深部钻探复合钻杆的研究与应用

绳索取心钻杆在深孔钻探中占重要的地位。本文分析了目前国内钻杆在深孔钻探中的使用情况,同时还对钻杆柱的失效及绳索取心钻杆在钻井内的受力情况进行了简要的分析。设计出了两种复合钻杆：一种是塔式复合钻杆,另一种是同径复合钻杆。将其应用在“中国岩金勘查第一深钻”山东莱州三山岛矿区ZK96-5孔4000m钻孔中,取得了良好的效果。     

绳索取心钻杆内壁结垢成因与预防及清理装置的研发

绳索取心钻杆内壁结垢会造成钻杆腐蚀、打捞器与内管总成运行遇阻、孔壁失稳等问题,常见类型有涡区结垢、延伸结垢与渗漏结垢等。本文在分析结垢原因与影响因素的基础上,制定了冲洗液优选、钻进技术参数优化、钻孔结构与钻具组合优化等预防措施,同时,研发了泥皮清理装置,可通过供电绞车和铠装电缆将刮泥器送至孔内,主动清理钻杆内壁的吸附物或泥皮,保持钻杆内壁清洁,实现高效安全钻进。     

中心通缆钻杆及其在煤矿井下定向钻进中的应用

针对煤矿井下定向钻技术对钻杆的随钻测量通讯和强度要求,钻杆采用中心通缆方式,可实时传输钻孔随钻测量信号。采用高强度管材、特种螺纹丝扣结构、摩擦焊技术,可提高钻杆抗拉、压、弯、扭强度。并根据现场使用中存在的问题给出了解决方法。大佛寺煤矿随钻测量应用实例说明中心通缆钻杆满足最大孔深1200 m的随钻测量通讯和钻杆强度要求,朱仙庄梳状孔应用实例说明中心通缆钻杆满足最小弯曲半径54 m定向孔施工,哈沙图煤矿定向钻孔应用实例说明中心通缆钻杆满足急倾斜58?煤层定向孔施工。     

绳索取心钻杆内壁结垢原因分析与对策

绳索取心钻杆内壁结垢,是指泥浆中的固相物质(粘土颗粒、岩粉、未溶解的处理剂等)以及其它固体微粒在钻杆内壁上的沉积物。当钻杆结垢超过一定厚度时,直接影响打捞器下放和内管提升工作。不仅降低钻进效率,同时增加上、下钻具辅助时间,大大加重工人的体力劳动。当前钻杆结垢是绳索取心难解决问题之一,因此笔者就钻杆结垢原因及防垢、消垢措施谈谈自己的看法和意见。     

钻杆到位是提高钻孔封闭质量的关键

一、钻杆到位的作用钻杆(导管)到位,是保证和提高钻孔封闭质量的关键.我们曾在某孔孔深286m处架桥(木塞),以φ50mm钻杆为导管,导管底口距木塞19m,然后从孔口经导管向孔内灌注水泥浆液,5天以后透孔检查,在     

整体式螺旋钻杆的研制及应用

针对焊接式螺旋钻杆配合风压钻进松软煤层时,易出现螺旋翼片开裂、脱焊及不耐磨等现象,导致成孔难甚至报废等问题,通过铣屑方式在厚壁管材中加工出螺旋槽,改进钻杆接头,对螺纹进行表面处理,研制出整体式螺旋钻杆。简要介绍了整体式螺旋钻杆设计和加工流程。在淮南潘一矿的试验结果表明:整体式螺旋钻杆具有良好的综合机械性能,成孔能力强,使用寿命长,既可替代焊接式螺旋钻杆在松软煤层中进行风压钻进,也可替代常规外平钻杆施工岩石钻孔。      

煤矿用钻杆螺纹的研究现状及展望

钻杆是煤层瓦斯抽采、探放水和地质勘探等钻孔施工的主要装备之一。由于钻杆受力情况及使用环境复杂，使得因钻杆螺纹失效而导致钻孔孔内事故屡见不鲜。按不同结构分类方式，详细介绍当前煤矿用钻杆螺纹结构特点；总结螺纹应力分布和螺纹失效原因分析的研究现状，螺纹应力分布的研究方法主要有解析法、有限元法和试验法，螺纹失效主要原因包括疲劳破坏、脆断和粘扣等。同时分析了钻杆螺纹在设计、生产过程中存在的问题，包括基础研究不到位、制造技术滞后和钻探新技术对螺纹结构提出更高需求。并结合石油钻杆API螺纹和特殊螺纹的技术现状，探讨煤矿用钻杆螺纹的发展方向，包括开展大直径钻杆螺纹研究、开发煤矿用特殊螺纹、优化螺纹牙受力分布、研究动态循环复合载荷试验方法评判钻杆螺纹的性能等。      

钻杆疲劳断裂寿命分析

在Instron电液伺服机上对钻杆钢进行实验及数据处理的基础上,本文从理论上进一步分析了钻杆的断裂寿命,特别是最大挠度位置正处于钻杆薄弱部位(裂纹处)时,最易导致失效.本文一方面抽象了两种裂纹模型及相应的应力强度因子,另一方面借用材料力学和断裂力学导出了弯矩计算式及钻杆疲劳断裂的寿命表达式.对45MnMoB钢所制的φ50钻杆的寿命进行了估算,其结果是令人满意的.     

水平螺旋钻进钻杆排粉机理实验

为了研究松软煤层螺旋钻进钻杆排粉机理,用相似模型实验研究螺旋钻杆的排粉,宏观了解煤粉颗粒在螺旋钻杆作用下的运动形式,从理论上求解其运移的速度,并通过实验验证螺旋钻杆动力参数和结构参数对其排粉量的影响。实验显示:螺旋钻杆外径参数、转速和钻进速度等动力参数相同的情况下,螺距和心杆尺寸的大小对钻杆的排粉量影响很大;不同的螺旋钻杆其转速适合,螺旋钻杆才能很好的排粉。      

钻杆分料装置的研制

钻杆是目前煤矿瓦斯抽放钻孔施工的重要装备。在钻杆加工过程中,上下料采用人工方式,其劳动强度大、生产效率低。为了实现自动上下料,需要采用一种钻杆分料装置,将单根钻杆从成捆的料箱中分离出来。通过对3种分料方式的对比分析,选取了三轴分料方案,并介绍了该方案的设计思路和实现过程。应用表明,在降低工人劳动强度、提高生产效率等方面取得了良好的效果,为钻杆自动化生产线的建设奠定了基础。      

松软煤层螺旋钻杆钻进中的吸钻卡钻力学机理

针对在突出松软煤层钻进过程中常出现的吸钻卡钻现象,以水平钻孔为例,通过分析螺旋钻杆钻进过程中钻粉在螺旋叶片间的运动规律,确定了当钻进产生煤粉量大于钻杆排出能力时,易因煤粉大量积压产生吸钻卡钻现象的力学机理。从控制钻进速度,减少钻粉生产量的角度提出了防止钻进过程中吸钻卡钻方法。计算出直径Φ42 mm和Φ75 mm两种钻孔施工时为防止吸钻卡钻的临界钻进速度。经过在鹤壁六矿2123上顺槽、2143下顺槽试验,取得了很好的效果,表明在突出松软煤层螺旋钻进成孔过程中控制钻进速度是可行的。      

矿用高强度钻杆关键制造工艺技术分析

在瓦斯抽采钻孔施工过程中,钻杆承受复杂交变应力的作用,往往从焊缝区断裂,选用合理的摩擦焊接工艺和热处理工艺生产钻杆,增强钻杆焊缝区的机械性能,是延长钻杆服役时间的有效技术途径。     

挠性钻杆的研制

挠性钻杆是实现高精度定向钻孔技术的关键器具之一。介绍了国内外技术发展简况，设计中的主要技术关键，主要技术规格，结构与组成。并对其进行了性能检测，证明其中的挠性接头具有足够大的抗拉、压、扭能力。     

煤矿井下用φ73 mm高韧性高强度钻杆的研制及应用

针对常规外平钻杆在施工大直径定向长钻孔易发生断裂、弯曲黏扣等问题,分析其失效原因,优选了钻杆材料,研制出φ73 mm高韧性高强度钻杆（High Toughness and High Strength Drilling Pipe,HHDP）。通过性能检测和现场试验:钻杆整体抗扭能力达到20 kN·m,抗弯能力达到2°/3 m,施工大直径定向长钻孔时,千米扩孔进尺钻具事故率约0.26次/km,约为其他同规格钻杆的18%。      

科学超深井钻探铝合金钻杆的腐蚀失效分析

针对铝合金钻杆在复杂的超深井钻井工程服役条件,分析了铝合金钻杆腐蚀行为的主要外在钻井工程因素,并进行了松辽盆地资源与环境深部钻探“松科二井”铝合金钻杆工程试样腐蚀程度的测试与分析。分析结果表明：钻杆结构、磨损与应力、钻井液介质、井内高温高压是其产生腐蚀的主要服役条件因素;铝杆体与钢接头连接处的腐蚀情况最为严重,铝杆体次之,加厚端部分耐蚀性最好;腐蚀产物的主要成分是Al2O3和Al(OH)3相。     

国产CNH（T）绳索取心钻杆在中国岩金勘查第一深钻工程中的应用分析

针对国产绳索取心钻杆在中国岩金勘查第一深钻ZK96-5钻孔工程施工中的实际应用,结合我国现有管材规格及材质、热处理能力和机加工精度等实际情况,对目前在深部和复杂地层钻进中使用的CNH（ T）规格（饱71 mm口径）绳索取心钻杆的结构、接手和螺纹的扣形及尺寸等方面的优缺点进行分析和总结。实践证明,国产绳索取心钻杆具有较高的强度、较长的使用寿命和较高的可靠性,能够较好地适应深部钻探,在ZK96-5钻孔施工中最大使用深度3310余米,有利于绳索取心深部钻探技术的推广和应用。     

金刚石钻进用钻杆

地质岩心钻探采用金刚石钻进时，对钻具特别是钻杆的性能要求较高。原因主要是：1．金刚石钻进时的转速较高，钻具迴转消耗功率较大，因此，钻杆承受的扭矩和扭应力亦较大，容易产生疲劳现象。2．金刚石钻进钻孔直径较小，目前国内主要用口径为φ46和φ56毫米；要求用直径较小的钻杆钻进较深的钻孔，例如用φ42或φ43毫米的钻杆钻进深度为600～1200米的钻孔。3．不允许采用像外丝钻杆那样的锁接头和保护环。钻杆表面磨损较快。     

冷组装铝合金钻杆螺纹副力学性能测试及失效分析

与传统的钢制钻杆相比,铝合金钻杆具有密度小、比强度高、无磁等优点,因此在深井与超深井钻井作业中具有较大优势。在实际使用中,铝合金钻杆两端需要通过钢接头之间的螺纹来实现拧卸钻杆,而铝合金杆体与钢接头还需要过盈装配以实现紧固连接 。以液氮为冷源,对50 mm的7075铝合金钻杆管体与钢接头进行了“冷组装”过盈装配,铝合金管体与钢接头之间的过盈量分别为0.10、0.15、0.20 mm。对组装后两端带钢接头的铝合金钻杆分别进行了拉伸和扭转试验,评价了铝合金管体与钢接头连接的可靠性,对断裂试样的断口进行了宏观与微观分析,阐述了其断裂机理。结果表明,采用“冷组装”方式可以实现铝合金管体与钢接头的过盈装配,其中过盈量为0.15 mm时,带钢接头的铝合金钻杆综合性能较优,可以承受较大的抗拉强度极限和抗扭极限,其断裂方式为脆性断裂。     

“生物钻杆”—仿竹材料和结构对于提高钻杆韧性的设想

本文首先分析了钻杆的受力情况和失效机理,综述了仿竹材料和结构的发展现状,最后提出了利用仿竹材料(纤维)和螺旋结构来提高钻杆韧性的设想且给出了部分现阶段可实施建议,即对现有钻杆材料进行纤维改性或者碳纤维上面镀钢,同时改变钻杆壁的一些结构(外厚内薄的多层仿竹纤维以不同升角分布)。     

φ420 mm插接式密封型螺旋钻杆的研制

φ420 mm插接式密封型螺旋钻杆是为满足煤层中利用螺旋钻具钻进近水平大直径钻孔的需要而研制的。介绍了其设计、加工和应用等情况。