GRY-1型超高温干热岩地层钻孔测斜仪研制及应用

干热岩地层钻孔测斜技术是干热岩勘探和开发不可缺少的关键技术,然而现阶段地勘钻孔测斜技术已不能满足干热岩地层的钻孔测斜要求。其中孔底的高温高压是核心问题。为此,设计承压探管加无磁保温瓶的双层外管结构,采用先进的硬磁校准方法、选用耐高温元件、采用低功耗电路设计,研制了GRY-1型干热岩地层钻孔测斜仪,以满足高达280 ℃高温、孔深3000 m的超高温干热岩地层钻孔轨迹测量的要求。通过试验应用,证明其在干热岩地层中具有良好的适用性,可助力干热岩资源的勘探和开发。     

大深度钻孔测量仪器隔热复合保温承压管设计关键技术

本文介绍的“大深度隔热复合保温承压管”主要解决超高温高压环境钻孔测量仪器耐高温高压问题。任务目标是攻克超高温高压环境下真空绝热保温、高水压密封分析校正等设计关键技术,研制出具有自主知识产权的大深度隔热复合保温承压管,使用环境温度可达260 ℃,环境压力130 MPa,保持真空绝热保温瓶内8 h温升<80 ℃,通过在高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探等工程中的应用,拓展应用领域,进一步提升仪器性能指标。试制的承压外管及保温瓶进行了高温高压试验,试验结果表明承压外管高温高压同时作用环境下工作是可靠的,保温瓶的保温能力亦能达到技术要求,证明该设计方法是合理的。     

存储式随钻测斜仪的研制

针对目前广泛使用的全方位钻孔测斜仪测量钻孔轨迹存在工序复杂、工作量大的问题,研制了存储式随钻测斜仪。该仪器主要由孔口监视器和测量探管两部分组成,可用于煤矿井下水平钻孔或定向钻孔无缆式随钻测斜,随钻测量并记录钻进方向的倾角、方位角;监视器在孔口与探管同步工作并记录钻孔深度;终孔后,监视器显示钻孔三维轨迹图。      

存储式光纤陀螺测斜探管研制

本文介绍的“存储式光纤陀螺测斜探管”主要解决超高温大井深环境下钻孔轨迹测量“测斜探管”问题,它包括钻孔各孔深井段倾角、方位角、工具面向角及温度的测量。目标是攻克光纤陀螺传感器温度漂移、光纤陀螺惯测组合井下环境适应性、仪器外场标定技术和误差分析校正等关键技术,研制的超高温钻孔轨迹测量仪,使用环境温度可达270 ℃,环境压力120 MPa,通过在高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探等工程中的应用,拓展应用领域,为超高温大深度钻井轨迹测量提供技术支撑。     

地质超深钻孔自寻北陀螺测斜仪研制

阐述了解决在高达280℃高温、孔深8000 m环境的地质超深钻孔自寻北陀螺测斜的技术问题。采用新型低功耗耐高温电子元件集成电路、隔热保温材料,利用高温焊接技术、密封技术、隔热保温技术及自寻北陀螺测斜技术,研制在高温、高压钻孔环境中既能保证质量又能保证安全的钻孔测斜仪以及研究相应的测斜工艺技术方法。     

耐高温高压复合保温管研究

耐高温高压复合保温管主要解决超高温高压环境下钻孔测量问题。为攻克超高温高压环境下真空绝热保温、高压密封等关键技术,研究的耐高温高压复合保温管为“超高温钻孔测量仪”提供一种耐高温承压管,使用环境温度可达270 ℃,压力120 MPa。通过室内测试与现场应用,说明其满足超高温高压要求,可应用于高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探等工程中,为超高温大深度钻井测量提供技术支撑。     

高精度连续测斜仪探管的原理及应用

北京中地英捷物探仪器研究所新研制的PSX-2高精度连续孔斜检测探管,采用三轴正交磁性传感器和两个正交加速度计传感器测量,其中加速度计传感器测量顶角,磁性传感器测量方位角,实时测量的信息及解算则依靠内部集成的24位模数转换单片机来完成。实地测井证明,PSX-2型孔斜检测探管可以在顶角较小时稳定的测量方位角,符合煤田测井行业对钻孔测斜仪提出的高精度、小体积、低成本的要求。     

动力调谐陀螺钻孔测斜仪的开发与应用

动力调谐陀螺钻孔测斜仪是一种新型精密测斜系统,它利用惯性导航技术来进行钻孔测量,该系统可以自动寻北,各测点之间数据没有关联,消除了以往陀螺测斜仪的累计误差,提高了钻孔测斜精度,适用于在有磁干扰的钻孔、钻杆和套管内进行轨迹测量.介绍了动力调谐陀螺钻孔测斜仪的构成、测量原理、特点及应用情况等.     

KDJ-1型磁性定向仪

KDJ-1型磁性定向仪，是采用罗盘磁针式测斜仪，对孔底定向工具及孔底直接定向方法等结合设计的直接定向仪器，即用测斜仪可直接测定孔内定向标记方向。该仪器采用了简易和经济的办法解决了直孔定向问题。一、用 途KDJ-1型磁性定向仪适用于非磁性矿区，直径56mm以上钻孔连续作用造斜器、偏心楔以及孔底动力钻具（螺杆钻，涡轮钻）的测斜定向。该仪器一次下井测量可同时测得钻孔方位角，顶角和造斜工具面向角三个参数。特别适用于解决钻孔顶角小于3°时的测斜定向，但也用于钻孔顶角大于3°时的测斜定向。该     

电缆湿接头在小口径定向孔中的应用

小口径地质勘探不断向深部发展,受地层条件、孔内事故和孔斜要求等因素影响,很多钻孔需要定向钻进施工。而小口径钻孔一般采用φ50、60 mm钻具无法满足随钻仪器的下入要求。通过技术攻关及数次现场试验和改进,研制成功了一套小直径电缆湿接头,较好地解决了小通孔钻杆随钻受控定向钻进的关键技术及难点。具体方案为：把测量探管和传输电缆分开,定向测量探管事先与钻具连接,随钻具下放到预定深度,电缆连接信号上接头由钻杆内腔下入,与探管顶部的信号下接头在钻井液中实现电气连接和信号传输,完成定向作业。该方法在国投新集杨村煤矿DF33断层地面探测及注浆工程和莲塘李井田煤炭勘探中进行了试验并成功应用。具有一定的推广应用价值。     

基于MEMS陀螺传感的测斜仪研制

针对目前矿井钻探的钻孔轨迹测量存在高温、高能耗问题,提出了间歇供电的无缆存储式测斜仪。硬件上采用MEMS陀螺仪和加速度传感器,软件上采用抗干扰、误差修正、温度补偿等校正措施。可用于地质灾害监测的成孔测量并记录方位角、倾角、工具面角、孔深等姿态参数。测量后,由上位机读出数据,显示轨迹图形。经仿真与模拟测试,该测斜仪具有功耗低、体积小、测量精度高、稳定性好等优点。      

基于DTS技术的菏泽地层导热性研究

为了确定山东省菏泽市某地区的地下热物性参数,本文基于线源热传导理论,将DTS技术与现场热响应试验（TRT）相结合,利用测温光缆对现场单U和双U地埋管加热（或冷却）过程的钻孔温度进行了分布式测定,对该地区每一地层的导热系数进行了计算。试验结果表明:利用DTS技术可在现场热响应试验中准确可靠地获得各个地层导热系数分布,评价各个地层的热交换能力;渗流对地层导热性具有显著的提高作用;双U管试验的测试结果比单U管试验所获得的结果更准确;受热量累积效应的影响,换能试验时间越长,所得到的导热系数越小,并逐渐趋于一稳定值。本研究成果可为地源热泵设计提供基本依据。     

冻土区天然气水合物钻井泥浆冷却系统设计及关键参数计算

泥浆冷却技术是天然气水合物钻探的关键技术之一,低温泥浆可以抑制天然气水合物在钻进和提钻过程中分解,有利于钻获水合物实物样品。新型天然气水合物钻井泥浆冷却系统主要包括载冷剂制冷器、翅片管式换热器、温度监测与记录和防冻装置4部分。制冷机组采用变频启动,减小了野外施工中配套发电机的功率,大幅度降低油料消耗;翅片管式换热器中泥浆与载冷剂对流换热,换热面积大,换热效率高;温度监测与记录装置对4个关键节点的温度进行监测和记录,同时防冻装置可防止泥浆在换热器中结冰堵塞,影响正常使用。运用传热学和流体力学理论对泥浆与载冷剂对流换热过程进行计算,在满足制冷要求的前提下,换热器换热面积是10.58 m2,管路压力损失为0.34 MPa。     

极地冰层回转钻进切削热量测试装置的研制

极地冰盖深部“暖冰”层钻进时,由于冰层的温度较高,接近甚至达到冰的压力熔点,回转钻进时产生的切削热量极易使冰屑融化,导致机械钻速慢、取心率低、卡钻事故频发。钻压、转速、切削具结构等参数均对切削热量有一定的影响,有必要设计一套实验装置对切削热量进行测试,从而为设计切削具结构、优化钻进参数组合提供理论依据。以XY-1型岩心钻机钻进系统为平台,利用无线信号传输原理设计了冰层回转钻进切削热量测试实验台。初步测试结果表明,该实验装置能够准确测量钻压、扭矩、切削温度等参数,可用来进行相关的实验研究。     

严寒地区地源热泵地埋管周围土壤冻结影响因素的实验研究

为了研究影响地埋管周围土壤冻结的因素,文章建立了模拟严寒地区热失衡状态下地源热泵冬季运行情况的实验装置。实验研究了进口流体温度、土壤体积含水率和土壤初始温度对地埋管周围土壤冻结的影响。结果表明:进口流体温度变化改善了埋管周围的温度场,有利于埋管换热器换热;随着土壤初始温度升高,减小了土壤物性参数的变化,增加了地埋管换热器的换热量;土壤体积含水率的增加,强化了周围土壤与地埋管换热器的换热作用,有利于提高地埋管的出口流体温度和取热值。     

基于导电塑料传感器的连续测角系统设计

介绍了一种基于双联导电塑料传感器可连续测角的数据采集系统,理论角分辨率可达0.1?。系统主要由低功耗单片机、0功耗串口电路及显示部分组成。单片机控制自带ADC12模块进行数据采集,采集完毕即进入低功耗休眠状态,并可由定时中断唤醒。通过对双联导电塑料传感器进行双通道数据采集及算法设计,不仅避免了传统光电编码器存在体积、质量大,对灰尘,电磁环境等条件要求高的问题,而且解决了传统导电塑料传感器无法实现0?～360?连续测角的难题。该系统具有精度高、功耗低、体积小、扩展性强的特点,在工业控制、智能机器人和状态监测等领域的角位移量测量中有重要的应用价值。     

多圈管冻结温度场特征分析及工程应用

多圈管冻结工法已在深厚地层井筒掘砌中广泛应用,但对多圈管冻结温度场需进一步深入研究。以某冻结井筒为原型,对关键层位开展冻结管无偏斜条件下的冻结温度场模型试验、进行冻结管偏斜条件下的温度场数值计算,同时利用温度场信息可视化软件对现场实测结果进行分析。将三种测试手段获得的结果进行比较,得出冻结管偏斜对冻结壁有效厚度影响较小,但对冻结壁平均温度、冻结壁交圈时间影响都很大,且容易在冻结壁内部产生密闭未冻承压水仓,造成冻胀力聚集,对冻结壁整体稳定性及井筒开挖不利。其结果可为多圈管冻结法凿井设计与施工提供参考。     

BG型钻杆排放设备的设计与应用

传统接卸钻杆多采用人工对扣、拖拽摆放方式,效率较低,工人劳动强度大。针对目前流行的可抬头式全液压钻机,设计了一种BG型自动钻杆排放设备,该设备通过机械手与夹持器2个机构与抬头式动力头配合完成钻杆的自动化接卸、摆放。详细介绍了机械手结构设计与回转驱动选型、夹持器结构设计与夹持油缸选型以及液压系统的设计思路,从理论上确定设备的可靠性。最后通过现场试验验证了BG型自动钻杆排放设备的实用性。     

拱北隧道管幕冻结法温度场数值计算

以港珠澳大桥珠海连接段拱北隧道为工程实例，研究管幕冻结法的温度场发展规律，基于二维多孔介质传热理论，采用有限元软件COMSOL对积极冻结期的实际工况进行数值计算，模拟结果通过现场实测验证，研究了温度场在异形冻结管开启前后的发展与分布规律。结果表明:冻结30 d时，实顶管完全被冻土包裹，并且顶管之间开始形成连续的冻土帷幕；冻结50 d时，空顶管被冻土完全包裹；冻结90 d时，实顶管和空顶管处冻土帷幕厚度达到2.0 m，满足设计要求。在异形冻结管开启前、开启后10 d内和开启后10~20 d内，两顶管间中点处温度测点的平均温度变化速率分别为-0.86℃/d，-0.88℃/d和-0.25℃/d，之后各测点温度趋于稳定，进而形成温度较为均匀的冻土帷幕。研究成果可为类似冻结工程提供技术参考。      

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置研发及应用

针对现有煤矿井下随钻测量系统信号传输必须依赖通缆专用钻杆而不能采用常规钻杆的技术限制,提出泥浆脉冲无线传输技术,以钻杆柱内环空间为信号传输通道,通过对孔内轨迹参数测量、泥浆脉冲载波信号传输、间歇工作模式设计与控制、孔口信号接收与解调处理等关键技术研究,研制了基于泥浆脉冲的矿用无线随钻测量装置YHD3-1500,并在山西晋城寺河和成庄煤矿进行了试验。试验结果表明:泥浆脉冲无线随钻测量装置信号幅度大、传输距离远、工作时间长、工作稳定性强。装置使用过程中不受钻杆限制,不但可提高钻孔深度,又可实现钻孔轨迹实时控制,进一步拓宽了定向钻进应用领域,具有极大的推广应用价值。