钻井液连续循环钻井技术及自动化装备设计

钻井施工中,拆装钻杆需中止钻井液循环,但钻井液循环中止会导致孔内岩屑下沉、钻井液当量循环密度浮动变化,进而影响孔内安全。为避免上述情况的发生,钻井液不间断循环钻井技术的构想被提出。通过连续循环系统或连续循环接头进行钻井液分流,避开钻杆拆装部分,维持井内的钻井液循环,稳定钻井液当量循环密度。针对该技术原理,提出了一种自动化的钻井液不间断循环井口设备,通过背钳、自动钻井液切换系统和传扭动力卡瓦的配合,可实现钻井中拆卸、接装单根时钻井液不间断循环,有效避免因钻井液静置、沉砂过多导致的钻孔安全问题。     

旋挖钻机在人工开挖岩层矩形抗滑桩的应用

由于矩形抗滑桩自身抵抗弯矩最优的特殊性质,在岩土工程施工设计时被广泛采用。常规的矩形抗滑桩开挖只能采用人工开挖,效率低下,周期长,安全隐患大。在三星滴水岩滑坡路段恢复整治工程实践中,采用旋挖钻机来辅助开挖,极大地提高了开挖效率和缩短了人工井下作业周期,减少了安全隐患和风险,为以后类似项目安全和高效地施工提供了较好的参考价值。     

地质钻探废弃冲洗液固化处理技术研究及应用

在地质钻探废弃冲洗液无害化处理过程中,经固液分离后的废弃固相主要由大量磨细的岩粉和细砂构成,但含水率较高,还含有大量的有机物和重金属离子等有害物质。针对地质岩心钻探废弃固相的固化问题,首先从P.O42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰和石灰3种固化主剂中优选了水泥作为主剂,而后通过正交实验确定了固化剂基础配方为：25% P.O42.5普通硅酸盐水泥+2% PF-3型促凝剂+3% RES-1型复合早强剂,并通过极差分析进行了验证,然后进行了支撑剂加量的确定,7%支撑剂加量既能有效增加固化强度,又不会增加搅拌难度。最后将固化剂配方应用于YK11-2井废弃冲洗液处理野外试验中,固化后的固化体抗压强度达1.41 MPa,各项污染指标和重金属离子符合国家二级排放标准,取得了较好的处理效果。     

浅海伸缩套管钻探工艺研究

浅海取心钻探中钻遇易坍塌地层时,需要下放套管封隔地层,保证泥浆循环,换径继续钻进。现有常规下套管方法为使用带有钻台层甲板和套管层甲板的钻井船进行下放套管作业,部分无套管层甲板钻井船在遇到必须下套管的工况时,需临时搭建套管层平台进行下放套管作业,但受钻机和钻具体积及质量的限制。为解决无套管层甲板的钻井船在海洋钻探取心时需要下入套管的难题,设计了一种海洋钻探下入多层套管的工艺方法,利用可伸缩套管及相关设备,在海底井口与小型钻井船之间建立泥浆上返通道,封隔不稳定地层,实现泥浆回收循环及钻具升沉补偿。在钻井过程中,伸缩套管还可以起到导向定位的作用,防止潮差水流流速变化影响钻具下入,为浅海钻井节省时间和成本。     

射流式液动冲击器在ZK01-2井提速应用研究

在深部地热开采中所钻遇的花岗岩地层,由于其硬度高、研磨性强、致密、可钻性差,致使钻进效率低、钻头消耗大、钻探周期长、成本高等。在“张家口地区地热资源调查评价”项目ZK01-2井施工中,为提高钻探效率,降低钻探周期与成本,采用了射流式液动冲击器配牙轮钻头的钻进方法,在硬岩地层中实现了高效破岩的应用效果。钻进过程中还对排量、钻压、转速等多种钻井工艺参数进行了优化分析,并进行了多次现场试验验证。应用结果表明,硬岩地层在进尺相同的条件下,采用射流式液动冲击器提速钻进比常规普钻效率提高了30%以上,大幅提高了硬岩地层的机械钻速,有效提升了钻探效率,起到了高效破岩的作用,为花岗岩等硬岩地层提速增效提供了重要的技术支撑。     

东海西湖井身结构深度优化技术及其应用

东海西湖地区深部地层具有研磨性强,可钻性差,机械钻速低,且存在异常高温高压等特点。通过不断探索、实践井身结构优化技术,形成了东海近几年较为固定的探井井身结构。但表层?444.5 mm井眼再加速遭遇“瓶颈”,常压深井井身结构仍有优化空间。随着东海钻井技术的不断进步及油气资源勘探开发的需求,水平井及大斜度井的数量在不断增多,而开发井?215.9 mm井眼水平段?177.8 mm尾管下入困难。因此,需要进一步对东海西湖凹陷区域井身结构进行深度优化。针对以上难点,研究形成了表层井眼尺寸优化技术、深井井身结构简化技术及开发井尾管尺寸优化技术。现场试验应用表明,钻井提速效果明显,为后续井的井身结构继续优化奠定了基础。同时也降低了深部井段复杂情况出现的概率,增大了探井套管和井眼环空间隙,为后续作业提供了便利,也为复杂地质条件下深井和超深井的井身结构的设计提供了新的思路。     

革新钻井液技术以促进干热岩产业化开发

我国干热岩资源丰富,利用系数高,可为电力提供稳定基础荷载,被认为是能够担负起能源革命重任的可再生清洁能源,其规模开发对我国实现“碳达峰和碳中和”具有重要意义。然而,经历近半个世纪,目前世界范围内仅有少量利用EGS技术开发的干热岩示范项目有微量发电,实现产业化目标尚有许多技术瓶颈。通过研究EGS开发过程和钻井液技术,笔者提出：EGS钻井过程中存在钻井液漏失。因此,钻井液组分自身、钻井液与岩屑或井壁岩石、钻井液与热储裂缝表面岩石,在高温高压下会发生各种理化反应,生成新的物质。这些新的物质可能会沉淀在井壁和裂缝表面,甚至可能与井壁或裂缝表面岩石固结成一体,降低裂缝的有效空间,甚至封堵裂缝,且难以清除,使热储导流能力极大降低,难以达到发电要求的流量。因此,革新钻井液技术理念,研究EGS高温高压环境下钻井液组分和岩屑与温压之间的相互关系及其对钻井液性能的影响,利用先进的计算机数据统计、分析和计算技术,对钻井液性能、钻井液在井筒的流动特性以及钻井液与热储岩石的配伍性进行精准预测和控制,避免或减少钻井液漏失以及钻井液在热储环境下与岩石的反应,消除钻井液对热储伤害,提高渗透率,可能是干热岩产业化的技术突破。     

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。     

超长套铣筒在鄂尔多斯盆地铀矿钻探施工处理埋钻事故中的应用

在历年的钻探施工中,由于地层原因造成埋钻或处理烧钻、卡钻时间久衍生埋钻事故,使用常规的套铣方法处理,工人的劳动强度大,公锥等材料消耗多,并且成功率低,容易产生弃孔损失。本文介绍了使用超长套铣筒处理鄂尔多斯盆地铀矿钻探中埋钻等孔内事故的方法,可大幅度缩短处理事故的时间,降低工人的劳动强度,提高机台的本质安全度,降低报废钻孔的概率,为今后钻探施工中处理埋钻等孔内事故提供一种比较快速、安全的处理方法。     

平顶山北地热示范区PBR01井钻探技术研究与分析

为打赢大气污染防治攻坚战和燃煤替代任务,平顶山市市委市政府委托河南省有色金属地质矿产局组织开展平顶山地区地热勘查开发工作。根据对区域地质情况和地层特点,河南省有色金属地质矿产局自行设计并组织施工了平顶山北地热示范区PBR01井。文章从钻探设备选型、施工工艺选择、钻井液配置等方面介绍了项目设计和施工的全过程;通过钻井的施工,解决了本地区大口径深孔钻进难题,为本地区后续开发应用起到了良好的示范作用;通过对钻时曲线的分析,掌握了本地区不同地层钻进效率情况,提出了提高大直径硬岩钻进效率的方案。