页岩气基础地质调查湘洞地1井施工技术

介绍了页岩气基础地质调查项目湘洞地1井的工程概况,重点阐述了该井的钻探施工技术与工艺;结合实钻地层及测井数据对钻井施工质量进行了总结分析;针对钻进过程中出现的问题,提出了改进措施,取得了显著的实钻效果。湘洞地1井采用金刚石绳索取心钻进工艺,通过预判该工艺及强造斜地层的常见事故,优选施工方案,中期严控施工质量,有效预防井内事故的发生,提高了钻进台月效率;钻孔质量六项指标均满足地质要求,顺利有效地完成了钻井施工任务。     

仿生耦合孕镶金刚石钻头底唇面非光滑形态的优化

基于仿生耦合理论研制的仿生耦合孕镶金刚石钻头,在工作过程中,仿生单元的提前磨损,会在其底唇面上形成一定的非光滑表面形态,因此其具有钻进效率高和使用寿命长的优点。探讨了仿生单元的同心圆排列方式,即通过改变仿生单元之间的径向和周向距离,来形成一系列非光滑表面形态,然后加工相应的仿生耦合钻头,并进行室内钻进实验,结果表明,径向距离为1．5d（d为仿生单元直径）、周向距离为3．0d和径向距离为2．0d、周向距离为3．5d两种排列方式更能体现仿生耦合钻头高效率、长寿命的优点,相对普通钻头,其效率和寿命分别提高16％、100％和15％、125％。为以后仿生钻头的设计提供了重要依据。     

热压碳化钨基复合胎体材料性能试验

为了提高碳化钨（WC）基复合胎体材料的性能,在烧结压力为13 MPa、升温时间为6 min、保温时间为5 min的情况下,采用真空热压烧结的方法制备了金刚石钻头所用的10种不同比例WC基胎体材料试样30块,并对试样进行了洛氏硬度(HRC)、抗弯强度(σ)等性能测试。通过试验数据分析研究了WC、663青铜(ZQSn663)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)与胎体材料HRC和σ的关系。结果表明：WC质量分数对胎体的HRC和σ的影响是主要因素,胎体的HRC和σ具有内在联系,HRC高的胎体σ往往也高;在胎体配方中各个成分的含量都应得到控制才能保证胎体的性能优良,各成分的质量分数控制为：w(WC)<59.1%, w(ZQSn663)>25%, 3%<w(Ni)<6.5%, 0.9%<w(Co)<3.5%, w(WC-ZQSn663)<20%。     

孕镶金刚石钻头优化设计及其在甘青隧道应用

孕镶金刚石钻头是通过胎体超前磨损,促使金刚石出露形成微切削刃,在钻压和扭矩的作用下对岩石进行磨削碎岩,可广泛应用于硬地层和复杂地层钻进。然而,常规金刚石钻头存在坚硬地层钻速低、进尺慢、费用高等问题。本研究首先采取甘青隧道S2Z-45钻孔相邻孔不同深度的岩石样品,对其硬度、矿物组成及可钻性进行测试分析,确定了岩层大部分以闪长岩为主,岩石可钻性等级为8级;然后针对甘青隧道的地质特点对孕镶金刚石的胎体硬度和底唇面形状进行了优化设计,并进行了现场试验,通过分析钻头的实际使用情况研究了孕镶金刚石钻头性能的影响因素。试验结果表明：胎体硬度为HRC 15～20、金刚石粒度40～50目、金刚石体积分数为20%、底唇面为环槽尖齿型的孕镶金刚石钻头性能最佳,寿命达到321 m,钻速为1.17 m/h;在相同金刚石参数下,胎体硬度为HRC 10～15的滚齿型孕镶金刚石钻头在钻速方面具有优势,最大钻速能够达到1.44 m/h。环槽尖齿型底唇面和高胎体硬度有助于提高钻头寿命,滚齿型底唇面和低胎体硬度有利于提高钻进效率,但钻头寿命偏低。     

气动潜孔锤钻进技术在云南旱区找水工程中的应用

介绍了采用空气潜孔锤及纵向割缝型UPVC井管技术施工云南楚雄＂科技抗旱井＂工程,重点阐述了气动潜孔锤钻进技术在坚硬破碎基岩地区水文水井工程中的技术难点、钻进工艺及成井工艺。针对钻进过程中出现的问题,提出钻具改进措施,取得了显著的实钻效果。该工程采用潜孔锤钻进技术提高了钻进效率,减少了工程造价,水井的出水量、水质等各项指标均达到设计要求,获得了良好的经济及社会效益。     

涌水含气地层封孔材料的设计及野外试验

常规水泥封孔材料不能完全满足涌水含气特殊地层条件的封孔要求。以封孔水泥砂浆为研究对象,通过正交实验方法,设计封孔水泥砂浆的成分配比,得到既满足钻探质量指标要求,又适用于涌水含气地层的封孔材料配方。由室内实验得到,水灰比的改变对湿态水泥砂浆的凝结时间具有显著影响。结合通地1井,根据不同的井段要求,应用相适应配方的封孔材料进行野外应用实验。结果表明,设计的封孔材料能够满足涌水含气地层的封孔质量要求。     

基于Ansys Workbench通地1井的绳索取心钻杆接头疲劳分析

通过分析通化盆地地质调查井工程钻探施工工况、钻杆折断事故及折断部位,基于钻杆和钻进工艺参数对井内钻杆接头螺纹受力进行理论计算,采用SolidWorks对钻杆接头螺纹连接处进行建模然后将模型导入Ansys Workbench中进行应力和疲劳仿真分析,预测钻杆接头的疲劳寿命。通过分析仿真结果,再结合地质岩心编录和测井资料,探讨涌水伴随大量气体钻探施工的钻杆折断原因,优化钻进工艺参数,从而减少孔内钻杆折断事故的发生。     

玄武岩纤维增强铝基复合钻杆材料的制备研究

针对铝合金钻杆耐磨性和耐腐蚀性差导致其难以在深部钻井中应用的技术难题,本文以7075铝合金粉作为基体,玄武岩短纤维作为增强体,利用真空热压烧结技术制备了玄武岩纤维增强型铝基复合材料,并对其微观组织结构、密度和显微硬度等性能进行了研究。结果表明,玄武岩纤维在铝基体中分散均匀,界面处发生了化学渗透,SiO₂和Al之间发生置换反应,从而获得了良好的界面结合强度,复合材料的密实度较高,玄武岩纤维的加入显著提高了复合材料的显微硬度。     

定向钻进连续取心钻具姿态监测系统设计

定向钻进连续取心作为一项新兴的地质勘探技术,在矿产资源勘探方面有广阔前景,为研发具有自主知识产权的定向连续取心钻具,设计了基于姿态传感和无线通信技术的姿态监测系统。硬件系统设计方面,选用MPU9250姿态传感器和STM32F103C8T6主控芯片监测钻具姿态的变化,通过LoRa无线模块实现穿透地层的通信,同时为适应钻具的结构和随钻测量的要求,自主设计了小型化的系统电路,其长宽高尺寸分别为70 mm×25 mm×7 mm。软件设计方面,通过互补滤波和卡尔曼滤波对MPU9250获取的数据进行处理,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,设计上位机实现钻具姿态的实时展示。最后,通过强电磁干扰环境的模拟测试对硬件和软件的可靠性与准确性进行了验证。结果表明,设计的系统有效地抑制了惯性传感组件的漂移、累积误差以及噪声,能够持续、稳定地对钻具姿态进行实时监测,为实现定向钻进连续取心钻具的姿态监测提供了一种新思路。