DB37/T 4311-2021 干热岩钻探技术规程

ICS07.040

CCSP13

37

山东省地方标准

DB37/T4311—2021

干热岩钻探技术规程

Technicalspecificationforhotdryrockdrilling

2021-02-02发布2021-03-02实施

山东省市场监督管理局发布

DB37/T4311—2021

目次

前言...............................................................................III

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

4总则...............................................................................2

5钻探工程设计.......................................................................2

6设备及井场建设.....................................................................2

7钻进工艺...........................................................................5

8钻井液.............................................................................9

9井控..............................................................................11

10物探测井.........................................................................12

11固井.............................................................................12

12完井.............................................................................14

13钻探工程质量.....................................................................15

14井下复杂情况和井下事故的预防与处理...............................................16

15职业健康与安全...................................................................22

16绿色勘查.........................................................................24

17技术资料管理及提交...............................................................24

附录A（资料性）干热岩钻探工程设计.................................................26

附录B（资料性）钻机型号及基本参数.................................................28

附录C（资料性）泥浆泵型号及基本参数...............................................29

附录D（资料性）空压机型号及基本参数...............................................30

附录E（资料性）增压机型号及基本参数...............................................31

附录F（资料性）常用钻进工艺.......................................................32

附录G（资料性）金刚石钻头分类.....................................................33

附录H（资料性）牙轮钻头分类.......................................................34

附录I（资料性）水基钻井液抗温性评价方法...........................................35

附录J（资料性）发泡液基液发泡性能，抗盐、抗钙（镁）与抗油污染性能试验评价方法.....36

附录K（资料性）干热岩钻探工程设计用表.............................................37

附录L（规范性）干热岩钻探工程技术报告编写提纲.....................................45

I

DB37/T4311—2021

参考文献.........................................................................49

II

DB37/T4311—2021

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由山东省自然资源厅提出并组织实施。

本文件由山东省自然资源标准化技术委员会归口。

本文件起草单位：山东省地勘局第二水文地质工程地质大队(山东省鲁北地质工程勘察院)、山东省

地质矿产勘查开发局、山东省鲁南地质工程勘察院（山东省地勘局第二地质大队）、山东省地质环境监

测总站。

本文件主要起草人：赵长亮、秦耀军、谭现锋、康凤新、王勇军、郑宇轩、冯克印、张明德、王玲

丽、马志刚、袁宝宏、王立东、韩建江、聂德久、吴清华、冯守涛、郝俊杰、颜翠翠、代娜。

III

DB37/T4311—2021

干热岩钻探技术规程

1范围

本文件规定了干热岩钻探工程的设计、设备及井场建设、钻进工艺、钻井液、井控、物探测井、固

井、完井、钻探工程质量、井下复杂情况和井下事故的预防与处理、职业健康与安全、绿色勘查要求、

技术资料管理及提交等技术要求。

本文件适用于勘探或开发干热岩资源的钻探工作。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB6067.1—2010起重机械安全规程第1部分：总则

SY/T5289油、气、水井压裂设计与施工及效果评估方法

SY/T5325射孔作业技术规范

SY/T5480固井设计规范

SY/T5724套管柱结构与强度设计

SY/T5729稠油热采井固井作业规程

SY/T5911射孔优化设计规范

SY/T5964钻井井控装置组合配套、安装调试与使用规范

SY/T6426钻井井控技术规程

SY/T6592固井质量评价方法

SY/T6952.1基于应变设计的热采井套管柱第1部分：设计方法

SY/T6952.2基于应变设计的热采井套管柱第2部分：套管

T/CMAS0001绿色勘查指南

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

干热岩hotdryrock

不含或仅含少量流体，温度高于180℃，可作为热能资源开发利用的岩体。

3.2

干热岩钻探hotdryrockdrilling

以勘探开发干热岩热能为目的的钻探工程。

1

DB37/T4311—2021

3.3

井控wellcontrol

钻遇含高压流体的地层时，采用相应设备和技术控制井内压力而避免井喷事故发生。

注：包括设备和工艺技术。

3.4

复合钻进compounddrilling

钻机和井底动力钻具同时驱动钻头回转或（和）冲击的钻进工艺。

3.5

可循环泡沫钻井液re-circulationfoamdrillingfluid

由水、黏土和空气（或其他气体）三相组成，且可循环使用的钻井液。

3.6

一次性泡沫钻井液dischargeablefoamdrillingfluid

由水（加入增稠剂、发泡剂和稳泡剂）、空气（或其他气体）组成，且不能重复循环使用的钻井液。

3.7

完井wellcompletion

井眼与开层采（勘探目的层）连通的工序。

注：包括钻开开层采（勘探目的层）、下套管、固井（或下入筛管）、射孔及水力压裂等。

4总则

4.1干热岩井的类型分为勘探井和开采井。

4.2勘探井和开采井施工前，均应编写钻探工程设计。

4.3做好地质录井、物探测井等工作，全面、准确的获取地层剖面、开层采（勘探目的层）的构造裂

缝、岩石物理参数和井温参数等。

4.4应使用先进、成熟、安全且绿色环保的钻完井技术。

5钻探工程设计

5.1基本原则

5.1.1应符合国家、行业及地方的相关标准规范，坚持健康安全与环保优先的原则。

5.1.2应由专业技术人员编制，审核后报主管部门或业主，经批准后方可实施。

5.1.3充分研究地质条件后，再进行工程设计。

5.1.4实钻地层与设计不符时，应及时变更设计并报批。

5.2设计内容

设计内容可参见附录A。

6设备及井场建设

2

DB37/T4311—2021

6.1设备选择

6.1.1钻机

6.1.1.13000m以浅的直井，根据设计井深和钻机公称钻深确定钻机型号。

6.1.1.2定向井及3000m以深的直井，应大于一个或一个以上的钻机型号。

6.1.1.3常用钻机型号及基本参数见附录B。

6.1.2转盘

6.1.2.1通径应能通过设计的最大钻头。

6.1.2.2宜独立驱动；转速可调范围大，可低至每分钟数转。

6.1.2.3额定功率应满足最大工作扭矩。

6.1.3井架与平台

6.1.3.1应根据井深、井身结构等选择井架。

6.1.3.2井架的底座高度，应满足井口装置和井控装置的安装要求。

6.1.4泥浆泵

6.1.4.1排量应满足携带岩屑所需的最小排量。

6.1.4.2额定泵压应满足设计的最高泵压。

6.1.4.3常用泥浆泵型号及参数见附录C。

6.1.5空压机

6.1.5.1应选用螺杆式空压机。

6.1.5.2额定排量应根据海拔高度、地面温度和湿度等进行校正。

6.1.5.3常用空压机型号及参数见附录D。

6.1.6增压机

6.1.6.1额定压力应满足设计的最大循环压力。

6.1.6.2常用增压机型号及参数见附录E。

6.1.7固控系统

6.1.7.1循环罐不宜少于四个，有井控设计和要求的应再增配两个加重罐。

6.1.7.2应配备振动筛、除砂器、除泥器、离心机等固控设备，必要时配备除气器。

6.1.7.3应配备钻井液配制和加重的设备。

6.1.7.4钻井液出口温度超过75℃，宜配备冷却系统。

6.1.8井控装置

6.1.8.1根据设计的井口压力和套管尺寸等选择井控装置，其额定压力应大于设计井口压力的1.5倍。

6.1.8.2除井口装置、井控管汇外，还应配备钻具内防喷工具、井控监测仪表、液气分离器等。

6.2井场建设

6.2.1井场应避开地质灾害易发地段，地基应平整、坚固、稳定。

3

DB37/T4311—2021

6.2.2如遇地下电缆、输气管道、通讯光缆、国防光缆、给排水管道、高压输电线路等，井场建设应

符合相关安全规范要求。

6.2.3井场应修建废水、废渣回收池。

6.2.4井场应设置安全标志牌，配备消防器材。

6.2.5有井控要求时，井场建设和布置应符合SY/T6426的技术要求。

6.2.6设备应在基础检测合格后安装。

6.2.7井场面积应能满足以下基本要求：

a)满足钻井、测井、固井、压裂等阶段性作业设备安装及修理的用地要求；

b)满足钻具、套管、钻井材料等存放；

c)满足井队生活区用地要求；

d)如有井控设计，应满足井控系统用地要求。

6.3设备安装及拆卸

6.3.1井架的安装和拆卸

6.3.1.1安装前对井架和底座进行检查，不应有变形、弯曲、破损。

6.3.1.2起、放井架前，安排专人检查绞车大绳、起井架大绳、连接销、保险销及设备的固定情况，

并检查气控系统、刹车及辅助系统、缓冲器及二层平台等。

6.3.1.3井架的起放，应专人指挥，信号统一。

6.3.1.4起井架时，应先试起100mm～200mm，检查无问题后，再进行正常起升。

6.3.1.5起、放井架时，除机长、班长、观察人员、现场安全员外，其他人员、设备和钻具等均撤至

安全区。

6.3.2钻台和转盘的安装

6.3.2.1天车、转盘、井口在一条垂直线上，最大偏差应小于10mm。

6.3.2.2钻台各部位的固定螺栓应上紧，并安装止退螺帽。

6.3.3顶驱装置的安装

6.3.3.1导轨上下两端，应分别与天车底梁和井架下段固定连接。

6.3.3.2液压管线、电气线路的连接，应正确、紧固、无泄漏。

6.3.4防碰天车的安装

6.3.4.1阀式防碰天车的气路应无泄漏、反应灵敏；总离合器、高低速离合器能同时放气，刹车气缸

或盘式刹车能及时刹住滚筒。

6.3.4.2数码防碰天车的数据采集传感器，应连接牢固、反应灵敏。

6.3.5大钳的安装

6.3.5.1B型大钳和钻杆钳的钳尾销应齐全牢固。

6.3.5.2B型大钳的吊绳和尾绳，应分别选用φ13mm和φ22mm的钢丝绳，其悬挂滑车的公称载荷应

大于30kN。

6.3.5.3钻杆钳的吊绳应选用φ16mm的钢丝绳，其悬挂滑车的公称载荷应大于50kN。

6.3.6气控系统和液控系统的安装

4

DB37/T4311—2021

6.3.6.1气控台和液控台的仪表应齐全、灵敏可靠。

6.3.6.2气液管线均应排列规整，各阀件工况良好；冬季施工，应做好防冻。

6.3.6.3检修保养绞车时，应切断气源或关闭动力。

6.3.7动力机组的安装

6.3.7.1并车联动装置的顶杠应灵活，各防护罩应齐全完好、固定牢靠，螺栓应有防松措施。

6.3.7.2动力机与钻机、并车联动装置、减速箱之间，宜采用柔性连接；如采用万向轴节连接，各连

接断面平行度应符合安装要求。

6.3.8泥浆泵及管汇的安装

6.3.8.1安装应平稳牢固，转动部位应有防护罩。

6.3.8.2弹簧式安全阀应垂直安装，并戴好护帽；其开启压力不应超过循环系统各部件的最低额定压

力。

6.3.8.3预压式空气包应充装氮气，充气压力为泥浆泵工作压力的20%～30%。

6.3.8.4高低压阀门、地面高压管线宜安装在水泥基础上，高压软管两端与硬管连接处应安装安全绳，

高低压阀门应做到螺栓紧固、手轮齐全、开关灵活且无渗漏。

6.3.9固控系统的安装

6.3.9.1钻井液罐和高架槽宜有1：100的坡度，并铺设网状钢板通道，护栏应齐全、紧固。

6.3.9.2设备安装应连接牢固，防护罩齐全完好，仪表灵敏准确，连接管线不泄漏。

6.3.10电气系统的安装

6.3.10.1井场主电路宜采用YCW型防油胶套电缆，照明电路宜采用YZ型电缆；电缆宜敷设在电缆桥

内，地埋过路应有保护钢管。

6.3.10.2电缆架空时，应分路架设在高度大于3m的电杆上，距柴油机、井架绷绳不小于2.5m，且

不应过油罐上空。

6.3.10.3电器设备和照明灯具均应分设开关。

6.3.10.4电气设备接地电阻应小于4Ω；配电柜金属构架接地电阻应小于10Ω，所配绝缘胶垫应大

于1m2。

6.3.10.5野营房的进户线应加设绝缘护套管，并安装漏电保护设备。

6.3.10.6移动照明灯应选用安全电压工作灯。

7钻进工艺

7.1钻进工艺选择

7.1.1应根据地层岩性特点、地层压力、井温、井场条件等，选择安全、环保、高效的钻进工艺方法。

7.1.2软至中硬地层，宜采用喷射钻进工艺。

7.1.3无流体或含流体很少的硬岩，宜采用空气潜孔锤钻进工艺（含雾化钻进工艺、空气泡沫钻进工

艺）。

7.1.4易漏失的稳定地层，宜采用气举反循环钻进工艺。

7.1.5易漏失的不稳定地层，宜采用可循环泡沫钻井液钻进工艺。

7.1.6常用钻进工艺见附录F。

5

DB37/T4311—2021

7.2全面钻进

7.2.1钻具设计

7.2.1.1钻铤直径应满足下套管的需要，且为套铣留足空间；钻铤长度可根据中和点法计算确定。

7.2.1.24000m以深的直井及3000m以深的定向井，宜进行钻柱强度设计（可参见K.6）。

7.2.1.3宜设计随钻震击器、井下动力钻具。

7.2.1.4施工周期较长，钻具组合宜设计防磨措施。

7.2.1.5高温井段，应设计并使用内防喷工具。

7.2.1.6常用钻具组合，见表1。

表1常用钻具组合表

钻头直径钻铤外径钻杆外径

mmmmmm

508.0～660.4228.6；254.0；279.4139.7；127.0

444.5158.7；165.1；177.8；203.2；228.6；254.0；279.4139.7；127.0

311.2158.7；165.1；177.8；203.2；228.6；254.0139.7；127.0

212.7～215.9158.7；165.1；177.8127.0；114.3

149.2～152.4120.688.9

7.2.2钻头设计

7.2.2.1根据地层特点对钻头初选，并根据使用情况进行调整。

7.2.2.2软至中硬且不含砾石的地层，宜选用PDC钻头；硬至极硬的研磨性地层，宜选用镶齿牙轮钻

头或孕镶金刚石钻头、巴拉斯钻头、天然金刚石钻头。

7.2.2.3井底温度大于150℃，宜选用金刚石钻头或轴承密封方式为金属密封的牙轮钻头。

7.2.2.4金刚石钻头的选择，见附录G。

7.2.2.5牙轮钻头的选择，见附录H。

7.2.3钻进技术参数

7.2.3.1水基钻井液正循环回转钻进工艺

该工艺的技术参数为：

a)排量：应能满足最低环空返速及携带岩屑的要求；如采用喷射钻井工艺，还应满足该工艺要求

的排量；

b)钻压：牙轮钻头0.2kN/mm～1.2kN/mm，金刚石复合片钻头0.1kN/mm～0.6kN/mm，孕镶金刚

石钻头0.1kN/mm～0.4kN/mm；

c)转速：牙轮钻头40r/min～450r/min，金刚石复合片钻头60r/min～300r/min，孕镶金刚石

钻头200r/min～600r/min。

7.2.3.2水基钻井液正循环冲击回转钻进工艺

该工艺的技术参数为：

a)钻压：球齿冲击钻头0.055kN/mm～0.2kN/mm；牙轮钻头可按常规回转钻进钻压的1/5～1/2；

b)转速：按7.2.3.1规定选取；

6

DB37/T4311—2021

c)排量：除能够满足最低环空返速对携岩的要求外，还应满足冲击回转钻具对排量的要求。

7.2.3.3空气（含雾化、一次性泡沫）正循环回转钻进工艺

该工艺的技术参数为：

a)供气量：最小供气量应满足携岩和举液要求，其具有的动能应大于标况下以15.24m/s速度流

动的空气动能；

b)额定气压：应大于环空压力、钻头压降及钻具压降之和；

c)钻压：按7.2.3.1规定选取；

d)转速：按7.2.3.1规定选取。

7.2.3.4空气（含雾化、一次性泡沫）正循环冲击回转钻进工艺

该工艺的技术参数为：

a)供气量：按7.2.3.3规定选取。

b)额定气压：应大于环空压力、钻头压降、钻具压降及空气锤工作压降之和。

c)钻压：0.06kN/mm～0.08kN/mm，最大钻压不宜超过厂家推荐最大钻压。

d)转速：20r/min～50r/min。

7.2.3.5气举反循环钻进工艺

该工艺的技术参数为：

a)沉没比：应大于0.6；

b)空压机压力：依据式（1）确定：

2

PHrH10p...................................(1)

式中：

P——空压机工作压力（MPa）；

H——气水混合器没入钻井液面以下深度（m）；

3

rH——钻井液密度（g/cm）；

△p——空气管道压力损失，一般△p＝0.10MPa～0.15Mpa。

c)风量：依据式（2）确定：

Q244～288d2V...................................(2)

式中：

Q——空压机送风量（m3/min）；

d——岩屑上返通道直径（m）；

V——钻杆内流体上返速度，一般V＝3m/s～4m/s。

d)尾管长度：依据式（3）确定：

LHW5～10.....................................(3)

式中：

Lw——为尾管长度（m）。

e)钻压：按7.2.3.1规定选取；

f)转速：按7.2.3.1规定选取。

7

DB37/T4311—2021

7.2.3.6可循环泡沫钻井液回转钻进工艺

该工艺的技术参数为：

a)排量：按7.2.3.1规定选取；

b)钻压：按7.2.3.1规定选取；

c)转速：按7.2.3.1规定选取。

7.3取心钻进

7.3.1取心工具

取心工具主要有常规取心工具、特殊取心工具，可根据取心要求和地层岩性特征按表2选择。

表2取心工具及适用条件

取心钻具类型适用条件

自锁式取心工具完整的中硬至硬地层

常规取心工具液压式取心工具埋藏较深的软地层或破碎地层

加压式取心工具

机械加压式取心工具埋藏较浅的松软地层或破碎地层

保形取心工具可获得接近地层原始形状的岩心

特殊取心工具

定向取心工具可获得反应地层倾角的岩心

7.3.2取心钻头

取心钻头根据破岩方式，可分为切削型、微切削型和研磨型三种，可按表3选用。

表3取心钻头及适用条件

地层

钻头类型形式与工作刃材质

地层类别史氏硬度级别

刮刀型-PDC软1，2

切削型取心钻头刀片形、圆弧形-PDC软～中硬1，2，3，4，5，6

单锥形-PDC中硬5，6

单锥形-柱锥形聚晶中硬～硬5，6，7，8

微切削型取心钻头

双锥形-三角聚晶中硬～硬5，6，7，8

圆弧形-天然金刚石硬～极硬7，8，9，10，11，12

研磨型取心钻头

圆弧形-孕镶金刚石硬～极硬7，8，9，10，11，12

7.4定向钻进

7.4.1定向井设计要求

7.4.1.1轨迹设计宜选择在垂直剖面内，并选择简单的轨迹。

7.4.1.2造斜点宜选在地层稳定的井段，且距上层套管鞋不宜小于50m。

7.4.1.3无特殊要求，全角变化率宜控制在3°/30m～4°/30m，不宜大于5°/30m。

7.4.2定向井造斜工具

7.4.2.1井底循环温度小于180℃，可选用螺杆钻具；大于180℃，宜选用涡轮钻具。

8

DB37/T4311—2021

7.4.2.2常用造斜工具可根据表4选择。

表4常用造斜工具

定向造斜工具钻具组合适用性

钻头+螺杆钻具+弯接头+无磁仅适用于侧钻，且井底循环温度不大于

螺杆钻具

直外壳钻铤+钻铤+钻杆180℃。

动力钻具钻头+涡轮钻具+弯接头+无磁

动力涡轮钻具仅适用于侧钻，不受井底温度限制。

钻铤+钻铤+钻杆

钻具

钻头+弯螺杆钻具+无磁钻铤+适用于定向钻进、复合钻进及侧钻，井底循环

造斜螺杆钻具

弯外壳钻铤+钻杆温度不大于180℃。

动力钻具钻头+弯涡轮钻具+无磁钻铤+适用于定向钻进、复合钻进及侧钻，不受井底

涡轮钻具

钻铤+钻杆温度限制。

转盘注灰式斜向器采用常规钻具组合仅适用于裸眼侧钻、套管开窗。

定向器

造斜液压锚定斜向器采用常规钻具组合仅适用套管开窗。

7.4.3定向仪器

7.4.3.1应根据井温选择适宜的测斜仪，宜尽量选用无线随钻测斜仪。

7.4.3.2有磁干扰时，应采用陀螺测斜仪。

7.4.4定向钻进综合技术措施

7.4.4.1宜使用G105钢级以上的二级或一级钻杆。

7.4.4.2钻井液宜有良好的润滑性。

7.4.4.3钻具组合中宜配备防脱压工具。

7.4.4.4宜使用无线随钻测斜仪；如井底循环温度超过仪器额定工作温度，可采取井筒降温措施。

7.4.4.5应实时掌握井眼轨迹，并及时调整工具面。

7.4.4.6全角变化率大的井段，宜定期下入专用工具修整井壁。

7.4.4.7定向钻进的造斜、增斜、稳斜及降斜可参照DZ/T0260。

8钻井液

8.1常温钻井液

8.1.1能满足的井底温度不大于120℃。

8.1.2常温钻井液体系、钻井液材料和维护管理，可参照DZ/T0260。

8.2高温钻井液

8.2.1钻井液体系

8.2.1.1能满足的井底温度大于120℃。

8.2.1.2应坚持安全、环保、经济的原则，并根据地层岩性特点、地层压力、井底温度、井场条件等

选择钻井液体系。

8.2.1.3常用高温钻井液体系、特点及抗温能力见表5。

9

DB37/T4311—2021

表5常用高温钻井液体系

抗温能力

钻井液类型特点

℃

SMC钻井液抗盐、钙能力较弱。220

三磺钻井液抗盐可至饱和，抗钙达4000mg/L。220

水基钻井液聚磺钻井液泥饼质量高，流变性好，抗盐可至饱和。250

甲酸盐钻井液高温稳定性好、抑制性强、抗污染能力强。220

清水适宜于稳定且地层压力正常的地层。/

空气（含雾化）适用于地层压力正常，不含或含水极少的稳定地层。350

一次性泡沫钻井液适用于地层压力正常、含水少的稳定地层。350

可循环泡沫钻井液适用于严重漏失的地层，比重调节范围较大。350

8.2.2钻井液材料

8.2.2.1高温钻井液造浆黏土主要有膨润土、海泡石等。

8.2.2.2常用高温钻井液处理剂见表6。

表6常用高温钻井液处理剂

抗温

处理剂名称作用

℃

磺甲基单宁（SMT）各种水基钻井液中的降黏剂200

磺甲基栲胶（SMK）各种水基钻井液中的降黏剂180

磺化苯乙烯马来酸酐共聚物（SSMA）各种水基钻井液中的降黏剂230

无铬木质素磺酸盐各种水基钻井液中的降黏剂180

磺甲基褐煤（SMC）降滤失剂/降黏剂220

磺化酚醛树脂（SMP）降滤失剂220

磺化木质素磺甲基酚醛树脂（SLSP）降滤失剂230

水解聚丙烯腈降滤失剂230

聚丙烯酰胺钾盐（KPAM）增稠剂/包被剂180

PAC～141增稠剂/包被剂180

8.2.3性能测试

8.2.3.1水基钻井液宜做好以下性能测试：