大陆科学钻探工程进展与成果(2002)

 

　　一、工程施工进展

　　1、完成2000m先导孔取心钻进施工

　　科钻一井先导孔于2002年4月15日以2046.54m的深度终孔，宣告科钻一井第一阶段的施工顺利完成。先导孔施工时在世界上首次采用了螺杆马达+液动锤+金刚石取心钻进技术，取得了很好的施工效果：岩心采取率高（平均89%），井斜角低（最大为4.1°），机械钻速高（平均达0.93m/h）。

　　2、完成主孔上部2000m扩孔钻进和下套管、固井施工

　　科钻一井主孔扩孔钻进于2002年5月7日开始。从101m深度开始，将钻井直径从157mm扩大到311mm。9月5日以2033m的深度完钻。随后完成了下273mm直径套管和注水泥固井施工以及下194mm直径活动套管施工。科钻一井主孔上部2000m井段的施工于2002年9月15日结束。

　　3、完成钻台改造和顶驱安装施工

　　根据设计，科钻一井主孔2000m至5000m井段采用顶部驱动系统和金刚石绳索取心钻进方法施工。租用了德国的液压顶驱装置。为安装和使用该顶驱装置，对钻台进行了适当改造。在德国专家的协助下，钻台改造和顶驱安装工作于2002年10月初完成。与此同时，还完成了金刚石绳索取心钻进前的各项准备工作。

　　4、主孔取心钻进施工

　　科钻一井主孔2000m至5000m取心钻进阶段的施工于2002年10月10日开始。主孔取心钻进的开始阶段施工不正常，遇到了钻具折断、钻头异常磨损和岩心采取率低等技术难题，施工效率非常低。经请国内钻探专家帮助解决了技术难题，钻探生产恢复正常。至2002年12月31日15时，科钻一井钻进到2327.88m深度。

　　5、地球物理测井

　　2002年4月，进行了先导孔完井综合测井，采用了约20种测井方法（包括国际合作的测井方法），获得了大量数据，为地学研究和钻探施工决策提供很重要的信息。

　　二、地学信息获取和研究工作

　　1、完成了2000先导孔岩心的综合编录工作，建立了钻孔的岩性剖面、构造剖面、矿化剖面和放射性剖面；完成了流体样品的现场分析与测试工作，建立了钻孔的流体化学剖面；按计划完成了先导孔岩心的现场岩石物性测量，获得了先导孔2000m样品7种物理参数的岩石物性剖面。基于测井和岩心编录资料，卓有成效地完成了岩心的定深与定向工作。

　　2、科研工作已经初步展开，采集各类岩心样品4574件，磨制岩石薄片3484件，完成岩石薄片鉴定1200件。场外分析测试工作全面展开。现已进行全岩地球化学分析（包括主要元素、微量元素和稀土元素）780件，矿物化学分析2000点，氧同位素分析100点，拉曼光谱分析450点，裂变径迹分析120件，能谱及图像分析300件，同位素年代分析15件。

　　3、完成了大陆科学钻探孔区三维地震调查、三维地震数据特殊处理和先导孔VSP地震调查及验收工作。与地科院地质所共建了中国第一个深反射地震数据处理中心。

　　4、对工程部的局域网重新进行了设置，完成了DIS系统的升级与开发工作，并确保了该系统日常维护与正常运行及大量信息的发布。

　　三、初步成果和发现
　　
　　1、经DNA分析，在1080m深的岩心中发现了极端条件下形成的微生物，为地下微生物研究提供了重要的信息。

　　2、在排除了钻进工程及泥浆干扰的前提下，已从中国大陆科学钻探先导孔中发现了甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类气体及氦气、二氧化碳、一氧化碳气体的异常。初步研究表明，地下流体可能是有多种成因的。

　　3、在1000m深的片麻岩中和2000多m深的退变质榴辉岩中发现了柯石英，进一步证明有巨量物质发生的深俯冲。进一步扩大了金红石矿床的储量，并进行了深入的成因研究。

　　4、获得了先导孔2000m地震波速度的基本特征，结果表明岩石密度和波速的异常可以产生强反射层。初步查明了岩石结构、矿物组成等对主要岩石物理性质的影响。建立了先导孔2000m岩石密度与波速的相关性、岩石波速与热导率的相关性。

　　5、地球物理探测研究取得新进展。获得区域性和钻探靶区的二维地震资料，以及我国首例结晶岩区三维地震测量资料，初步建立了钻探孔区的三维地球物理模型。

　　6、中德合作最新研制的DIS数据库录入了2000m先导孔全部岩心的图像信息和工程数据，已通过互联网站向国内外发布信息上万条， CCSD 的主要成员可以通过互联网在世界各地及时了解有关CCSD的最新进展和进入数据库。

　　7、高质量地完成了2000m先导孔取心钻进施工，使先导孔/主孔二孔合一成为可能，节省了施工时间和成本。

　　8、在世界上首创推出的螺杆马达+液动锤+金刚石取心钻进系统在使用中不断改进完善，现已基本成熟，达到了高钻进速度、长回次进尺的目标，为我国的钻井业提供一种高效率的取心钻进系统。

　　9、在国内首次实现在坚硬的岩石中进行长井段（2028m）扩孔钻进，摸索出了一整套适用的扩孔钻进技术，包括钻头、井底钻具组合、减振措施和钻进工艺参数。

　　10、首次利用测井资料对长井段先导孔(101-2000m)岩心进行了空间归位，此项成果受到国内外地质和测井专家们的好评。

　　11、以往国内变质岩测井极少，变质岩测井解释基本上是空白。本井变质岩的测井响应特征研究取得了较好的成果，校正了地质编录。测井区分正、副片麻岩和幔、壳源性榴辉岩的观点受到地质学家们的重视。

　　12、利用测井资料识别面理、划分断层破碎带及研究原位地应力方向和大小取得的了初步成果。

（中国大陆科学钻探供稿）