汶川地震断裂带科学钻探项目深孔取心钻探设备的研制与应用

深孔取心钻探设备是为满足汶川地震断裂带科学钻探项目（WFSD）3000m深部取心钻探需要而自主研制的我国首套科学钻探专用设备,包括KZ3000型全液压钻机以及深部钻探配套用高压泥浆泵和钻杆钻具等。该套设备集全液压、高速顶驱、大口径、深部取心于一身,具有综合能力强、工艺适应性广、操控智能程度高等特点,在WFSD-2孔深部取心钻探中,各项功能满足设计要求,应用情况良好。该套设备作为我国深部钻探装备的阶段性创新成果,在科学钻探、深部找矿和浅层油气钻采中,具有一定的推广价值。     

大陆科学钻探施工用钻探技术和施工战略

国外实施大陆科学钻探采用的钻探技术有地质岩心钻探技术，石油钻探技术，组合式钻探技术，以及前苏联和俄罗斯的具有鲜明特色的科学深钻技术，分别介绍了它们各自的技术特点及优缺点，并介绍了科学深孔和超深孔的2种施工战略，即超前孔裸眼钻进方法和双孔方案。     

超深涌水水平孔绳索取心钻具投送和打捞技术

为了精准查明拟建隧道沿线地质情况,通常采用水平孔绳索取心钻探技术。在超深涌水水平孔绳索取心钻进中,投放、打捞内管总成钻具和打捞器是施工中的难题。因此从研制专用水平钻机、选择大功率泥浆泵、封隔分流涌水、设计绳索取心钻具送绳器、定制专用内平绳索取心钻杆等几方面开展研究。全面分析了泥浆泵压力、钻杆内径大小、钻孔深度、钻杆的密封性、钻孔涌水量、涌水压力、孔壁间隙等因素对投送内管总成钻具和打捞器速度的影响,实现了高效、低成本、绿色钻探技术集成。经过精心组织,成功完成了千米级的大涌水水平孔绳索取心钻探施工,精准查明了隧道洞身段工程地质条件,取得了满意的技术效果,为隧道设计和施工提供了安全保障,也为超深涌水水平孔钻探提供了经验。     

5000米地质岩心钻机主绞车设计

为应对深地探测工程对特深孔地质钻探装备提出的新要求，“十三五”国家重点研发计划立项开展5000 m地质岩心钻机的研发。作为钻机核心部件的主绞车，需要满足自动化、智能化钻探需求。在调研了主绞车的研究发展现状基础上，借鉴石油钻机绞车的结构，确定了本主绞车运行参数及方案，并对关键零部件进行了设计与选型，完成了主绞车的设计。经过验算，主绞车运行参数能满足特深孔岩心钻探工艺的要求，并可以在地热、浅层油气探采等领域进行应用拓展。     

我国深孔地质钻探技术现状与前瞻——“危矿专项”深孔钻探技术综述

从钻探主、辅设备的选型配套,施工技术工艺的合理采用,生产组织管理,经济技术指标等各个方面,总结了我国在实施“危矿专项”中,295个千米以上深孔施工的地质钻探技术应用现状和施工工艺水平,分析了我国深孔地质钻探技术的发展前景。     

深部钻探关键设备选择原则及配置优化

钻探装备及工艺方法是钻探工程技术的核心,其中钻探设备又是实施钻探工艺的基础和硬件条件。施工中由于使用条件不同,则需要不同类型的钻探装备。所谓钻探装备是指完成一个钻孔所必b 需的钻机、泥浆泵、钻塔、动力、机具及其它技术装备的总称。通过分析设备配置对钻探效率的影响,对深部地质岩心钻探关键设备与机具的优选与配置展开讨论,提出了深孔岩心钻探关键设备优选的建议。     

BW250/50型泥浆泵修改情况简介

一、泵的主要技术性能和工作原理BW250/50型泥浆泵为卧式三缸往复单作用柱塞泵,它是衡阳探矿机械厂与原地质机械仪器公司设计院合作,在1964年至1965年设计制造成功的,主要用于中深孔岩心钻探,供配套600米、300米钻机使用,另外也可作为高山输水之用。其外貌见图1,主要技术性能见附表。     

5000米智能地质钻探技术与装备研发

深部钻探技术是解决深地探测科技问题的必要手段之一。本文主要介绍了“十三五”国家重点研发计划 “5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范” 项目方案，项目从构建大深度绳索取心钻孔口径系列、钻具级配、装备配置等入手，开展了钻进智能控制、钻机关键技术与装备、高性能绳索取心钻杆、小口径高效系列钻具、环保冲洗液体系与废浆处理技术、钻探技术装备集成与示范等研究，拟突破智能控制、自动化、轻量化与模块化等关键技术，形成以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探装备与技术体系，为我国深部探测计划提供技术与装备支撑。     

三缸往复式泥浆泵曲柄轴转速与噪音的关系分析

在地质矿产部标准《地质岩心钻探用往复式泥浆泵技术条件》DZ31-84(以下简称《技术条件》)和《地质岩心钻探用往复式泥浆泵试验方法》DZ32-84(以下简称《试验方法》)中,对泥浆泵噪音标准和测试条     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

NBB-390～52/11～8型变量泥浆泵的研制与应用

为了满足深层岩心钻探的需要,在分析了目前市场上现有同类泥浆泵的优缺点的基础上,提出了新型泥浆泵主要应解决的问题;介绍了NBB-390～52/11～8型变量泥浆泵的主要组成部分、特点、技术参数以及试验情况。     

GK-15型地质岩心钻探泥浆固控装置研究应用

固相控制装置在石油钻井中应用比较广泛,已实现系列化、标准化和专用化。地质岩心钻探在深度、口径和工艺等方面不同于石油钻井。因此,石油钻井固相控制装置不适合在地质岩心钻探施工中使用。GK-15型地质岩心钻探泥浆固相控制装置是在综合石油钻井固相控制装置特点的基础上,结合地质岩心钻探工艺的需求,把振动筛、清洁器和离心机通过管路联接,构成封闭的泥浆固相控制装置,实现泥浆的制备、循环、固相控制和储备。介绍了GK-15型泥浆固相控制装置结构、性能参数以及取得的使用效果。     

地质岩心钻探现场泥浆专家系统设计

根据当前地质岩心钻探泥浆使用的技术要求,讨论了满足现场使用的泥浆专家系统的设计方法。建立了以地层分类为基础、以工程实例为依据的泥浆配方推导模式。构建了专用于本系统的地层信息数据库、配方实例数据库以及材料信息数据库等。可根据现场施工钻遇的不同地层,通过本软件迅速查询相应的工程实例配方和使用经验。同时,还可以查询相应泥浆材料的介绍、推荐加量、生产厂商等信息,以便更好地满足施工现场的需求。     

山东商河地区地热井钻效分析

商河县地热井资源丰富,蕴藏量巨大,其热储含水层主要为新近系馆陶组以及古近系的东营组。通过区内施工的4个地热井的钻效分析,认为：①采用电动机作为动力的4#地热井施工工期明显优于其他3口采用柴油机作动力的;②本区构造较简单,断层稀少,分阶段使用PDC钻头可以将施工工期大大缩短;③泥浆泵的泵量达到或接近钻孔的环空最低上返速度时,可有效携带岩屑,建议泥浆岩屑上返速度不低于0．5m/s;④使用Ф127mm钻杆代替Ф89mm钻杆,可使钻杆的抗扭强度增加,保证施工的安全;⑤地面使用泥浆罐配备除泥器间断性除泥,保证泥浆液面高于泥浆泵阀室,泥浆靠自重流入泥浆泵阀室内,降低了泥浆泵从循环沉淀池抽吸功耗与节省吸人阀磨损。对比结果可为该区进行地热井施工提供借鉴。     

泥浆在钻井中的使用一般原则及现场调配

北京地区生产水井钻井泥浆现状,还是以细分散泥浆体系为主的。通过一口地质条件较为复杂的地热井改细分散体系泥浆为共聚物体系泥浆的对比,揭示了泥浆工作在钻井工程中的重要性。阐述了泥浆使用要保证安全、高效、经济的原则及要注意的技术要求,要结合地层岩性、现场设备条件、钻探工艺、孔深孔径和井身设计要求等综合考虑。分类列举了针对北京地区不同地层如松散回填层、第四系砂卵石层、第四系粘泥层、完整基岩稳定地层、水敏性地层、漏失地层等所应选用的不同泥浆体系,进行了理论分析。强调不同的泥浆体系一定要与地层岩性相匹配,根据地层选择合理的泥浆体系是钻井工作能否顺利、高效完成,甚至是钻井成败的关键。对泥浆工作的现场调配与使用从试验、调配到安装布局做了原则总结,较全面的论述了现场泥浆使用中要注意的各种事项。     

ROCK-600型钻机在小秦岭金矿田勘探中的应用

ROCK-600型钻机是一款适合地质勘查需求的便携式钻机,适用于金刚石绳索取心等多种钻探工艺方法。以河南省小秦岭金矿田观音峪矿区钻探施工为例,介绍了ROCK-600型钻机的使用情况,根据矿区地层条件及钻孔设计要求,合理地选择了钻压、转速及泵量,提高了钻进效率,并对钻机在钻进作业过程中存在的不足提出了一些改进建议,以便该钻机能在不同矿区应用中发挥更大的作用。     

漠河冻土地区天然气水合物钻探施工技术

天然气水合物是一种清洁的潜在资源,漠河冻土地区为天然气水合物的形成提供了有力的条件。根据当地的地质条件和水合物勘探开发的技术要求,确定相应的钻孔结构和钻进技术参数,合理选择了钻探设备。钻进过程中运用低温泥浆、泥浆冷却技术、大直径绳索取心钻进工艺,快速获得岩心,从而减少水合物的分解,为以后该地区天然气水合物的勘探提供了经验。阐述了漠河冻土地区天然气水合物钻探施工中的钻进关键技术。     

ZDY25000LDK智能化定向钻进装备关键技术研究

利用顺煤层、顶板高位钻孔抽采煤层气是当前煤矿井下煤层气综合治理最直接、有效的方法。提高定向钻孔钻进速度和起伏变化大、薄厚不均煤层中的钻遇率,降低施工人员劳动强度,提高钻孔事故预防能力,适应煤矿智能化发展需求,满足煤矿井下长距离定向钻孔施工的智能化钻进装备是当前煤矿井下钻探领域亟待解决的重要问题。基于地质导向和旋转导向钻进施工对钻机精确控制的实际需求,以及煤矿智能化发展的迫切需要,提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下长距离定向钻进装备自动化控制和分体紧凑布局设计的集成化解决方案。重点解决总体紧凑布局设计、关键执行部件设计、自动装卸钻杆技术、防爆电液控制技术、大流量泥浆泵单元设计等设计和技术。研制的ZDY25000LDK智能化定向钻进装备,实现了长距离定向钻进施工过程中自动化装卸钻杆控制、智能化定向钻进施工、参数实时监测以及典型故障智能诊断与预警等功能,使定向钻进装备的智能化水平得到全面提升,为旋转导向和地质导向施工,以及“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了可靠装备保障。      

泡沫泥浆钻进工艺及护壁堵漏机理研究

介绍了所研制的ＤＦ－１型泡沫剂组分及性能；对泡沫泥浆钻进的配方进行了研究，得出的最优配方应用于现场，取得了较好的效果，并对泡沫泥浆的护壁机理进行了研究。     

BW1200型泥浆泵在地热井施工中的应用

简要介绍了BW1200型泥浆泵的性能参数、结构特点，以及在河南周口施工地热井的使用情况。