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绪论1

一、科学钻探是地球科学的新兴领域1

二、中国大陆科学钻探工程简介1

三、中国大陆科学钻探工程选址及科学与技术目标2

四、科钻一井钻探工程技术主要成就3

第一篇　工程背景9

第一章　世界科学钻探概况9

第一节　科学钻探的作用和意义9

第二节　世界科学钻探的历史与现状12

一、海洋科学钻探12

二、ICDP之前的世界大陆科学钻探14

三、国际大陆科学钻探计划16

第三节　国际大陆科学钻探计划项目实施情况18

一、研究气候和环境的科学钻探项目（湖泊钻探项目）18

二、研究陨石撞击和生物灭绝事件的科学钻探项目19

三、研究火山和地热的科学钻探项目19

四、断层带科学钻探项目20

五、其他科学钻探项目20

第四节　世界大陆深钻项目典型钻探技术20

一、科拉超深孔钻探技术21

二、原联邦德国大陆深钻计划钻探技术23

三、美国卡洪山口项目钻探技术25

四、美国夏威夷项目钻探技术26

五、湖泊科学钻探技术27

第二章　中国大陆科学钻探工程发展历程28

第一节　前期认识阶段28

一、跟踪国际科学钻探的发展28

二、在中国开展科学钻探的建议和规划29

第二节　立项论证阶段31

一、广泛深入的国际交流活动31

二、中国大陆科学钻探工程与国际大陆科学钻探计划32

三、中国大陆科学钻探项目前期工作33

第三节　工程筹备阶段36

一、预先导孔施工37

二、科钻一井孔位确定37

三、项目可行性研究、工程设计与开工37

四、中国大陆科学钻探工程招投标38

五、更为务实的国际交流合作39

第四节　工程实施阶段40

一、科钻一井施工40

二、施工期间的国内外科技交流活动40

三、后期资料整理、编写报告及工程验收43

第五节　蓬勃发展阶段44

第三章　工程技术准备46

第一节　技术培训46

第二节　预先导孔施工47

一、地层情况47

二、钻探施工设备与器具47

三、钻孔结构和套管程序47

四、钻进工艺与规程参数48

五、钻进施工过程48

六、防斜纠斜49

七、液动潜孔锤试验情况简介50

八、预先导孔Ⅱ施工成果52

第三节　关键技术预研究53

一、国外大陆科学钻探技术分析54

二、中国大陆科学钻探技术方案54

第四节　配套技术研究与试验56

一、钻头的研制57

二、液动锤的研制58

三、取心工具的研制58

四、防斜纠斜技术研究60

五、数据检测与处理技术研究60

六、泥浆研究61

七、综合类项目研究62

八、其他项目研究64

第二篇　钻探工程实施69

第四章　钻探工程设计69

第一节　钻探任务与设计要点69

一、钻探任务69

二、设计原则69

三、设计要点70

第二节　钻孔区域基本情况70

一、地理及环境资料70

二、钻遇地层及预测地质剖面特征71

三、预先导孔钻探资料72

第三节　钻进技术方案与钻孔结构73

一、钻进技术方案73

二、钻孔结构和套管程序75

第四节　方案设计76

一、钻探设备方案76

二、取心钻进方案77

三、井斜控制方案86

四、全面钻进及扩孔钻进方案87

五、钻井液技术与固控方案88

六、固井与完井方案90

七、活动套管设计92

八、时间与成本预计92

第五节　设计变更98

第五章　现场建设100

第一节　土地征租101

第二节　道路铺设101

第三节　给排水工程103

一、水井103

二、蓄水103

三、排水工程103

第四节　输变电设施建设104

一、输电工程104

二、变电所104

第五节　房屋建设105

一、现场指挥部办公生活区建设105

二、井队生活区建设106

第六节　井场建设107

第六章　钻探设备112

第一节　ZJ70D钻机112

一、主要优点112

二、技术参数113

三、基本结构114

第二节　RB130顶驱系统116

一、技术参数和特点116

二、基本结构117

三、配套设计117

第三节　钻机改造121

一、刹车系统改造121

二、电子司钻122

三、捞砂绞车排绳装置122

第四节　动力系统123

一、驱动方式123

二、备用动力123

三、谐波治理124

四、空气动力124

第五节　配套设备124

一、泥浆泵124

二、固控设备126

三、井控装置127

四、钻井仪表127

五、钻杆动力钳128

六、气动卡瓦128

第六节　应用评价129

第七章　施工过程131

第一节　科钻一井施工的基本情况131

一、基本数据131

二、钻孔轨迹135

三、井温曲线136

第二节　各阶段施工简况137

一、开孔全面钻进（一开）137

二、先导孔（CCSD-PH井段）取心钻进（二开）138

三、主孔（CCSD-MH-1K井段）第一次扩孔钻进141

四、主孔（CCSD-MH井段）第一段取心钻进（三开）144

五、主孔第一次侧钻（纠斜）钻进149

六、主孔（CCSD-MH-1C井段）第二段取心钻进153

七、主孔（CCSD-MH-2K井段）第二次扩孔钻进156

八、主孔第二次侧钻（绕障）及下套管固井161

九、主孔（CCSD-MH-2C井段）第三段取心钻进（四开）163

十、试验钻具166

十一、完井168

第三篇　钻探施工技术173

第八章　硬岩深井取心钻探技术173

第一节　国内外取心钻探技术现状173

一、国内外石油取心钻进技术概况173

二、国内外地质勘探取心钻进技术概况174

三、国内外科学钻探取心钻进技术概况175

第二节　取心钻进方法试验研究176

一、初步设计拟采用的取心钻进技术176

二、转盘驱动双管取心钻进178

三、转盘液动锤驱动双管取心钻进178

四、顶驱驱动双管取心钻进179

五、顶驱驱动绳索取心钻进180

六、顶驱驱动液动锤绳索取心钻进181

七、螺杆马达驱动单管取心钻进183

八、螺杆马达驱动双管取心钻进184

九、螺杆马达驱动绳索取心钻进186

十、螺杆马达液动锤驱动双管取心钻进186

十一、螺杆马达液动锤驱动绳索取心钻进188

十二、取心钻进方法试验研究总结192

第三节　井底动力冲击回转取心钻进系统193

一、系统的构成193

二、系统的技术参数195

三、系统的研发过程200

四、系统的创新点201

第四节　螺杆马达202

一、螺杆马达结构特点202

二、螺杆马达性能特点204

三、螺杆马达的优选205

四、螺杆马达的应用效果206

第五节　液动锤209

一、液动锤冲击回转钻进技术210

二、液动锤前期研究与试验212

三、液动锤在先导孔的应用与改进217

四、主孔阶段的应用与改进227

五、液动锤技术总结232

第六节　取心钻具234

一、基本情况234

二、第一轮KZ钻具结构设计与试用236

三、第二轮KZ钻具结构设计与应用238

四、其他钻具结构及其应用效果241

第七节　钻进工艺244

一、钻具组合设计245

二、钻进规程参数247

第八节　硬岩深井取心钻进技术应用效果250

一、取心钻进概况250

二、井底动力冲击回转取心钻进技术应用效果253

第九章　金刚石取心钻头258

第一节　钻遇岩层的物理力学性质258

一、所钻岩石的特点258

二、岩石的物理力学性质258

第二节　金刚石取心钻头的选型260

一、取心钻进工艺情况261

二、金刚石取心钻头的类型261

第三节　孕镶金刚石取心钻头的设计与制造262

一、二次成型镶嵌金刚石钻头263

二、一次成型热压金刚石钻头264

三、二次成型电镀金刚石钻头265

第四节　金刚石取心钻头使用情况267

一、总体使用情况267

二、三种主要取心钻头使用情况275

三、其他类型取心钻头使用情况280

第十章　坚硬结晶岩扩孔钻进技术283

第一节　导向扩孔钻头研制283

一、KZ157/311.1mm型扩孔钻头284

二、KHAT157/311.1mm型扩孔钻头287

三、KZ157/244.5mm型扩孔钻头的研制和改进287

第二节　钻具设计289

一、钻柱强度校核289

二、钻具选择291

三、钻具组合设计293

第三节　钻进规程参数优选297

一、钻压297

二、转速297

三、泵量299

第四节　扩孔钻进施工效果299

一、总体施工情况299

二、导向扩孔钻头使用情况300

第十一章　强致斜地层井斜控制技术304

第一节　概述304

一、地层情况304

二、井斜控制技术306

三、科钻一井井斜控制基本情况306

第二节　防斜钻进技术307

一、取心钻进井斜控制309

二、全面及扩孔钻进井斜控制313

第三节　纠斜钻进技术315

一、侧钻纠斜钻进315

二、侧钻纠斜钻进情况317

三、MH-1C井段井底纠斜钻进情况330

第四节　侧钻绕障钻进330

一、侧钻工具的选择331

二、侧钻绕障钻进情况331

第五节　螺杆马达驱动的连续造斜器研制336

一、钻具工作原理336

二、现场实钻试验336

三、试验结果评述339

第六节　井斜控制效果分析339

第十二章　钻井液与固控技术343

第一节　科学钻探对钻井液的要求343

一、钻遇地层及钻孔结构的要求343

二、取心钻进的要求344

三、全面钻进和扩孔钻进的要求344

四、录井的要求345

五、环保的要求345

六、钻井液设计要求345

第二节　钻井液体系346

一、钻井液体系的选择346

二、LBM-SD复合钻井液材料347

三、LPA聚合物的钻井液机理与合成347

四、LBM-SD的制造工艺350

五、钻井液的评价程序350

六、LBM-SD钻井液体系的性能351

第三节　取心钻进钻井液354

一、性能特点354

二、循环压力降357

三、钻井液润滑效果362

第四节　钻井液固相控制技术363

一、岩屑粒度分析364

二、固控设备对钻井液的要求364

三、固控效果分析365

第五节　钻井液现场使用情况367

一、一开全面钻进钻井液使用情况367

二、先导孔取心钻进钻井液使用情况367

三、主孔第一次扩孔钻进钻井液使用情况368

四、主孔第一次取心钻进钻井液使用情况369

五、主孔第一次侧钻（纠斜）钻进钻井液使用情况369

六、主孔第二次取心钻进钻井液使用情况370

七、主孔第二次扩孔钻进钻井液使用情况370

八、主孔第二次侧钻（绕障）钻进钻井液使用情况371

九、主孔第三次取心钻进钻井液使用情况371

十、LBM钻井液使用特点372

第十三章　套管与固井373

第一节　钻孔结构和套管程序373

一、先导孔钻孔结构和套管程序373

二、主孔钻孔结构和套管程序374

三、套管设计375

第二节　井口装置377

一、一开井口装置377

二、二开井口装置378

三、三开和四开井口装置378

四、完井井口装置379

第三节　下套管与固井作业380

一、φ508.0mm井口导管380

二、φ339.7mm表层套管381

三、φ273.0mm技术套管381

四、φ193.7mm技术套管387

五、φ127.0mm尾管390

第四节　活动套管技术392

一、总体方案393

二、活动套管固定设计394

三、活动套管强度校核395

四、套管鞋与承托短节设计396

五、活动套管防倒扣设计397

六、扶正器设计398

七、活动套管施工工艺399

八、活动套管技术的应用400

第十四章　钻探数据采集402

第一节　概况402

第二节　数据采集与处理需求分析404

一、数据采集系统需求404

二、数据处理系统需求405

第三节　钻探数据采集系统406

一、地表钻探数据采集系统406

二、井底钻探数据采集系统411

第四节　钻探数据处理系统412

一、单项参数监测412

二、综合监测413

三、监测实例413

第十五章　井内事故预防与处理417

第一节　地层主要特点417

第二节　事故预防措施419

一、断钻具事故预防419

二、卡钻事故预防420

三、埋钻事故预防措施421

第三节　井内事故处理421

一、科钻一井各类事故统计421

二、事故处理原则424

三、不同类型事故处理案例424

第十六章　技术经济分析430

第一节　施工时间与成本分析430

一、施工时间分析430

二、施工成本分析431

第二节　取心钻进技术经济评价433

一、评价方法433

二、取心钻进施工技术经济性评价指标体系433

三、钻进施工时间和成本计算433

四、不同取心钻进方法的技术与经济指标435

五、经济性评价436

六、技术风险评价437

七、综合评价439

第四篇　工程管理443

第十七章　组织管理443

第一节　大科学工程管理特点443

第二节　CCSD的基本管理模式444

一、CCSD的组织机构444

二、CCSD的基本运行制度445

三、CCSD的整体施工组织447

第三节　工程招投标449

一、招标形式的选择449

二、招标文件编制450

三、招标过程简述451

四、合同签订与执行452

第四节　钻探子工程组织管理453

一、钻探子工程的施工组织453

二、钻探子工程的计划管理454

三、钻探子工程的实施控制454

四、钻探子工程的生产技术管理457

五、钻探子工程的其他管理458

第十八章　健康、安全与环境保护459

第一节　HSE管理的基本情况459

第二节　健康安全460

一、饮食卫生460

二、医疗保健460

第三节　生产安全460

一、安全技术培训460

二、劳动保护461

三、外来人员的安全保护461

第四节　环境保护462

一、开工前的环境影响评估462

二、施工期间的环境保护462

三、工程结束后的环境影响评价464

主要参考文献465

后记467