特深孔地质岩心钻探钻孔口径及管柱规格研究

针对5000 m地质岩心钻探基础准则与依据缺失,油气钻井与岩心钻探工艺及装备差异大等问题,本文梳理分析了国内外深部地质岩心钻探口径系列及管柱规格,厘定了基本外界条件及相互关联要求,开展了特深孔岩心钻探环空水力学计算与绳索取心钻杆的等强度设计,初步构建了以绳索取心钻进工艺为主体的5000 m特深孔钻探口径系列与钻(套)管柱规格。     

金属矿床深孔钻探技术探讨

金属矿床深孔钻进投入大、获取地质信息多、施工困难.就深孔钻探经常遇到的问题,对深孔钻进的钻孔结构、钻探设备选择、钻进工艺、冲洗液等技术要素进行探讨.     

小口径深孔钻探管柱扭转振动特性分析

在小口径深孔取心钻探领域中,除了传统的提钻取心方法外,绳索取心工艺、螺杆马达孔底动力工具等钻进方法也被广泛地应用,不同的钻具组合与钻杆柱一起组成了长细比很大的柔性杆件,在钻进过程中产生复杂的振动,极大地影响了钻探工程的安全性。目前,以钻井工程为代表的管柱振动理论已经发展出了很多成熟的分析方法,但是针对小口径深孔钻探的垂直孔身结构、金刚石钻头磨削岩层、特别是选择不同钻具组合和钻进方法时,相关的管柱扭转振动特性研究依然不足。有限元分析方法适用于求解边界条件复杂的问题,用于钻探管柱的振动特性分析有很好的效果。基于ANSYS软件,选取适用于小口径深孔钻探的多种典型钻具组合,建立相应的有限元分析模型,求解孔深、钻压等因素与管柱扭转振动特性之间的关系,并给出了不同孔深条件下可能引起管柱共振的临界转速求解方法。该研究可在钻具组合选择、转速选择和管柱安全性评价等方面为小口径深孔取心钻探工程提供一定参考。     

煤田深孔补采煤心施工技术

在煤田岩心钻探孔施工中,经常会出现丢失煤层现象,必须补采煤心,以满足地质设计要求和有关煤田地质规程.在河南省禹州市张得煤田矿区的钻探施工中,摸索并掌握了一套深孔补采煤心的施工技术,利用偏心楔补打斜孔,有效解决了深孔(1000 m以下)补采煤心的问题,并完全满足地质设计要求.     

中国西南地区重大工程中面临的工程地质问题与勘测技术需求

中国水能主要集中在西南地区,水电开发将面临深埋长隧洞勘探技术与方法、隧洞围岩稳定性、活断层与区域稳定、冻土地质灾害、特殊地质介质工程特性等重大工程地质问题;对超深孔取芯钻探、深孔地应力测试、高边坡三维摄像成图系统、三维地质模型、测量机器人、深厚覆盖层探查、高分辨率地球物理勘探、隧道施工地质超前预报、物理风化作用类型与工程应用、高地震烈度区域稳定性研究技术、岩体卸荷带划分与探测等勘测技术有着重要的需求.     

深孔数字地温测量记录仪的研制与应用

地质和地热勘查中,为评价勘查区地质环境条件,需要选择代表性钻孔进行地温测量。由湖北省地质局第七地质大队研制的HBDZ 7-1型深孔数字地温测量记录仪,解决了以往观测设备笨重、劳动强度大、观测费用高和成果系统性差的问题。该记录仪在宜昌兴神勘查区ZK801孔和江家墩磷矿区ZK401孔2个深孔实践应用中取得了良好的效果,是一种多快好省地进行地温测量和记录的有效器具。     

深孔地质钻探孔内事故专用处理工具之探讨

本文针对深孔地质岩心钻探孔内事故不断增多,打捞及事故处理工具的缺失现状,对深部地质钻探专用工具的研制及发展提出了一些建议,目的在于务实地解决野外地质钻探中遇到的一些实际问题。     

偏斜法处理钻孔事故初探

在小口径岩芯钻探孔施工中,经常会出现孔内事故,特别是发生烧钻、孔底卡钻事故,更难处理。怎样又快又好地将事故处理成功并继续施工,且完全满足地质设计要求和有关规范规程,是每个钻探施工者必须面对的问题。在河南省偃龙煤田西村矿区的钻探施工中,我们摸索并掌握了一套利用偏心楔补打斜孔处理烧钻事故的施工技术,有效解决了深孔(1000m以下)烧钻的问题,并完全满足地质设计要求。     

地质深孔钻探技术与管理探讨

从地质深孔钻探的特殊性出发,分析了深孔钻探的重点和难点,提出深孔钻探需确保钻探施工人员、技术工艺的优选和钻探设备工器具的投入,并强调全面加强深孔钻探技术与管理的主要内容和措施。     

特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范

特深孔地质岩心钻探技术装备是由中国地质科学院勘探技术研究所牵头、国内多家单位合作参与研发成功的我国深部矿产资源勘探技术装备,是“十三五”国家重点研发计划项目“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”的研究成果,形成的主要研究成果总体实现了特深孔地质岩心钻探工程设计标准化、钻探装备轻量化、钻进控制智能化、孔口操作自动化、孔内钻具系列化、泥浆体系绿色化的目标。以JZ04地热地质勘探井为示范平台,完成了特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范应用,重新构建了新的地质钻探小口径钻孔结构,创造了?114 mm绳索取心钻进应用深度、下入?146 mm地质套管深度两项亚洲纪录,初步形成了以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探技术装备体系。     

深部科学钻探钻杆接头优化措施

地球深部探测对提高我国勘探开发深部资源能力和深部地质研究水平及地位是不可或缺的,深部科学钻探是唯一准确地获取深地实物资料的工程方法。钻杆柱作为深部科学钻探技术的核心与关键,其管柱规格组合与钻杆接头选配决定着钻杆在平衡其自重后的剩余强度和应付孔内复杂情况的能力,尤其是作为连接各钻杆柱短节的钻杆接头的性能直接决定着钻杆柱的使用极限深度。本文从产品类型、结构特点等方面对国内外高性能石油钻杆接头进行了梳理,分析了现有钻杆接头存在的不足与失效的原因,提出了钻杆接头结构改进方案,对提高钻杆柱的可靠性与安全性,延长钻杆使用寿命,使其更好地应用于深部科学钻探,具有一定的科学意义与工程价值。     

新型深孔加工安全保护装置

通过对深孔加工中加工安全问题的研究,针对钻削过程中钻头、钻杆的运动原理,构建了合适的力学模型,进行了相关的运动学和力学分析研究,论证了该机构模型的原理是完全可行的,根据原理设计了一种新型自适应转角机构实现对钻杆扭矩的实时监测,并对其工作原理进行了详细阐述,将完整的装置安装在深孔加工机床上进行试验,验证其达到设计要求,起到了很好的过载保护作用。     

深孔岩心钻探问题探讨

深孔岩心钻探的核心问题是孔壁稳定,其钻前预测涉及地层孔隙压力、地层应力、地层坍塌压力和破裂压力,是实现深孔岩心钻探优质、安全、高效和低成本的关键,决定着孔身结构、套管程序与套管强度、钻井液密度与流变性能的设计。以孔壁稳定为基础,从孔身结构和套管程序、钻具组合、钻探设备方面论述深孔岩心钻探存在的问题,并提出具体的改进建议。     

矿用钻孔深度声波测量装置设计与应用

针对目前煤矿井下钻孔施工的质量验收,主要依靠退钻时人工数钻杆的方式计量钻孔深度,效率低且人为因素大的问题,通过研究基于钻杆柱中声波反射原理设计了便携式钻孔深度测量装置,利用声波在钻杆柱中的传播的速度和声波在钻杆柱中往返传播一个周期的时间计算出钻孔中钻杆柱的长度,确定钻孔深度。设计的矿用钻孔深度测量装置主要由3部分组成：激震源、探头和主机,关键的数据处理和人机交互等功能通过主机的软硬件实现。在大佛寺煤矿和寺河煤矿进行的现场试验,验证了该装置的测量深度大于200 m,最大误差不超过10 m,能够满足煤矿井下孔深测量的迫切需要。     

钻杆外飞边车削加工自动上、下料系统的设计

结合生产现场原布局,综合考虑钻杆外形特点、操作空间、工作方式以及场地条件,设计了一种钻杆外飞边车削加工自动上、下料系统,并对上料装置、运输装置和下料装置的机械结构进行了详细设计。该系统的应用可以减轻工人的劳动强度,实现钻杆上、下料操作过程的自动化管控。     

斜井管柱摩擦阻力和轴向载荷计算

在斜井中，考虑了方位角的变化，建立管柱受力平衡方程，推导出斜井中下管柱和提管柱时摩擦阻力和轴向载荷的简化力学模型，分析计算了下管柱和提管柱时摩擦阻力、轴向载荷以及管柱轴向变形等重要参数的解析公式。实例计算分析表明摩擦阻力和轴向载荷的计算结果可以为钻井设备选型、优化管柱参数和井身结构提供可靠依据。     

特深岩心钻孔套管程序和钻具级配等问题的探讨

讨论了特深岩心钻孔钻探施工的套管程序、钻具及其级配和固井等问题,深入分析了这些技术问题对特深孔钻探施工的风险性和经济性的影响作用。在分析研究的基础上,提出了对我国施工特深岩心钻孔时的套管程序、钻具级配、特深孔钻杆柱、套管柱以及固井等技术方案的建议。     

地质钻探用震击安全接头的研制及应用

为增加断钻杆卡钻打捞成功率和处理孔内事故时上部钻杆安全,研制出了一种能提高处理孔内卡钻事故能力和确保处理卡钻事故上部钻杆安全的震击安全接头,在现场应用取得了良好的效果。介绍了该震击安全接头的设计思路、结构原理、操作技术和现场应用效果等。     

基于有限元法的钻杆柱纵向振动分析

钻杆的纵向振动对钻杆失效有较大影响。采用ANSYS软件对2000 m以内钻杆柱的纵向振动进行了分析,得到了不同钻具规格、不同钻铤长度、不同钻杆柱长度的固有频率,获得了钻杆柱纵向振动的前五阶固有振型。结果表明,钻杆柱的固有频率受钻杆规格和钻铤长度影响很小,受钻杆柱长度影响较大。     

基于PLC的泥浆循环净化装置控制系统设计与实现

当前水文水井钻探施工过程中,工艺相对落后且集成化程度低,新技术、新方法、新工艺引进和创新不足。在水文水井钻探中,从井底返回地面的泥浆中含有大量的岩屑和砂粒,仍主要采用人工捞砂、泥浆池和沉淀池自然沉降的作业方式,效率较低。为实现钻探施工中设备的自动化、模块化,提高施工效率,针对青海省复杂的地质与气候环境,研制了一种绿色勘查水文地质钻探自动化泥浆循环净化装置控制系统,包括远端控制子系统、近端控制子系统和泥浆加热循环子系统。为提高控制系统的抗干扰性,选用以PLC为控制核心的系统硬件,对泥浆净化装置控制系统硬件和控制系统软件等进行了设计,且系统采用模块化和可靠性设计方式,在实际应用中具备方便运输、可靠性高、适应性好等特点。