灌浆工程钻孔施工随钻参数采集检测与监控系统探究

水电工程灌浆钻孔施工过程中对单个或多个位置孔的钻孔、成孔以及灌浆的工作参数进行实时检测、监控是很重要的。本文结合各项钻进参数检测,探讨了配套立轴式钻机钻探装备的钻进参数检测与监控系统,介绍了各过程参数的检测原理和方法,并通过实际施工试验改进提升;该系统适应性好,功能基本满足数字化采集、显示以及输出并能进行一定程度的信号预处理以达到“可视化”钻进的基本条件。     

煤层水平井中随钻电磁波仪器影响因素分析及电阻率模拟计算

为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素,通过有限元数值模拟研究顶底板围岩电阻率、仪器偏心、煤层井眼垮塌和煤层厚度等因素对电阻率测量值的影响,分析高阻煤岩地层条件下幅度比和相位差计算的电阻率响应规律。在此基础上,建立三层地质数学模型,模拟不同发射频率情况下随钻电磁波仪器钻进煤层时,幅度比和相位差电阻率计算解析解和数值解的差异,以及煤层相对介电常数对幅度比和相位差计算的影响。模拟结果表明:幅度比和相位差计算的电阻率解析解和数值解符合度很高,但当电阻率大于100 Ω·m时,幅度比电阻率已经不能反映煤层的真实电阻率,所以在实际处理解释过程中用相位差电阻率要好些;高阻煤层不同发射频率情况下,电阻率数据主要对煤层电阻率敏感,对介电常数不敏感,只有在超高频时,介电常数才会对电磁波传播造成较大影响。      

贯通式风动潜孔锤反循环钻头结构流场的分析与结构优化

简要介绍了流体力学计算软件，详细阐述了运用该软件分析取心钻头内外流场的原理和步骤，通过仿真分析GQ-89贯通式风动潜孔锤反循环取心钻头周围的流场，优化设计了钻头的反循环结构参数，取得满意效果。     

泡沫钻进流体循环用消泡器设计与数值模拟分析

高效、经济、环保的消泡技术是泡沫钻进流体循环利用的基础。根据气体引射器原理,设计了一种新型旋内喷式机械消泡装置,以压缩空气为动力介质,联合真空负压、冲击剪切、充气饱和及减速增压扩散4种作用方式快速消泡,实现泡沫流体的循环利用。利用计算流体动力学软件FLUENT对消泡器内部速度和压力流场进行了数值模拟分析,结果表明：旋内喷式消泡器内部产生两个相邻重叠的真空负压区域,能够对外界流体产生巨大的抽吸力,抽吸量是入口压缩空气质量流的1.6倍左右;当入口压缩空气的质量流为0.1 kg/s时,消泡器中心最大负压值达到了21 kPa;在交汇式喷射孔的多股射流交汇碰撞点附近,由于速度的提升,形成了一个更大的负压区域,对消泡产生积极作用。     

封隔器式膨胀管护壁技术研发与应用

基岩复杂地层因其地层稳定性差,易出现塌孔、掉块、缩径和漏失等问题,严重影响着水井钻探工程质量和钻探效率。膨胀管技术是解决复杂地层护壁技术难题的有效措施,但常规的膨胀管技术成本高、工艺复杂,不适用于水井钻探成井工作,基于此开展了封隔器式膨胀管技术研究工作。该技术使用封隔器作为膨胀机构,使薄壁金属管在目标层段胀开并紧贴井壁,达到护壁、堵漏和套管补贴的目的。本文介绍了膨胀管系统研发与施工工艺,并实施了膨胀管护壁与套管补贴修复现场试验,实现了膨胀管技术在水井钻探成井领域中的首次应用。     

冲击器射流元件内部流场CFD模拟仿真分析

利用CFD数值模拟手段,对射流元件内部流场进行模拟,并对数据进行分析研究,得出结论为：在空载作用下,元件在一侧出流。赋予不同的主喷嘴流量,元件的属性各参量变化不大,可见,元件结构既定,元件射流附壁属性基本确定。该模拟仿真分析丰富了射流元件内部流动的理论研究,完善了参数设计,这对射流式冲击器的设计理念和理论研究有很好的指导意义。     

保径导向扩孔钻头的设计及其工程应用

岩心钻探中,在砾石（漂砾）等破碎地层采用常规三翼扩孔钻头扩孔时,常出现憋车和卡钻现象,且扩孔效率低。为此,设计了具有导向和保径功能的扩孔钻头。新设计的扩孔钻头在宁夏灵武一个综合地质孔进行了应用,扩孔效果良好,平均扩孔效率3.5 m/h,形成的新孔眼与原孔眼同轴度高,孔径规则,下套管顺利,对第四系破碎地层进行了有效分隔,保障了后续取心钻进和物探测井的顺利进行。     

宾汉钻井液圆管轴向层流压降的数值计算

在计算宾汉钻井液在钻具中的层流压降时,需要求解一个非线性方程,以往通常使用近似公式进行计算。对于求解这个非线性方程,提出了一个数值迭代算法,并对该算法的收敛性进行了证明,给出了最大迭代步数的上限值。理论分析和大量实际算例表明：本文算法具有非常稳定的收敛性和非常快的收敛速度,并且能够给出压降的精确计算值。     

针对海底钻机硬岩钻进的绳索取心钻具关键机构优化

为了提高在硬岩钻进的绳索取心钻具工作的可靠性,从提高单动机构的单动性能和悬挂机构的工作可靠性两方面着手,对钻具的单动机构展开结构优化并利用ABAQUS仿真分析手段对悬挂机构进行模拟硬岩拔取仿真分析。结果表明:经改进后的钻具单动机构尺寸合理,结构更为紧凑,有利于钻具总长的缩短,同时提高了对芯轴定心效果以及防海水腐蚀性好的特点,满足海底钻机的使用工况;改进后的悬挂机构能够降低在拔心过程中由于悬挂环和座环塑性变形相互咬合失效所造成的内管总成无法顺利打捞的风险。     

豫东地区中深孔厚覆盖地层钻探套管护壁和泥浆护壁效果对比

阐述了河南省新蔡县焦庄铁矿预查钻孔施工工艺和河南省睢县煤矿预查太康县煤孔施工工艺,通过对比2个矿区施工的经验教训,分析了套管护壁和泥浆护壁在豫东地区的适应性。     

高原铁路冻土区低温环保钻井液体系设计与循环过程温度场分析

川藏铁路位于高原高寒高山峡谷地带,沿线冻土覆盖率高达80%,环境生态脆弱。在地质勘察钻探施工中,钻井液不仅要有良好的耐低温性和流变性,还要满足环保性要求。本文以钠膨润土为钻井液造浆材料,NaCl为防冻剂,CMC和生化黄腐酸钾为降滤失剂,黄原胶为增粘剂;根据正交试验优选出0、-5和-10 ℃地层温度条件下的钻井液配方;利用ANSYS模拟软件对不同温度下钻井液在钻进循环过程中的温度场分布进行模拟;还设计了一种环保钻井液材料包。试验结果表明,优选的钻井液配方在低温条件下的流动性、动切力和粘度等方面性能良好,同时经济性和环保性也满足现场施工要求;模拟结果表明优选的4种低温钻井液在各自“适用温度”条件下防冻效果良好,安全系数高,能保证钻进过程的正常进行。     

反循环钻头内部流场流量分配关系的建立

通过简化空气反循环钻头体内部流场特性,运用空气动力学与流体力学知识对钻头体内流量分配关系首次进行计算,得到了相应的流量分配方程式。可以看到,所列方程组具有唯一的解析解,该研究将有效确定钻头结构相关参数,且为确定空气反循环钻头在钻井过程中钻头体内各点处流场特性提供帮助。     

河流峡谷区地下水温度异常特征分析

河流峡谷地区特有的地形地貌、地质特征等自然、地质条件使得这些地区的地下水温度场表现出了异常的现象。以金沙江上游溪洛渡水电站峡谷区为例,采用数值模拟、类比和回归等方法对电站峡谷区地下水温度场作了系统的分析,探讨了河流峡谷区地下水温度场异常的机理,实例分析表明:溪洛渡峡谷区地下水温度异常是由于区域循环地下水流经过深部加温后在排泄处表现出来的正常现象,并非活动构造形成的,在该区选址建坝是可行的。     

海底钻机的高可靠绳索取心钻具的结构优化与仿真分析

以提高绳索取心钻具在海底钻机上应用的工作可靠性,依据海底环境的特殊性,从提高单动机构的单动性能和悬挂机构的工作可靠性两方面着手,对钻具的单动机构展开结构优化并利用ABAQUS仿真分析手段对悬挂机构进行数值仿真分析。结果表明：经改进后的单动机构能够抑制海水的腐蚀效应,改善芯轴的定心效果,提高运转灵活性;经改进后的悬挂机构能够降低在频繁使用过程中其关键零部件发生塑性变形的风险,提高悬挂机构的工作可靠性。研究成果可为相关钻具设计提供理论支撑。