深海硬岩连续取心钻头的研制

气举反循环技术是一种可用于深井硬岩地层的高效钻进技术,不受地层裂隙、溶洞影响,排渣彻底。通过研究专用的连续取心钻头,可实现深海硬岩的连续取心作业,提高深海硬岩钻井效率及取心率,为深海钻探提供一种全新的取心方案。本文从牙掌选型、卡断器结构、岩渣及岩心通道优化设计等方面进行研究,提出了连续取心钻头的设计方案,并试制加工钻头。在地热井中进行了验证性应用,灰岩地层、砂岩地层取心率可达80%以上,高于大洋钻探统计取心率。陆地验证性应用为该技术方法在海洋取心钻探中的应用奠定了技术基础。     

大口径硬岩钻凿技术现状与研究方向

大口径钻凿是一个技术难题,尽管国内外科学家和工程技术人员研究思路及方法较多,并取得了一定效果,但是,仍然存在着各种问题和不足。笔者对目前国内外研究现状作了简要综述,并结合国情对其研究方向和思路提出了自己的观点。     

大洋钻探与海底矿产

深海钻探与大洋钻探发现的许多古海洋事件和古环境变化，控制着海洋矿产的形成与分布，并为研究海底成矿作用提供了大量科学资料，大洋钻探及其他有关研究已经证明，南极底层水和上升流的发育，硅质生物的高生产力，以及始新世、渐新世、中新世与上新世的沉积间断，都有利于多金属结核，富钴结壳和磷灰石的形成。因此，深海钻探和大洋钻探对于海洋成矿理论有重大贡献。     

硬岩钻进用石油钻头研究现状及发展趋势

能源与矿产的持续安全供给是经济快速增长的保证,而中硬岩层钻进一直限制着油气钻井向深部发展。针对硬岩地层钻进,地质行业主要采用金刚石钻头钻进,而油气钻井行业除按传统方法采用牙轮钻头和金刚石钻头钻进之外,也逐渐开展了PDC钻头钻进硬岩的研究。本文分别介绍了牙轮钻头、金刚石钻头和PDC钻头在油气勘探硬岩钻进中的应用研究现状。其中,牙轮钻头研究主要集中在增强轴承密封性能、改进布齿结构和提高切削齿强度三个方面,而金刚石钻头研究则集中在碎岩机理、金刚石参数和胎体性能,以及钻头结构三个方面。提出了三类钻头的研究方向和发展趋势,为硬岩钻探技术发展提供参考。     

中硬岩石水力反循环连续取心钻探工艺的研究与应用

１概述水力反循环连续取心钻探技术是近代岩心钻探的一项新技术,该技术利用双壁钻杆把冲洗液（清水或泥浆）经内外钻杆的环隙输送到孔底,然后,把随着钻进的进行而产生的岩屑和岩心经内钻杆的中心通道携带至地表,从而实现了无须停止钻进和提出孔内钻杆就能连续获得所需...     

海洋水合物钻探取心与处理现状分析

在海洋水合物钻探领域,大洋钻探计划(ODP)204和综合大洋钻探计划(IODP)311航次最具代表性和影响力,而国内对于这两个航次中的水合物岩心获取、处理和分析方面的介绍和分析比较少。本文结合国内水合物勘探总体情况和岩心处理分析技术研究现状,介绍和讨论了ODP204和IODP311航次岩心处理分析技术,对后续我国海洋水合物的勘探取心技术发展提出了几点建议。     

PDC钻头在中硬岩钻进中的应用

PDC钻头是在高温、高压下由人造金刚石与硬质合金一次合成的超硬材料制成的一种新型钻头,具有强度高,耐磨,抗冲击性强、出刃大等特点。以某勘探区为例,介绍该钻头的应用情况,并与普通硬质合金钻头进行了时效和成本的对比,从对比结果来看,使用PDC钻头钻进效率比合金钻头钻进效率提高57%-69%,钻头成本比合金钻头降低61%-67%,同时还对PDC钻头如何钻进破碎带进行了探讨,并对该钻头在使用中的注意事项进行了说明。     

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。     

大口径硬岩钻探技术在中国大陆科学钻探工程中的应用

阐述了勘探技术研究所大口径牙轮钻头全面钻进技术和金刚石提钻取心、液动锤钻进技术在中国大陆科学钻探工程科钻一井先导孔中的应用。     

煤矿井下硬岩定向钻进螺杆马达选型及试验

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进效率,在分析硬岩定向钻进螺杆马达要求的基础上,选择了4种不同类型的螺杆马达在陕西韩城桑树坪煤矿进行井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,四级7︰8头螺杆马达和五级5︰6头螺杆马达在定向钻进硬岩时,其平均机械钻速分别为2.52 m/h和2.15 m/h,累计纯钻进使用时间可达550 h。这2种类型的螺杆马达表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层。     

北美地热井高温硬岩钻井技术

近年来,在全球能源转型的大背景下,高温地热发电得到世界各国极大的重视,前景广阔。要实现对高温地热能源的开采,采用的钻井技术是关键。北美从20世纪50年代开始,对地热能源商业化开采、并用以发电的技术进行了持续性的研究和试验。在高温硬岩地热钻井技术上形成了完整的体系,比如高温地热井设计与井筒完整性技术,高温、超高温坚硬岩石钻头设计与生产技术,高温井底动力钻具,高温井下测量工具,高温泥浆与堵漏技术,高温水泥浆体系以及高温井控技术等。本文结合作者在国内地热井钻完井及北美地热井的工作经验,概要介绍北美的地热钻井技术现状、地热钻井技术难点以及与之相关的关键技术。     

高温硬岩空气潜孔锤钻头设计

干热岩试验性开发井钻井施工,在高温硬岩的地层条件下,如何实现高效钻进仍存在很多技术难点。空气潜孔锤钻进技术是解决硬岩地层钻进的有效方法之一,潜孔锤钻头是空气潜孔锤钻进的关键器具。根据青海共和干热岩GH-01井空气潜孔锤钻进技术应用情况,分析探讨了空气潜孔锤钻头断齿、掉齿、磨损严重、使用寿命短等问题,从钻头结构设计、钻头材料选取、钻头冷压固齿工艺等几个方面对空气潜孔锤钻头进行了优化。固齿优化过程中采用有限元分析方法,对钻头冷压固齿过盈量进行仿真分析计算,根据分析计算结果确定最优固齿过盈量。通过对潜孔锤钻头结构、材料、加工等优化,为适用于高温硬岩的空气潜孔锤钻头研制提供了借鉴。为提高空气潜孔锤钻进综合效率,为干热岩钻探开发提供了技术支持和技术储备。     

潜孔锤-旋挖组合钻进技术在硬岩桩基工程中的应用

旋挖钻进技术具有经济、快捷、环保等优点,在桩基工程中得到广泛应用,但常规旋挖钻机在钻凿硬岩（抗压强度>80 MPa）时,进尺非常缓慢。为解决采用旋挖钻进技术钻凿硬岩时进尺缓慢的问题,考虑到潜孔锤具有对硬脆性岩石施工速度快的优点,探索将潜孔锤与旋挖钻机组合使用。基于官井基地滑坡治理工程中抗滑桩的施工,对潜孔锤-旋挖组合钻进成孔技术进行介绍,对其碎岩成孔机理进行分析,验证了潜孔锤-旋挖组合钻进成孔技术的可行性,可为硬岩桩基工程的施工提供有益参考。     

KT178型取心钻具在共和干热岩钻井中的应用

共和干热岩资源富集于花岗岩地层,硬度高,研磨性强,部分层段裂隙发育,取心困难。针对干热岩地层和取心需求特点,研制一套KT178取心钻具,并配套设计了孕镶金刚石取心钻头。该钻具为单动双管取心钻具,可配套井底动力钻具使用,设计中注重对钻具外管、卡簧等关键部件的强度校核。在GH-01井和GH-02井中,经过两轮实验和优化,钻具逐渐成熟,获取了较完整的岩心样本,满足干热岩勘探取心要求,具备了向页岩气、水资源勘察等具有间断取心需求的同类工程推广应用的条件。     

硬脆性辅料对孕镶金刚石钻头钻进性能的影响机制

以改善金刚石钻头的使用性能为目的,向钻头胎体中添加不同量的碳化硅颗粒,并采用室内钻进试验的方法,研究碳化硅及其添加量对钻头性能的影响机制。结果表明：与常规钻头相比,添加质量分数为5.5%的碳化硅颗粒,其钻进效率提高了55.14%;胎体中的碳化硅颗粒有利于改善钻头胎体的微观磨损形貌;残留于孔底的碳化硅颗粒有利于改善冲洗液对胎体的冲蚀效果,以及提高对胎体中单颗粒金刚石的修锐效果。     

施工爆破对确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的影响研究

确定海底隧道的最小岩石覆盖厚度是在确保海底隧道安全的基础上减少工程造价的关键。施工爆破对上覆岩石的振动影响着海底隧道最小岩石覆盖厚度的确定。采用FLAC3D模拟了宁波海底隧道钻爆法施工对上覆岩层的动力学影响,分析了海底隧道的底板标高和装药量对上覆岩层交界面的稳定性影响,得到了振动速度、应力波动历时曲线和塑性区大小。通过与萨道夫斯基公式计算结果的对比,综合经济、安全方面的考虑,建议降低装药量,底板线下降2 m。     

复杂地层用绳索取心钻具的研制

常规绳索取心钻具在复杂地层钻进时,岩矿心采取率会降低的原因主要有2个：一是钻具防水性能差,遇到松散软的地层时,岩心没有进入岩心管时就被冲洗液冲蚀掉了;二是钻具防岩心脱落性能不好,遇到硬脆碎地层时,虽然岩心能够进入岩心管,但卡簧对破碎的岩心卡固不牢,很容易脱落。复杂地层用绳索取心钻具是以解决这两大问题而设计的,并使绳索取心钻进的优越性得到充分的发挥。