金刚石钻进微钻法岩石可钻性分级的探讨

岩石可钻性的分级是确定生产定额、设计钻头和选择最佳参数的依据。本文论述了作者在实验台上用微钻法进行岩石分级的研究成果。该实验台是自行设计并可以同时自动记录9个钻进参数的一种装置,微钻法可以很好地表示在两向力同时作用下,岩石破碎过程的主要力学特征。岩石抗破碎阻力是岩石机械性质的综合反映,因此,以往用单一的性质来进行分级并不完善,用微钻法进行分级、经野外实践,符合率可达85％以上。     

测井资料在钻速预测中的应用研究

在分析了国内外钻速预测研究现状的基础上,选择了岩石可钻性法来对胜利油田东营凹陷钻速进行预测研究,建立了声波预测钻速的钻速方程,并利用现场资料对钻速方程进行了验证,同时进行了２口井的钻速预测,预测精度达到９０％以上。     

金刚石钻井岩石可钻性研究新方法

在比较了现有岩石名钻性研究方法的基础上，选择实验室微钻法来研究金刚石钻井岩石可钻性，并选用综合参数（ｈ／Ｐ）／ｑ作为岩石名钻性指标，通过室内微钻试验，表明该参数确定岩石可钻性更为合理。     

金刚石钻进岩石可钻性研究新方法

摘要在比较了现有岩石可钻性研究方法的基础上,选择实验室徽钻法来研究金刚石钻进岩石可钻性,并选用综合参数(h/P)/q作为岩石可钻性指标,通过室内微钻试验,表明该参数确定岩石可钻性更为合理。      

使用掘进机条件下岩石可钻性的试验研究

本文根据岩石掘进机的破岩特点,阐述了岩石的物理力学特性及其赋存状况对大断面群刀破岩可钻性的影响;并根据现场实测资料分析,提出了以地质条件为基础,按照岩石的坚固性、完整性、磨砺性综合划分岩石可钻性分级的初步方案。     

基于岩石可钻性分级的月壤可钻性初探

在分析"Apollo"和"Luna"月表实钻进取心对象的基础上,依据相关的概率分析结果,得出在月表钻进遇见岩石的几率≤5%,月表钻进对象是月壤的可能性为95%;分析了月壤的物理力学特性,确定月壤的内摩擦角和内聚力是影响月壤可钻性的主要特性参数,基于岩石可钻性模型建立了以内摩擦角和内聚力为主要参数的月壤可钻性的初步模型;对"Luna"与"Apollo"的月表钻探取心在钻进方法、钻头材料、钻进深度和钻进速度等方面进行了分析比较,参考岩石可钻性分级指标,得到了月壤可钻性的初步评价结果。     

煤系钻探岩石可钻性分级方法的研究

研究了煤系中采用硬质合金钻进工艺时岩石可钻性分级的指标体系及测试方法;研制了一套能在野外流动条件下进行岩石可钻性分级测试的轻便仪器及工具。在7项分级指标体系中,压入强度、研磨性、塑性系数和用微型针状硬质合金钻头测试“微钻钻速”是首次应用,尤以用小试样测试“压入强度”及用微型针状硬质合金钻头测试“微钻钻进速度”两项指标能有效地反映煤系软岩石分级档次,可以弥补用微型孕镶金刚石钻头在6级以下较软岩石中无法钻进或达不到钻进指标的不足。     

一种新的岩石可钻性分级方法研究

提出了用岩石Ａ、Ｂ值来表示岩石可钻性级别的新观点,研究了岩石Ａ、Ｂ值测定方法和原理;用岩石Ａ、Ｂ值来指导钻头配方设计是可行的。     

基于有限元法的井底应力场随井底压差变化规律研究

岩石破碎是钻头与井底岩石相互作用的结果,井底应力场是决定钻头破岩效果的重要因素。本文利用有限元数值模拟手段探讨了特定地应力条件下井底压差对井底岩石应力的影响规律。研究表明,降低井底压力可以减小井底岩石的等效应力、改变岩石的应力状态,有利于钻头破碎岩石。井底平面上井眼中心附近的岩石最易破碎,越靠近井壁岩石所受的应力越大,在近井壁地带0.8R（R为井眼半径）附近,会出现明显的应力集中现象,这使得该区域的岩石最难破碎。本文的研究成果为研究最经济、最有效的钻井工艺和破岩技术提供理论依据,为破岩工具的优化设计提供参考。     

岩石可钻性指标测量值的数据处理

岩石可钻性指标测量值的数据处理杨明奇（四川省地质矿产局探矿技术试验室峨眉山６１４２００）关键词岩石可钻性;数据;数据处理中国图书资料分类法分类号Ｐ６２８·１判定岩石可钻性所属等级,需要对岩石进行大量数据测试。由于岩石具有不均质性、不连续性和各向异性等...     

煤层气近水平孔孔底水力封隔器设计与试验

通过近水平钻孔对高瓦斯煤田内煤层气实时原位探测,是提高煤层气抽放率和保证煤田开采安全的重要前提,而对孔底进行原位密封则是实现原位探测技术的关键。设计出了一种能方便快捷地实现孔底原位密封的水力封隔器,并通过了室内试验和现场应用。测试表明:密封胶筒的耐压力在有外围限制的情况下至少可达1 MPa,膨胀后的直径可达114 mm,对于Φ75 mm、Φ95 mm和Φ105 mm的煤层气钻孔完全适用。      

Artificial neural network model for prediction of rock properties from sound level produced during drilling

In many rock engineering applications such as foundations, slopes and tunnels, the intact rock properties are not actually determined by laboratory tests, due to the requirements of high quality core samples and sophisticated test equipments. Thus, predicting the rock properties by using empirical equations has been an attractive research topic relating to rock engineering practice for many years. Soft computing techniques are now being used as alternative statistical tools. In this study, artificial neural network models were developed to predict the rock properties of the intact rock, by using sound level produced during rock drilling. A database of 832 datasets, including drill bit diameter, drill bit speed, penetration rate of the drill bit and equivalent sound level (L_eq) produced during drilling for input parameters, and uniaxial compressive strength (UCS), Schmidt rebound number (SRN), dry density (ρ), P-wave velocity (V_p), tensile strength (TS), modulus of elasticity (E) and percentage porosity (n) of intact rock for output, was established. The constructed models were checked using various prediction performance indices. Goodness of the fit measures revealed that recommended ANN model fitted the data as accurately as experimental results, indicating the usefulness of artificial neural networks in predicting rock properties.     

弹塑性条件下岩土孔隙介质有效应力系数理论模型

分析了有效应力系数的物理机理及其主要影响因素,在此基础上,提出了等效孔隙连通率的概念,以此表征岩土类孔隙介质的结构和孔隙之间的连通性,建立了有效应力系数张量演化的普适性理论模型。基于大理岩峰后和砂岩不同塑性变形阶段的有效应力测试试验,分析了塑性条件下影响有效应力系数的主要因素,结果表明塑性条件下,影响有效应力系数的主要因素为等效孔隙连通率。利用试验数据,通过拟合得到了大理岩和砂岩的等效孔隙连通率随应变的演化规律,从而得到了有效应力系数与变形的关系。研究成果为弹塑性条件下的流固耦合研究提供了基础性的理论和方法支持。     

全金属动力钻具马达部件制造材料调研分析

全金属容积式动力钻具是当前深部钻探研究的热点之一,其在井下工作受到金属摩擦、高速冲蚀、高温腐蚀、拉伸、扭转、振动等复杂工况影响,对制造材料提出了较高的要求。本文首先调研了当前井下机具马达部件定转子的常见选材成分、力学特性和加工性能;随后介绍了超深井对全金属动力钻具马达部件的要求并分析了现存难点;初步优选了定子、转子制造材料,并考虑转子部件上采用新型铜基-铁基材料复合结构;调研分析了其加工处理技术发展现状;提出了加工建议。为全金属动力钻具马达部件的设计和寿命研究提供了参考依据。     

深埋软弱岩层钻孔围岩应变软化弹塑性分析

为解决在软弱岩层中钻孔易塌孔、成孔难的工程问题,认为岩体黏聚力沿塑性区呈线性弱化,得出应变软化条件下钻孔围岩二次应力、位移和塑性区分布表达式。利用FLAC3D内嵌FISH语言,自定义岩体黏聚力,对钻孔围岩弹塑性分布进行数值模拟分析。研究表明,理想弹塑性模型下的塑性区半径公式为文中解黏聚力co=cs时的特解;考虑黏聚力弱化特性后,相同地应力条件下塑性区半径显著扩大,为修正Fenner解的1.4倍,钻孔围岩最大切向应力位于距钻孔中心约2.9倍钻孔半径处,应力集中系数小于2。成果应用于四川某矿井钻孔工程,表明当加固半径约为3倍钻孔半径时,成孔率在90%以上,取得较好技术经济效果。     

井底压力对岩石破碎的影响机制及应用研究

钻井液井底压力与地层孔隙压力是影响岩石破碎的重要因素,由于岩石具有一定的渗透率,在压力差的作用下钻井流体与地层流体之间会相互影响,导致靠近井底的地层孔隙压力发生变化。实际的地层孔隙压力随时间与距离变化的规律可以使用一维不稳定渗流模型来描述和计算。在此分析基础上,综合分析地应力、井底压力及钻头牙齿吃入地层产生的应力,计算出任意平面上所受的剪应力和正应力,然后使用摩尔–库仑准则来判定岩石的破坏。建立这样一个综合各种因素的井底岩石破碎模型,可以将各种因素尤其是实际井底压力差的作用清楚地表达出来。该模型可以较好地解释欠平衡钻井提高钻速的力学机制,并为随钻地层孔隙压力监测dc指数法的适用范围提供明确的计算方法     

开挖条件下含陡倾结构面顺层岩质边坡破坏模式与稳定性预测

顺层岩质边坡易发生失稳破坏,当边坡中发育有顺坡向陡倾结构面时,更不利于边坡稳定。以贵州某水电站大坝左岸含陡倾结构面顺层边坡为例,在综合分析地质条件及开挖扰动的基础上,结合离散元软件UDEC,分析了边坡的变形破坏模式和稳定性。研究结果表明,边坡可能发生的变形破坏模式主要有滑移、拉裂—滑移两种;自然状况下及开挖后,边坡都有沿断层f9、卸荷裂隙L1及岩层面发生滑移的趋势,且工程开挖导致边坡沿该结构面发生内部滑动;对边坡采用预应力锚索加固后,变形得到有效控制,位移数值计算值与实际监测值基本吻合。     

深井钻进时井底钻头造斜导向系统的分析与建议

深井钻进中,随着井深的增加,钻进条件变得更为复杂,钻井效率降低,钻井质量不易保证,井斜问题更加难以控制。俄罗斯地质钻探工程中正在积极使用回转导向系统Роторные управляемые системы——РУС （Rotary Steerable System——RSS）,主要是利用井底钻头的造斜作用,进行增斜、减斜和稳斜钻进,可以控制井斜的方向和强度,精度很高（±0.1°）,井深可达13 km,回次长度可以达到1000 m,对于我国深井,特别是地质超深井钻进具有一定参考价值。     

Damage induced by a sliding diamond — an approach to hard rock drilling

SummaryDamage Induced by a Sliding Diamond — an Approach to Hard Rock Drilling Optical methods were used to evaluate the early stages of damage caused by a loaded spherical diamond moving over a smooth surface, as a function of speed, radius, load and lubrication, for several homogeneous materials. New types of cracking patterns and abraded tracks have been observed. The statistical variation from track to track, and even within one track, is so great that quantitative conclusions are not possible at this stage, although some general effects of the variables are noted. Application to hard rock drilling is not straightforward and will probably have to await an evaluation of material removed.With 10 Figures     

川东北深井剖面碳酸盐岩力学参数分布特征研究

研究深部碳酸盐岩力学特性参数分布规律,对于预防碳酸盐岩地层钻井事故的发生具有十分重要的意义。采集对应地层埋深从3 568～5 983 m的20组不同层系的碳酸盐岩露头岩芯,借助MTS815.03和RMT150C岩石力学试验系统、RSM-SYS5非金属声波测试仪等,完成显微电镜分析、单轴压缩、三轴压缩和围压声波测试等试验。试验结果表明,（1）南方海相碳酸盐岩主要以生物碎屑白云岩、泥晶灰岩为主,粒径范围在0.01～0.20 mm之间,孔隙类型以粒内溶蚀孔隙、粒间孔隙、晶间溶孔为主,孔隙率范围为2%～12%;（2）单轴抗压强度在空间分布上有一定的规律性,三轴抗压强度在空间上为无序分布,表现出某种混沌的特征;（3）碳酸盐岩纵波速度随围压的增加而增大,在低围压下纵波速度增加明显;高围压下纵波速度变化相对较小,围压下纵波速度增幅,白云岩大于灰岩,获得白云岩、灰岩的抗压强度与其纵波波速不同的相关关系。其结论可为深部碳酸盐岩地层安全钻进提供技术参数。