技术方案与设计

四、工程施工技术方案设计

该项目的工程技术目标是：通过项目的实施，研究开发出一整套新型的、适用于深孔硬岩恶劣条件的钻探技术体系，包括取心钻探设备、金刚石钻头、绳索取心系统、液动锤钻进系统、钻井液系统、垂孔钻进系统以及深孔硬岩钻进施工工艺和程序，使我国的钻探技术上一个台阶，达到九十年代的国际先进水平。此外，建立一个地球物理测井新仪器、新方法、新技术的试验基地，推动我国测井技术的发展。

项目主要由钻探子工程、测井子工程、地球物理子工程、分析测试子工程以及数据管理和信息子工程组成。各子工程施工的技术设计概要介绍如下：

1．钻探子工程

钻探子工程是本项目的核心与关键，是其它子工程及研究项目赖以进行的基础和前提，能否顺利完成5000米科学钻孔的施工，将直接影响本项目的进度、成本及众多科学目标的实现。

钻进施工将遇到的岩石主要是片麻岩和榴辉岩，岩层产状陡，属于坚硬、难钻的强造斜性地层。为满足地学研究的需要，要求5000米钻孔全孔连续取心，平均岩心采取率大于80%，钻孔的终孔直径为157mm。解决钻探技术难题的基本思路是：①采用组合式钻探技术；②除个别关键设备和器具考虑从国外引进外，主要采用国内现有的钻探技术，但须通过研究与开发，对现有的钻探设备和器具进行改进和完善。 综合考虑技术经济可行性和各方面因素后，不同井段设计采用不同的取心钻进工艺方法施工。上部2000m采用螺杆马达/液动锤/金刚石取心钻进方法施工。下部3000m采用高速顶驱和金刚石绳索取心钻进工艺方法施工。

钻孔结构、套管程序和钻进施工程序设计采用了先进的"超前孔裸眼钻进方法"，以小直径取心钻进，降低施工成本。设计中采用了具有我国特色的液动锤钻进技术，既能提高硬岩钻进效率，又有利于减轻孔斜。

实施此项工程所需的钻探设备和器具主要立足于国内解决。但技术难读较大的两个关键部件，即高转速顶驱系统和高强度绳索取心钻杆，计划从国外引进。

2．测井子工程

测井工程子系统的任务是：通过将仪器下到钻孔中并进行测量深部岩层的各种物理场的原位数据，对所获得资料进行计算机处理和综合性分析、研究，提取出丰富的地质和地球物理信息，为实现地学研究目标和安全、顺利地完成钻探施工提供保障。

主要测井项目分为以下几类：⑴常规（石油）测井方法；⑵新一代（石油）测井方法；⑶ 特种测井方法；⑷ 解决单项问题测井。

测井结果解释分为测井公司解释、专题解释和测井专家组综合解释三个层次。

3．地球物理子工程

地球物理子工程为中国大陆科学钻探工程的选址和大陆地壳超高压变质带岩块形成和折返机制的地质科学研究，提供地下地质体的各种地震地质资料信息。设计采用如下地震探测高新技术：⑴高分辩率三维地震测量;⑵垂直地震剖面（VSP）测量;⑶二维三分量（2D×3C）多波地震剖面测量;⑷高分辨率地震三维数字处理及特殊目标处理。

4．钻孔地质与分析实验子工程

钻孔地质与分析实验子工程是采用常规钻孔地质、综合录井、显微观察以及各种测试手段，结合先进的扫描与成像技术、井中实验和地下微生物研究技术，对钻探获得的各种样品进行系统的编录、描述、实验和测试，建立钻孔的岩性、矿物、化学组成、同位素、岩石物性、流体成分和微生物垂向变化剖面，支持钻探、测井和地球物理工程的进行，为深入的科学研究提供基础资料。 该子工程的工作可分成三部分，即现场分析实验、场外送样分析实验和北京研究中心测试。现场分析实验又由岩石构造实验室、岩石物性实验室和流体化学实验室组成。

5．数据管理和信息子工程

中国大陆科学钻探工程实施过程中每天有大量数据信息，这些数据信息需要分别存储在现场指挥部、地学部和工程部的数据库中，直接供内部管理人员和科技人员使用。其中，部分科研数据和工程进展等信息需要及时发布在中国大陆科学钻探中心的互联网站以及国际大陆科学钻探（ICDP）的网站上，供世界各地的科学家、工程技术人员和一般读者通过INTERNET访问。大陆科学钻探管理信息网络系统由位于北京的工程部、地学部和位于江苏东海现场指挥部的两地三点3个局域网络构成。三网之间利用专线彼此相联，再通过地学部的2M专线与INTERNET的相连，从而实现两地三点的计算机均可通过网络互相传送数据及接入互联网，由此构成了中国大陆科学钻探工程网络系统的基本框架。利用先进的VoIP技术，建立了两地三点之间的专线电话，大大提高了管理工作效率。

6．工程费用与进度

⑴工程经费概算：实施中国大陆科学钻探工程项目经费概算为16618.9万元。 ⑵工程进度：科钻一井于2001年6月25日开始试钻，计划于2002年4月中旬完成2000m取芯井段施工。
2002年5月进行2000m井段测井和VSP测量。6月至8月，进行2000m井段扩孔、下套管和顶驱系统的安装。2002年9月初开始第二阶段取芯钻进。

2000-5000m井段施工约需23个月。预计在2004年8月完成5000m钻井施工。进行地球物理测井和VSP测量后，要将钻井的主要井段用套管保护起来，并安装好井口装置，为下一阶段深部地壳实验室的长期观测打好物质基础。整个工程项目结束的时间是2004年底。

7．项目组织管理

项目的组织管理体系的结构为： ⑴中国大陆科学钻探工程领导小组：负责该项目组织实施的领导和重大决策。 ⑵中国大陆科学钻探工程科学顾问委员会：由我国地学界不同领域的知名学者和专家组成，其职责是为领导小组和工程中心提供科学和技术咨询。

⑶中国大陆科学钻探工程中心：是独立的项目法人，是中国大陆科学钻探工程的执行机构，其主要职责是承担并组织实施此项科学工程以及与该项目配套的国土资源大调查项目和科研项目以及开展科学钻探领域的国际合作。工程中心下设地学部、工程部和办公室。（总工程师室）