顶板高位大直径水平长钻孔配套钻具研制

针对煤矿井下顶板高位大直径水平定向长钻孔施工中常规钻杆出现粘扣、弯曲、断裂等问题,分析了钻杆柱的工作状态,建立了顶板高位大直径长钻孔钻杆柱受力模型和有限元分析模型,明确了钻杆失效的主要原因,通过优化螺纹牙型和接头连接形式,研制了φ73 mm高韧性高强度钻杆,解决了定向钻孔扩孔钻进时钻杆断裂、粘扣等问题,满足了顶板高位大直径定向长钻孔的施工要求。     

金刚石绳索取心钻杆接头螺纹的优化研究

金刚石绳索取心是一种高效优质、快速经济、应用广泛的钻探技术。我国绳索取心钻杆螺纹强度低,使用寿命短,钻杆折断事故时有发生,不能满足深孔钻进的需要。以接触非线性有限元理论为基础,运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹螺距及螺纹长度等参数对螺纹强度的影响规律,并实现了对螺距和螺纹长度等的优化。研究结果表明,适当增大螺距及螺纹总长度,可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态,优化后的接头螺纹整体强度提高约15.4%。     

绳索取心钻杆螺纹锥度与强度关系及应力研究

通过一系列室内拉伸、扭转及光弹应力试验，研究了绳索以心钻杆螺纹锥度与强度的关系及其庆力分布规律。     

提高钻杆接头螺纹强度的有效方法研究

以接触非线性有限元理论为基础，建立了钻杆接头螺纹非线性有限元分析模型。运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹外径对其强度的影响规律。研究结果表明，适当增大螺纹外径，可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态，接头螺纹整体强度提高约32%。     

国产绳索取心钻杆设计与制造技术的分析

介绍了国内外绳索取心钻杆的生产现状,论述了绳索取心钻杆的结构、各种管材的性能、钻杆和接头的选材、螺纹的优化设计和一些特殊工序,最后以89 mm绳索取心钻杆为例,根据不同的设计方案,列出了相应的技术参数供大家参考。     

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。     

绳索取心钻杆折断事故的原因、预防与处理措施

针对地质钻探中时常发生的钻杆折断事故,本文从钻杆材质与加工、复杂地层条件、钻孔弯曲等方面分析了导致绳索取心钻杆折断的主要因素,并从钻杆材质优选、钻杆加工工艺和热处理工艺、螺纹结构优化和精细处理、钻孔结构与钻具级配优化、护壁堵漏技术、现场操作规程等方面总结了相应的预防措施,建议通过数值模拟优化钻具级配和钻进规程参数,加强钻杆腐蚀缺陷、裂纹等的探伤检测,以提高整个钻探体系的可靠性。     

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。     

复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究

究开发成功的SQ系列高强度绳索取心钻杆首次采用了薄壁钻杆内镦粗技术。同时，通过优化接头螺纹参数，改进钻杆接头热处理和表面处理工艺，简化钻具结构等措施，使绳索取心钻杆强度提高40%以上，使用寿命明显增加，钻具冲洗液过流阻力大幅降低。钻杆可以采用垫叉和扳叉拧卸。在地质条件复杂的勘探区试验示范，取得了良好的应用效果。     

绳索取心钻杆负角度螺纹扭矩计算分析和测试研究

分析了绳索取心钻杆负角度螺纹受力状态,以静力学和材料力学为基础计算了用于深孔绳索取心钻探的CNHT绳索取心钻杆螺纹应力情况和抗扭能力。同时,针对不同锥度和牙高的负角度螺纹进行了理论计算和静扭测试比对,理论计算结果与测试结果非常接近,确定了该计算方法的准确性,优化总结出抗扭能力较强的负角度螺纹参数。     

韩城桑树坪二号井松软煤层钻进技术研究与实践

针对韩城桑树坪二号井煤层松软破碎,现有设备能力小、自动化程度低、钻探工艺不合理导致瓦斯抽采钻孔钻进深度浅、钻进效率低等问题。对研究矿区3号煤层进行了大螺旋钻杆回转钻进、宽翼片螺旋钻杆空气钻进与宽翼片螺旋钻杆清水钻进工艺试验。试验表明:宽翼片螺旋钻杆清水钻进工艺施工效率是原来的1.5倍,钻孔深度由80 m左右提高到了200 m以上,成孔率达80%以上,满足了桑树坪二号井工作面瓦斯抽采钻孔施工要求。      

松软煤层瓦斯抽采孔PVC管护壁技术应用研究

针对晋城煤业集团赵庄煤业矿区地质构造复杂、煤层松软及透气性差,瓦斯抽采孔由于煤层松软引起孔壁稳定性差,成孔提钻后,短时间内孔壁坍塌,导致瓦斯抽采通道堵塞,抽采率低,抽采效果差的问题。利用在钻孔施工完成后不提钻杆,先在钻杆内部下入抽采筛管进行护壁,提钻后形成瓦斯抽采通道,应用结果表明：该技术与传统提钻后下套管工艺相比,下管效率大幅提高,下管深度达到孔深的98%以上,有利于提高瓦斯抽采效率,对煤矿安全具有重要意义。     

套管钻进技术在煤矿复杂地层中的应用探讨

我国的地质条件和煤层特征差异大,复杂地层中构造煤发育,瓦斯含量高,地应力大,煤层破碎松软,易发生塑性流变。采用套管钻进技术替代传统的常规钻杆进行钻孔瓦斯抽采,可提高工作效率,防止卡钻、塌孔等事故的发生,提高瓦斯抽采的效率,并可以不起钻取出钻头等孔底钻具组合下筛管,解决在井下复杂地层中钻孔瓦斯抽采的难题。介绍了套管强度及孔底组合钻具结构,探讨了套管钻进技术在煤矿复杂地层中的应用前景。     

采用空气潜孔锤钻进技术在井筒内施工泄水孔实践

袁店一井煤矿风井井筒基岩段施工中遇工作面大量涌水,排水能力无法满足掘砌需要。为保证井筒掘砌施工安全,提出施工钻孔直达风巷的方法进行快速泄水,但已无法进行传统泥浆钻进。通过采用长距离悬空钻杆结合空气潜孔锤钻进技术以及孔口管的安装等施工工艺和措施,有效解决了岩粉上返、水压过大、钻杆摆动等施工技术难题,快速地完成了泄水孔的施工,成功将井筒基岩段涌水排入井下水仓,从而确保了井筒的安全和快速施工。     

冲击倾向性煤层注水对钻进中吸钻卡钻的影响及试验

应用螺旋钻杆局部预测和评价冲击地压等动力灾害时易发生吸钻、卡钻等钻孔动力现象。为研究具有冲击倾向性煤层注水对吸钻、卡钻的影响规律，通过建立钻杆力学模型分析吸钻、卡钻动力现象产生机理，探明煤体应力和钻屑量是影响吸钻、卡钻发生的重要影响因素，推导了注水煤体的钻杆推力、钻杆扭矩等钻削力学参数计算公式，分析煤层注水后煤体应力重分布规律与钻屑量变化规律，并利用钻孔多参量测试系统，在井下对不同含水率煤体进行钻孔试验，从而研究钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量随煤体含水率的变化规律，并结合现场观测到的吸钻、卡钻动力现象，深入研究冲击倾向性煤层注水对煤体力学性质及吸钻、卡钻力学特性的影响。研究结果表明:吸钻时，钻杆推力值明显降低，卡钻时，钻杆扭矩值急剧升高；钻杆推力、钻杆扭矩均值增大幅度和钻屑量均值减小幅度随煤体含水率增大呈现先增大后减小的变化趋势；吸钻、卡钻点随煤体含水率的增大逐渐向煤壁深部转移；井下钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量的数据变化特征与煤体应力分布具有较好的对应关系。研究结果可为冲击地压预测和井下钻孔安全作业提供一定理论借鉴和工程指导。      

强造斜致绳索取心钻具折断分析

在定向钻探固体矿产领域,通常在造斜段使用螺杆钻具,大部分的工作量采用取心回转钻进。造斜段使用螺杆钻具,钻杆不回转,受力较简单;如遇强造斜转换绳索取心钻具稳斜钻进,下部钻具组合容易出现回转困难、下不到底的技术难题,甚至出现丝扣折断事故。为避免强造斜对绳索取心钻具的影响,本文通过建立强造斜段对绳索取心钻具的几何约束变形模型,量化分析强造斜段岩心外管长度与造斜强度、环空间隙之间的约束关系,提供了可快速预判下部钻具参数能否满足强造斜安全钻进的方法。该方法在山东某铁矿定向孔的强造斜致下部钻具折断的事故处理中,通过对绳索取心钻具安全计算模型校核和调整钻具参数,实现了绳索取心钻具通过造斜率0.62°/m的强造斜段安全钻进至靶点,证明对强造斜绳索取心工具安全钻进预测和事故处理计算具有指导意义。     

多工艺钻进技术在塔山煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用

大同煤矿集团公司塔山煤矿4号瓦斯抽排孔终孔口径为1200 mm,孔深423.66 m,孔底位移≯2 m。孔径大、钻孔深、精度高是本工程的主要难点。钻进施工中采用了气动潜孔锤、双壁钻杆气举反循环及组合牙轮多级扩孔等多种工艺,提高了钻进效率,保证了孔身质量,取得了良好的经济效益和社会效益。