJOR鑽探公司配在CSR鑽機上使用^［30］。目前僅美國西部地區就有 150多台氣動錘RC鑽探設備用於各種地質礦產鑽探，其中包括砂金和岩金礦床勘探。據報 道，澳大利亞採用氣動錘RC鑽探技術完成地質鑽探工作量的比例已超過總工作量的80％，美國接近80％，東南亞接近60％，非洲達到30％。有些礦區幾乎完全採用氣動錘RC連續取 樣鑽探方法，或者按照採用氣動錘RC連續取樣鑽探與採用WL鑽探工作量20：1的比例布 置。澳大利亞氣動錘RC鑽探最大孔深已超過700m^［16］。

我國自20世紀80年代開始對該技術進行研究。勘探技術研究所等單位對普通淺孔錘 RC或CSR鑽探技術進行了研究，1987年引進加拿大鑽機進行CSR鑽探試驗，還相繼開發 了專用設備、不同規格的雙壁鑽桿以及輔助器具等，並在個別礦區進行應用。原長春地質 學院對貫通式潛孔錘RC鑽探技術進行研究，並相繼研發了GQ系列貫通式潛孔錘和相應的 RC取心（樣）鑽頭等，特別對RC取心（樣）鑽頭的RC機理和引射器原理及內部流場等 方面做了大量研究工作，並取得了多項研究成果。但是，由於國內地質界對以岩屑代替傳 統柱狀岩心來評價礦產資源還不認可，目前還無相應規范可依，在地質鑽探設計時還不能 採用該技術，因此，該項技術一直未得到推廣應用。只有當礦區地層特別復雜無法成孔取 心時才進行試驗應用，如河南欒川縣三道庄鉬礦、河南嵩縣金礦、新疆白乾湖鎢錫礦等復 雜地層地質勘探中均採用了貫通式氣動錘RC鑽探技術。另外，由國外礦業公司出資勘探 的部分礦區，如澳大利亞瑞翔公司在黑龍江嫩江爭光岩金礦勘探中，要求採用RC鑽探技 術，採用後取得了較顯著的技術效果和經濟效益，鑽探施工效率提高3～10倍，成本降低 1/2～2/3^［29］。

（四）泡沫鑽探

泡沫用於鑽探工程始於20世紀50年代中期。當時美國為在乾旱缺水、且穩定性較差的 地層中鑽井，首先在內華達州使用了泡沫鑽井液。因泡沫鑽進時上返速度僅為空氣鑽進上 返速度的1/10～1/20，有效地保證了孔壁穩定。此後美國又進一步開展了適用於鹽水、油 層、永凍層鑽進的泡沫流體的研究，擴大了泡沫鑽進的應用范圍，取得了很好的經濟效 益，成為低壓油田開發的一種有效手段。

前蘇聯在20世紀60年代初開始進行泡沫鑽進的實驗研究。到70年代，開始利用泡沫進 行小口徑金剛石岩心鑽進，並且在泡沫流變學、泡沫鑽進過程中的溫度、壓力等方面進行 了深入的理論研究。在十多年的初步研究中，證明在8～10級岩層中，與使用常規沖洗液 相比，鑽進機械鑽速提高了30％，回次進尺提高了22.5％，鑽進效率提高了25％，金剛石 消耗降低了28％，功率消耗降低了23％，綜合經濟效益提高了34％。到1984年，前蘇聯采 用泡沫鑽進技術的鑽探工作量近10×10⁴m，各種泡沫劑供應也在60～70t^{［31，32］}

在美國、加拿大、德國、英國等國家，泡沫鑽進技術也得到了快速的發展，並被列為 今後新技術開發的方向。美國在20世紀80年代初期已基本完成泡沫鑽進的各種研究工作。Sandia Nation公司1980年研製推出了100多種陽離子、陰離子、復合型及非離子型的泡沫 劑，以適應各種復雜地層條件下的泡沫鑽進的需要；泡沫鑽進設備已達到系列化；鑽進工 藝水平達到了計算機控制化的水平。

我國對該項技術的研究起步較晚，20世紀80年代中期，首先在石油系統利用泡沫進行 洗井、鑽井工作，研製了F873、TAS等泡沫劑。此後，地礦、煤炭系統也進行了這方面的 研究工作，先後研製出了KZF123、CD-1、CDT-812、CDT-813、DF-1、ADF-1等類型的泡 沫劑，同時還開展了泡沫鑽進工藝的技術研究，經過對不同環境條件及機具的試驗研究，總結了一套比較成熟的泡沫工藝和鑽進規程，推動了泡沫鑽進技術的發展。但由於正值地 質鑽探工作量銳減，而此技術在初期投資、能耗和後期泡沫劑回收方面的費用都比普通鑽 進技術高，導致其推廣應用處於停滯狀態。直到90年代中後期，長春科技大學又在原地質 礦產部立項，進行了水泵泡沫增壓裝置的研究，取得了泡沫增壓泵的容積效率達到90％的 效果。2000年，為配合西部大開發，在上述研究的基礎上專門研製了大型的水泵再增壓泡 沫灌注系統，經在寧夏西海固地區的實際施工試驗，取得了水泵的增壓能力達到5MPa令 人可喜的效果^{［31，32］}。此外，還在吉林省科委立項進行專門的泡沫潛孔錘的研究，已取得了 突破性進展，但目前用於生產還需要進一步試驗研究和完善。

㈩ 科學鑽探中的測井應用

科學鑽探的目的主要是通過鑽孔獲取岩心、岩屑、岩層中的流體(氣體和液體)、實施地球物理測井和在鑽孔中安放儀器進行長期觀測，以獲取地下岩層中的各種地學信息，進行地學研究。它可以分為大洋科學鑽探、大陸科學鑽探、極地鑽探。

最早實施的深海鑽探計劃DSDP(1968～1983年)和大洋鑽探計劃ODP(1985～2003年)，30餘年來在全球各大洋鑽井近3000口，取心近30×10⁴m，驗證了板塊構造理論，創立了古海洋學揭示了洋殼結構和海底高原的形成，證實了氣候演變的軌道周期和地球環境的突變事件，分析了匯聚大陸邊緣深部流體的作用，發現了海底深部生物圈和天然氣水合物。當ODP計劃於2003年10月結束時，規模更大的綜合大洋鑽探計劃IODP(2003～2013年)開始實施。

大洋鑽探計劃的成功，使人們的眼光轉向了大陸。與海洋相比，大陸地殼要復雜得多。大陸岩石圈的形成、結構與演化歷史都比大洋要復雜得多。要想揭開大陸動力學過程的規律性，只有通過大陸上系統的科學鑽探來取得地球深部的岩心和數據，驗證現有科學假說的真偽及不足。自20世紀70年代開始，先後有蘇聯、美、英、法、德等14個國家開展大陸科學鑽探。

歐洲10個國家(德國、比利時、丹麥、法國、義大利、挪威、荷蘭、英國、瑞典和瑞士)於1991年合作開展的歐洲南極冰芯鑽探項目(EPICA)，拉開了極地鑽探的序幕。

1996年由德、美、中三國發起的國際大陸科學鑽探組織成立，中國開始進入大陸科學鑽探領域。「中國大陸科學鑽探工程」項目於1997年6月獲國家科技領導小組批准，1999年9月27日獲國家計委批准;於2001年8月4日開鑽，2005年4月18日完鑽(終孔深度5158m)，並在該孔建立了科學鑽探長期觀測基地。目前，仍在實施的中國大陸科學鑽探項目有青海湖國際環境鑽探項目(ICDP項目)、汶川地震斷裂帶科學鑽探WFSD項目、白堊紀松遼盆地大陸科學鑽探項目(973項目)。

地球是一個復雜系統，地球科學的發展已經越來越要求將大氣圈、岩石圈、生物圈、水圈與深部地球和空間作為一個整體研究，需要地球科學各學科的交叉滲透。過去幾十年，科學技術的發展為地球科學的交叉和融合創造了條件，地球科學的各分支學科系統科學地結合起來。

在科學鑽探領域也不例外，在同一地質環境下地震、測井、岩心測量等獲得的不同比例尺資料是描述地下地質情況極好的相互補充。地震剖面是區域描述的基礎，測井比例尺中等且能給出鑽孔周圍區域連續的信息，岩樣測量則給出詳細的物理性質和年代。岩樣在取心過程中經常受到各種擾動，測井可獲得更大的岩石體積的一組連續信息;岩心深度和方向需根據測井資料確定，缺失岩心的井段岩性和地質構造可通過岩心和測井剖面對比恢復。相對地震測量，測井具有高得多的垂直解析度和很小的橫向解析度，兩者結合研究地下地質構造比任一種單一方法好得多。據1997年的統計，近25年的DSDP計劃中僅有14%的鑽孔實施測井，而1985年開始的ODP項目中實施測井的鑽孔已佔56%。近十幾年來在德國、日本、美國、俄羅斯和烏克蘭等國的大陸科學鑽探中，測井發揮了重要的作用。

10.5.1大洋科學鑽探中的測井

在綜合大洋鑽探計劃(IODP)中，深度超過400m的井都必須進行地球物理測井。如果同一區域的相同層段已經測過井，可以不再測井;否則，必須經過測井部門負責人的認可。另外，每一次航行規劃都會指定一名測井科學家負責與該航次的首席科學家及測井服務部門聯系。

斯侖貝謝測井公司是國際大洋鑽探計劃(IODP)的合作夥伴，主要採用該公司的常規測井儀器和特種測井儀器，有時也採用其他幾個測井公司的儀器。航次期間，部分測井資料(成像測井數據量太大，不便傳輸)被傳送到岸上進行處理，然後再返回到船上。航次結束後一個月，可從測井服務部門得到全部可用的測井資料。Splicer和Sagan是現用的兩個岩心與測井資料對比的軟體包，Splicer主要用於岩心集成，Sagan主要用於測井－岩心對比解釋。

在大洋鑽探計劃中，測井資料主要用於以下幾方面的研究:

1)經濟地質學;

2)地球化學;

3)地熱學;

4)水文地質學;

5)古氣候學;

6)岩石學。

10.5.2大陸科學鑽探中的測井

科學鑽探工程的目的不僅僅是打一口鑽井，而是要取得來自於地球深部的直接證據以認識地球，驗證已有的理論與假說。在鑽探至地球深部後，輔以地球物理測井測量地下岩層的電、聲、核、力學性質，以便評價地質構造、研究地殼熱結構、研究地下流體及其運動機制、闡明地殼的結構及其演化、確定地殼應力場等。將鑽探與地球物理測井相結合，便構成了伸入地球內部的「望遠鏡」，這便是大陸科學鑽探的全面含義。可以說，測井在大陸科學鑽探中具有舉足輕重的作用。下面介紹幾個代表性的大陸科學鑽探項目。

10.5.2.1德國的大陸科學鑽探計劃(KTB)

德國的大陸深鑽井(KTB)於1987年9月開鑽，於1994年10月終孔，深度為9101m。KTB通過直接探測、原位測量，研究深部岩石的地球物理異常性質，調查與評價深部大陸地殼的物理與化學條件，以了解大陸地殼的結構、成分、動力學，演化及正在進行的過程與古過程。在該項目的實施過程中，在其先導孔的鑽探中共使用了65種不同類型、不同方法的測井儀器，共測井398次;在主孔的鑽探中，使用了50種不同類型、不同方法的測井儀器，共測井266次。KTB的地球物理測井，採用了當時世界上最先進的測井方法和技術，獲得了大量的深部現場原位數據，為地球科學研究提供了豐富的、極為可靠的資料，圖10.5.1為德國大陸深鑽井7800～8600m測井實例。

圖10.5.1 德國大陸深鑽井7800～8600m測井實例

KTB計劃的成功，與測井發揮的重要作用密不可分，該計劃取得了以下成果:①研究地層熱事件;②地質構造識別與定向;③地應力場測量;④岩性剖面重建。

10.5.2.2 科拉半島的SG－3號大陸科學鑽探計劃

地球上的最深井———蘇聯科拉半島的SG－3號深鑽的鑽探研究中，測井也發揮了重要的作用。在鑽探的第一階段(0～7000m)，曾採用較多的測井方法研究鑽孔，其目的不僅是解決地質問題，而且要對各種測井方法所獲得的信息進行比較，為鑽探的第二階段(井深>7000m)測井方法的優化組合創造條件。根據有關文字資料的不完全統計，該孔的測井方法組合達25種以上，測井方法包括聲波、自然伽馬、中子伽馬、中子－中子、井中三分量磁測，以及井徑、井斜、磁定位(套管接箍)、井液採集等方法。測量深度達7000m時使用了測井24種方法，達11500m時還有15種。圖10.5.2為SG－3號深鑽測井實例。

該科學深鑽計劃取得了以下成果:①建立了該鑽孔反映的地殼上部構造的地球物理與岩石物理剖面模型;②根據所揭示的岩石物理性質垂直分帶，對地殼構造獲得了新的認識;③確定地球內部的溫度規律;④研究了該鑽孔揭露地層的應力狀態。另外，該超深井面向超高壓、超高溫的測井環境，推動了測井技術的進步與發展。

圖10.5.2 SG－3號深鑽測井實例

10.5.2.3 中國大陸科學鑽探計劃———科鑽一井

在中國的第一口大陸科學鑽探工程鑽孔的鑽探工作中，實施了8次綜合測井，採集到全井段的綜合測井信息;實施了73次工程測井。主要的測井方法有:雙側向、微球聚焦、自然電位、自然伽馬、自然伽馬能譜、岩性密度、補償中子、多極陣列聲波、超聲成像和微電阻掃描成像、井徑、井溫、井液電阻率、井斜、分區水泥膠結、套管接箍。

科鑽一井的鑽探工作中取得的主要測井成果如下:①變質岩測井響應特徵分析和岩性識別;②岩心定向歸位;③成像測井地質應用;④測井綜合剖面;⑤變質岩測井解釋的頻譜分析方法;⑥中國大陸科學鑽探測井信息系統;⑦主孔井眼三維可視化系統;⑧測井地震聯合解釋;⑨井中地球物理場分析。

無論是在大洋科學鑽探領域，還是在大陸科學鑽探領域，測井都發揮著不可或缺的作用，而且隨著測井技術與方法的完善與進步，這一作用將越來越大。