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