科学钻探选区预导孔钻探技术方案设计、组织实施与随钻研究

“科学钻探选区预导孔钻探技术方案设计、组织实施与随钻研究”作为深部探测项目五综合研究课题的专题,旨在配合地球科学研究,在现有技术水平所能达到的最大深度条件下,以尽可能低的成本采用最先进、最安全的钻探技术方法,获取尽可能多的地下信息,以满足科学目标的严格要求。该项目的实施主要以提高深部钻探效率和质量为目的,是在其他地质调查和地球物理方法基础上,分别针对条件成熟的选区6~7口先导孔的科学钻探展开针对性的技术方案设计,包括对不同目标钻孔进行钻孔结构的优化设计、工艺优化设计以及对钻探成套设备进行科学配置,不断探索提高工作效率、保证工程质量、减少孔内事故、提高岩心采取率。因而,其对地球科学研究目标能否实现将起到决定性作用。文章综述了该项目的实施情况,并介绍了项目所取得的阶段性成果。     

基于非开挖随钻检测系统与随机森林的地层岩性识别

通过自主研发设计的非开挖随钻检测系统,采集非开挖钻进参数,进行非开挖钻进实时地层岩性识别,为非开挖施工提供安全信息保证。针对非开挖工程工勘资料缺乏,掘进地层岩性难以判断的问题,提出了一种基于非开挖随钻检测系统实时采集数据,利用随机森林算法建立地层识别模型,通过模型去识别未知地层,并将识别结果可视化展示。通过非开挖随钻检测系统在工程现场的实际应用,获得了包括钻速、扭矩、转速、拉力、泵压、泵量等钻进敏感参数作为训练样本,利用随机森林算法对采集的钻进参数进行训练,构造决策树与随机森林,对钻进参数进行分类,建立了以典型非开挖地层岩性分类为目标的分类模型,分别确定了杂填土、黏土、粉细砂、砾石和淤泥的地层分类标签。进一步,基于机器学习的分类结果,利用PCA主成分分析将地层识别特征降维至三维,实现了地层岩性识别结果的三维展示。将预测模型应用于实际工程,以验证其有效性。结果表明,该方法能在非开挖实时钻进条件下快速识别钻进地层,识别正确率高达92%。该研究成果通过采集导向随钻参数,识别非开挖掘进段地层岩性,为非开挖扩孔阶段钻具选型、泥浆设计等提供了重要信息。      

基于三维设计软件的矿用测斜仪结构优化设计

利用SolidWorks的Simulation工具对某种测斜仪的主要零件进行了有限元分析,并在满足使用要求的前提下对该零件进行了优化,最终使得该零件的质量减少了近22%,安全系数为36.27,且受力下的变形也在安全范围内,结构参数更加合理。      

非开挖导向强度分析及其在电力铺管设计中的应用

全面分析了非开挖铺管导向钻进轨迹设计的主要决定因素;合理地剖析了钻遇地层的性质及其它施工条件对导向强度的影响;提出导向强度的计算方法,更科学、准确地设计出导向孔轨迹,并应用到实际电力管道铺设导向孔三维轨迹设计中。     

泡沫钻进最优孔径的理论推证

由于钻进泡沫具有较高的可压缩性，在钻孔中流动时流动参数间的相互影响关系复杂，因此对于如何计算泡沫在孔内的上返流速等重要的数据，前人未能给出严密的推导和确切的解答，从可压缩流体的性状入手，运用流体力学方法建立泡沫在钻孔环空中流动参数计算的数学模型，分析该模型解的特征，确定算法，编制相应的计算机程序，通过输入典型参数运算，获得孔内泡沫流速等具体数值，揭示出一个重要规律；钻孔口径存在最优值，可以使泡沫钻     

煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定

分析煤层气井水力压裂时裂缝的典型类型与形状，建立水平缝与垂直缝的判别方法，推导由水平缝向垂直缝转变的临界深度计算公式，描述几种常见裂缝的形状和相应的形成条件。从断裂力学基本原理出发，分别推导在一定注入泵量和注入时间下，３种二维模型裂缝几何尺寸的基本计算公式。为水力压裂开采煤层气提供重要理论依据。     

充气泡沫钻井液在西北干旱缺水地区的应用

充气泡沫钻井液是气体均匀地分散在钻井液中形成的稳定分散体系。现场试验表明，其可节约钻探用水，携带岩屑能力强，护壁效果好，漏失少，润滑效果好，钻进效率高，操作简单。在干旱缺水或漏失严重地区值得推广。     

钻井液流变模型的优选

选择合适的工程浆液流变模型是现场生产中很重要的技术问题。基于最小二乘法原理利用Visual C＋＋高级语言编制程序对试验数据进行拟合,可求得实测浆液的常用流变参数值,绘制各常用流变模式与实际流型的曲线,从而优选出最合适的流变模式。     

大型穿越钻进工程防冒浆钻井液技术

在大型穿越钻进铺管工程中,地面冒浆是很突出又很难解决的问题。冒浆的主要原因是钻井液配方选择不当,钻屑无法从钻孔顺利排出,导致钻孔环空泥浆压力过大并压裂上覆地层,从而使地面发生冒浆。经过大量室内外实验,得出以高剪切稀释(降低流阻)为主要性能指标,同时兼有降滤失、抑制孔壁失稳等性能的防冒浆钻井液体系。工程应用证明,该钻井液技术能有效减少钻孔环空泥浆压力,从根本上解决冒浆问题