深孔取心钻进用高速顶驱式钻机

回顾总结了汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）项目钻探装备的研制和改造过程,详细描述了2种高速顶驱式岩心钻机的总体方案、应用效果和存在问题,简要分析了高速顶驱钻进、顶驱/转盘双回转钻进以及交流变频电驱动技术在深部复杂地层钻探领域的应用前景,对建立我国深部钻探装备体系具有一定的参考价值。     

工程地球物理勘探随钻测量钻机的研制

为提高我国工程地质勘察钻机的技术水平,研制了JDD-100型全液压动力头式工程地球物理勘探多功能钻机。钻机具有静力触探、动力触探、回转钻进、高频振动回转钻进等功能,配有钻进参数检测和自动钻进控制系统,可随钻检测９个钻进参数,并可随钻测量地层密度、地层电阻率等地球物理参数。根据回转动力头的结构和液压马达的工作特性,研制了适用于全液压钻机的输出扭矩检测方法。经实验,钻机对黏土层、卵砾石地层、破碎层的适应性较好,复杂地层的勘察速度提高1.5倍。     

全液压顶驱钻机背钳的设计及运动仿真分析

针对大陆科学钻探接卸钻杆进行上卸扣操作复杂繁琐、夹持稳定性差等问题,设计了一种适应于科学钻探全液压顶驱钻机的新型背钳装置。该装置具有夹持力大、对钻杆损伤小、工作性能稳定、双向浮动等特点,解决了钻进过程中频繁倒杆问题,快速完成上卸扣操作作业,极大地缩短了辅助作业时间。并利用ADAMS动力学仿真软件,对夹紧机构进行了运动仿真分析,验证了机构设计的合理性。     

4000 m交流变频电驱岩心钻机的研制及其 在地热井的工程应用

为满足深部找矿、科学钻探以及新能源勘探等对深孔取心钻探装备的需求,开展了4000 m地质岩心成套技术装备研究。4000 m地质岩心钻机回转系统采用顶驱系统,实现高转速下取心钻进;在井架底部设计有转盘回转系统,可进行大扭矩低转速钻进以应对不同的工况需求;钻机塔架和升降系统能进行长立根提下钻,可缩短提下钻作业时间;钻机的电传电控系统采用了目前国际先进的全数字交流变频技术及自动化、智能化控制技术、计算机控制技术、现场总线通讯和程序控制技术等,实现回转系统的无级调速和司钻的智能化控制。研制的4000 m交流变频电驱岩心钻机在天津东丽湖地热调查井（CGSD—01井）中应用,初步验证了其技术性能,具有操作简便、安全性与可靠性高、使用成本低等优点。本文介绍了4000 m交流变频电驱岩心钻机的项目来源、国内外研究现状、总体技术方案、主要结构及特点、主要技术参数、野外生产试验应用等情况。     

水文井钻探施工中几种钻进方法的比较

结合施工过的水井实例，介绍了水文水井钻探施工中常用的钻探工作类型：回转钻进．冲击钻进及冲击回转钻进。其中回转钻进适合于砾石粒度小于80-100mm的地层，冲击钻进要求小于200mm的砾石总量不能超过50％．且地层均匀，而冲击回转钻进适合于含大漂石地层。在钻探施工中应根据具体工程地质条件．选用水井配套设备，并对施工中常见的钻进事故，提出了相应的解决办法。     

砂卵石层高压旋喷灌浆成墙的成孔技术

讨论了回转钻进工艺、跟管钻进工艺、反循环回转钻进工艺、顶驱式回转钻进工艺以及振孔高喷成孔工艺在砂卵石层高压旋喷灌浆成墙中成孔施工适应性、有效性以及经济性。     

一种同轴双向回转模式的钻具结构设计及振动模拟

钻进时的振动会引起钻具疲劳失效和损坏,为提高井下钻具的稳定性,本文设计了依靠行星齿轮系驱动内外钻头同轴双向回转的钻具结构。通过对其核心的齿轮、密封、轴承等部件进行的强度校核,证明该结构的设计强度能够满足正常的使用工况。同时基于数值模拟对该结构的振动效果进行了验证,将钻进时钻头与岩石的相互作用简化为简谐荷载,对双向回转钻具整体结构进行谐响应分析。结果显示,相比于普通单向回转钻进结构,同等条件下双向回转的钻具结构能够有效抑制扭转振动。     

矿用随钻动态方位伽马仪器的研制与应用

顺煤层瓦斯抽采钻孔是目前最直接最有效的瓦斯治理方法,自然伽马作为含煤地层识别常用的判识依据,可以根据地层放射性判断钻孔轨迹是否在目标层中。但现有的矿用伽马测井仪器只能进行滑动钻进测量,不适用于复合钻进及旋转导向钻进,无法满足伽马动态连续测量的工况。针对以上问题,在分析了煤矿井下随钻测量工况特点和伽马测井原理的基础上,通过低压直流载波双向通信技术进行孔底多扇区方位伽马数据的实时传输;采用屏蔽开窗的结构设计,实现单伽马晶体的8扇区分区测量;基于三轴MEMS加速度传感器和三轴MEMS陀螺仪不同的频率特性,采用互补滤波的动态测量方法,克服了回转钻进过程中振动和旋转对工具面向角测量的影响。通过地面性能测试和井下的工业性试验,验证了仪器在不同放射性地层分界面能正确反映出地层放射性变化规律。试验结果表明,仪器可以满足复合回转定向钻进时的地质导向测量要求,为煤矿井下顺煤层定向钻进提供了技术保障。      

冲击钻进工艺在复杂地层钻孔桩施工中的若干技术问题

冲击钻进工艺对地层有着广泛的适应性，对采用回转钻进或其它钻进方法成孔的复杂地层更能显示它的侉性，就冲击钻进在复杂地层钻孔桩施工中的几个技术问题进行了探讨，主要内容包括：冲击钻头的设计，孔口护筒埋设与开孔钻进以及确保该法取得优良效果的技术措施等。     

空气泡沫钻进技术在复杂漏失地层中的应用

山西霍州煤电集团鑫博煤业霍3号水源井工程,地层复杂漏失严重,开始采用顶漏钻进,工程进度难以保证,施工成本高,后改用空气泡沫钻进,解决了漏失地层钻进难题,钻进效率高,钻探成本低。介绍了该水源井空气泡沫钻进施工工艺,并对钻探效果及成本进行了对比分析。     

ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机钻压自适应电液系统研究

车载钻机机动性强、工艺适应范围广,是救援钻孔施工的理想机型,传统的车载钻机均采用液控、液驱的方式,存在控制参数显示不直观、管线较多、难以实现闭环控制等难题,钻遇复杂地层时,司钻人员的反应速度往往难以适应工况的变化,不利于钻孔安全。为满足救援钻孔施工安全、自动化程度高的需求,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用电控、液驱的方式。根据回转和给进两大主要执行机构的负载特性,设计具有无级调速和防吸空特性的回转驱动系统、具有防坠落功能的给进驱动回路;根据系统的控制、监控和驱动要求,设计集中操控和显示的救援钻机电控系统,实现分布式总线协议部署以及具有优先级的闭环散热调节;选取对钻压控制有影响的7个参数,采用BP神经网络技术对历史数据进行了训练、验证和测试,获取钻进参数与钻压控制的连接权值矩阵,实现对钻压的自适应控制(Weight on Bit,WOB)。该钻机在宁夏梅花井现场工业性试验中完成了预定的钻孔工作,电液系统运行稳定,温度控制系统可保证液压系统油温保持在40~60℃区间,柴油机冷却液温度保持在70~90℃区间,验证了温度闭环自适应控制系统的工作效果。ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机初步建立了钻压自适应控制模式,但由于地层的多样性和复杂性,还需要不断丰富样本数量、提高系统计算速度,使钻压自适应控制系统对地层的适应性更强。      

基于涡轮-转阀驱动的小直径水力振荡减阻器设计研究

小直径水平钻井在钻探中应用广泛,可以有效提高效率,降低成本。但钻柱与井壁之间存在较大的摩阻,导致出现托压现象,影响钻压传递,进而严重影响钻进效率。本文研究了一种基于涡轮-转阀驱动的小直径水力振荡减阻技术,通过振荡器的轴向振动,降低钻柱在钻井过程中所受阻力,提高钻进效率。文章从振动减阻器的研究现状、结构设计和实验结果等方面做了系统分析,得到实验结论:当泵排量相同时,振动频率越小,振幅越大,此时转速对压降影响较小。在转速保持不变的情况下,泵排量越大,振幅越大,且压降明显增加。这一研究成果可为该技术的发展提供一定参考。     

超声波冰层钻进方法的可行性研究

人类对极地资源的开采和科学研究需要高效、环保的冰层钻探技术,热熔钻进是常用方法之一。为解决热熔钻进技术能量利用率低的问题,本文提出了一种以超声波频率振动进行冰层钻进的方法,分析了超声波振动钻进冰层的机理,通过超声波振动冰层钻进效率的计算及室内试验,得出了超声波振动冰层钻进速度大、热效率高的结论,可用于极地冰盖、冰架等冰层的钻进。     

SP-I-01型全液压顶驱齿轮副振动分析

振动会对齿轮副正常稳定工作产生影响。齿轮副的设计过程中要使其固有频率避开工作频率。通过对SP-I-01型全液压顶驱传动齿轮副进行振动分析,得出了齿轮副前六阶的固有频率及对应的振型图,并计算出其最高工作频率,与其固有频率进行对比,得出了其最高工作频率低于其最低阶的固有频率,符合设计要求。     

结晶岩取心深孔钻进施工设想技术方案

介绍了制定中国结晶岩取心科学孔钻进施工技术方案的总原则和先决条件,以此为基础,提出建议的钻孔结构套管程序,最 后提出了能满足这些原则、条件以及钻孔结构和套管程序要求的５０００ｍ取心科学钻孔施工设想技术方案。     

国产旋转导向及随钻测井系统在渤海某油田的应用

旋转导向和随钻测井系统可在精确、高效控制井眼轨迹和快速识别地层性质的同时大幅度提高作业效率,降低作业成本。尤其在海上油气开发过程中具有较好的提效效果,但是长期以来该领域均被国外石油公司垄断且租赁价格高昂。中海油国产化研制的Welleader旋转导向系统、Drilog随钻测井系统经过多次试验达到了入井应用要求,在渤海某平台调整井钻井作业中进行了应用,结果表明该套系统旋转导向系统轨迹控制满足定向井轨迹要求、测斜数据准确、测井质量符合标准要求,能够实现钻井过程中的轨迹控制和测井要求。     

特殊保径结构PDC钻头在渤海油田应用

随着石油勘探开发技术的不断进步,旋转导向钻井系统在现代钻井中的应用越来越多。但当面临更加复杂及曲率更高的井身结构时,单依靠Xceed指向式旋转导向工具不能完全满足钻井作业的要求。针对这一情况,提出一种特殊保径结构的PDC钻头,其特殊在于上部1 in标准保径,下部3 in保径为0.6°倒角保径。经过计算机模拟分析,这种PDC钻头相较于常规PDC钻头不但可以提高钻具组合的造斜能力还能提高钻具工作稳定性。在渤海油田现场使用表明,这种特殊保径结构的PDC钻头具有更强的造斜能力,保证旋转导向工具和其它井下工具稳定性,减缓井下仪器由于井下震动导致的失效。     

海底沉积地层保真取样钻具的设计及应用

钻探取样技术作为海洋地质调查和资源勘探的主要方法,在海洋探索领域占据着十分重要的地位。海底地层以松软沉积物为主,常规钻探回转取样的方法极易破坏样品原状性,且样品采取率低,难以满足科学研究的要求。研制了一种以泥浆泵压驱动的沉积物保真取样钻具,并结合绳索取心技术,实现海底沉积地层保真取样。试验证明,该海底沉积地层保真取样钻具取样成功率高、作业效率高,所采取样品原位性、原状性好,完全满足海洋地质和土工实验等对样品的严格要求。     

新型SPT-1500拖车钻机的研制及应用

为了实现水文水井施工优质、高效、快速的要求,满足中深井对钻机能力的要求,研制了SPT-1500型拖车钻机。该钻机是拖车、转盘式、正反循环钻机,主要由拖车架、动力系统、钻机、转盘、液压系统、气路系统、钻塔、钻具系统等部分组成。试验及应用表明, SPT-1500型拖车钻机结构简单、安装方便、转场快捷、性能稳定可靠,可满足1500 m深水文水井的钻井能力,并能适应各种地层的钻井要求。