大型穿越钻进工程防冒浆钻井液技术

在大型穿越钻进铺管工程中,地面冒浆是很突出又很难解决的问题。冒浆的主要原因是钻井液配方选择不当,钻屑无法从钻孔顺利排出,导致钻孔环空泥浆压力过大并压裂上覆地层,从而使地面发生冒浆。经过大量室内外实验,得出以高剪切稀释(降低流阻)为主要性能指标,同时兼有降滤失、抑制孔壁失稳等性能的防冒浆钻井液体系。工程应用证明,该钻井液技术能有效减少钻孔环空泥浆压力,从根本上解决冒浆问题      

水平定向钻穿越施工钻井液压力分析

孔壁稳定是水平定向钻进铺管成败的关键。影响孔壁稳定的主要因素是钻井液压力及其性能。通过对水平孔中钻井液和地层压力平衡机理以及孔壁周围应力位移的分析,结合摩尔强度准则得出了孔壁稳定时钻井液的允许压力区间公式,并对该区间进行修正得出了地层不单一以及地下水存在情况下的钻井液允许压力区间公式。通过对公式的计算分析得出孔壁稳定的钻井液允许压力区间的宽度随孔深的增加而扩大。     

水平定向钻进管道敷设地层响应实验分析

在应用水平定向钻进非开挖技术进行近地表管道敷设时,由于上覆地层厚度(C)、钻孔直径(D)和钻井液压力(p)三者无法准确设计,往往会导致地表的变形,进而形成裂缝通道致使地表发生钻井液的溢流.分析了非黏聚力地层的溢流通道形式,同时推导了极限钻井液压力的计算公式.结合室内外实验及应用情况,得出了实测钻井液压力和计算钻井液压力同C/D值的变化规律,即C/D越大,极限钻井液的压力值也就越高.在同一地层中,一般钻井液压力的峰值出现在水平孔段的中间位置.根据C/D值,在保证钻井液不发生溢流的情况下,得出了不同水平孔径范围所对应的上覆地层最小厚度.     

冰钻电动机械钻具孔内升降运动特性试验研究

根据冰层钻进特点,从钻孔水力学角度出发,分析测试了钻具的质量、长度与钻井液的粘度、密度等因素对钻具下降速度特性的影响规律。通过对4种长度、不同质量的钻具在2种酯类钻井液中下落过程的测试,得出了钻具的下落速度与钻具的长度呈反比,与钻具的质量呈正比,且钻具的下落速度随钻井液的粘度和密度的增大而减小。钻具下落的加速运动时间主要与钻井液的粘度、密度及钻井液在钻具表面流动时的剪切速率有关。     

充气泡沫无固相钻井液平衡钻进理论探讨

探讨了实现孔内压力平衡的条件,提出调整钻井液密度是实现孔内压力平衡钻进行之有效的方法。充气泡沫无固相钻井液密度低,流变特性易调整,因而易于实现孔内压力平衡,利于防治钻孔漏失,稳定孔壁。还讨论了调整钻井液密度的方法。      

水平定向钻进孔壁稳定临界压力与泵量关系的分析

通过对水平定向钻进孔壁稳定性影响因素的分析,提出钻井液和地应力是影响孔壁稳定性的主要因素,建立钻井液和地应力共同作用下的孔壁稳定力学模型,推导出维持孔壁稳定的钻井液安全压力范围,同时根据压力的范围计算出合理的泵量。     

离心机的使用在泥浆工程中起到重要作用

重钻井液由于引起环空速度和孔底压力增加而造成钻孔失稳,这常常减小钻进速度及钻井液携带能力,增加离心机,将用于控制泥浆密度,提高机械钻速,并减少井下压力和防止压裂地层的风险。Parker Lane钻了长度超过1500K、直径为24英寸的钻孔,从钻孔到回拖管线仅仅短短的七天,离心机的使用在施工中起到重要作用。     

关于起下钻具引起的孔内泥浆波动压力的理论分析

目前,在地质勘探岩芯钻探的实际生产过程中,起下钻具仍是不可取消的重要工序. 在起下钻具的过程中,由于钻具在充满泥浆的钻孔中做直线上下运动,以致使钻孔环状间隙的泥浆产生剧烈的波动,从而对孔壁形成压力激动. 压力激动实质上是对孔壁的一种波动压力.一般可以概括地认为,由下钻引起的波动压力为挤压压力,由起钻引起的波动压力为抽吸压力. 由于波动压力的产生,对钻孔的顺利安全施工十分有害.特别是对某些不稳定地层尤为突出.最常见的是,由于下钻形成的挤压压力过大,而造成钻孔漏失:由于起钻形成的抽吸压力过大,而造成承压水喷出孔口,油、气、地下热     

饱和黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性力学机制研究

将饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性问题视为半无限体内柱形孔的卸荷收缩问题。基于SMP准则改进的修正剑桥模型,采用应力空间变换方法推导了柱孔卸荷收缩问题的弹塑性解答,得出了孔壁临塑支护荷载和孔壁颈缩的解析表达式。在此基础上,提出了维持孔壁稳定所需最小泥浆重度和孔壁稳定安全系数的计算方法,并对影响钻孔稳定性的因素进行了研究。研究结果表明,饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁卸荷屈服后,孔壁周围土体处于弹塑性状态,钻孔颈缩量大,孔壁稳定安全系数较小;在泥浆支护条件下,饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性取决于土体重度、超固结比、土体内摩擦角及泥浆重度等因素,而与钻孔深度和孔径无关;土体超固结比和内摩擦角越大,维持钻孔稳定所需的临界支护压力和最小泥浆重度越小。在实际工程中,应在保证最小泥浆重度的条件下结合工程具体情况合理选取泥浆比例。     

南极冰层钻进铠装钻具升降运动特性分析与试验

极地冰层取心钻具的升降运动特性对提高钻进效率、减少孔内事故具有重要影响。在总结极地冰钻特点的基础上,分析了钻孔直径、钻具质量和钻井液的流变特性对钻具在升降过程中的影响,钻具在钻孔过程中运动的两阶段特性、滞流层的存在与影响因素,确定了因钻具的运动所引起的流体扰动量与扰动范围。研制了用于测试铠装电缆悬挂式钻具升降测试试验台和测试的方法,通过对3个不同直径与3个不同质量的钻具在其下落过程的实际测试,得出了钻具下落速度与直径呈二次方关系,与钻具的质量成线性关系的结论。     

隧道工程勘察水平孔钻进钻具的运动与受力分析

川藏铁路隧道工程勘察水平孔工作量大,钻具阻力大、施工深度大、难度大、孔内事故率高,现有技术不能满足其隧道工程勘察水平孔施工要求。在充分调研石油、煤炭、地质勘探行业现有水平孔施工技术现状的基础上,分析了隧道工作勘察绳索取心钻进水平孔钻具的回转及振动的运动规律,确定了钻杆处于临界弯曲状态下极限弯矩及钻杆失稳变形的临界荷载计算公式,通过数值模拟的方法初步研究了钻杆所承受的摩阻力。     

基于数值模拟的远程工程支持在海洋19-6井的实践

数字化和智能化是钻井工程发展的新方向,但目前仍处于初级阶段。针对海洋19-6井中下部井段存在异常压力层,预测钻井液安全窗口较窄的问题,通过Drillworks软件采用dc指数法和分段测井资料校正法开展了地层随钻压力监测、通过动态跟踪软件Well-Ahead软件结合Landmark软件水力模块校正开展了随钻动态水力（随钻ECD当量密度和起下钻抽汲和“激动”压力分析）监测,保证了井底和套管鞋钻井液循环当量在三压力安全窗口内。通过这种远程数据支持模式的建立,进一步推进了钻井工程数字化进程,有效保证钻井工程安全。     

地质勘探套管钻进技术专用套管的研制及应用

地质勘探套管钻进技术中的专用套管是实现套管钻进的关键因素之一。本文介绍了在地质勘探套管钻进过程中,专用套管作为绳索取心钻杆,传递钻压和扭矩,钻进结束后,作为技术套管留在孔内,恢复护壁套管功能。通过室内试验完成专用套管结构、材料及加工工艺等的选型和研制,且经过实际野外应用效果良好。     

随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5～18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%～50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。     

绳索取心钻进技术在水平钻孔中应用

针对深100 m水平钻孔钻孔易倾斜和卡钻事故多发等问题,在2个工程中试验应用了绳索取心钻进技术成孔,把打捞器中的柔性钢丝绳改为硬质铁管,解决了内管总成的打捞和投放问题。并采取了一些相关技术措施,取得了良好的钻进效果,2个深100 m水平孔均没有发生过孔内卡钻或其它事故,而且钻进效率高、岩心采取率高,达到了地质勘探的目的和要求。结合工程实践,介绍了在水平孔中采用绳索取心钻进技术的技术要求和工艺措施。     

顶驱车载钻机空气潜孔锤钻进用低压防喷装置的研制

在空气潜孔锤钻进时,孔口安装防喷装置可将高速返出的粉尘或泥浆导离孔口,防止喷向工作台而污染孔口工作环境。综合考虑ZMK5530TZJ60型车载钻机孔口工作台结构特点、配套的斜坡钻杆外形特征、钻进工艺特点以及装卸操作环境等因素,设计了一款适用于顶驱车载钻机的空气潜孔锤钻进用低压防喷装置。该低压防喷装置具有结构简单、安装方便;通过胶芯与钻具之间的过盈实现孔口密封,密封胶芯补偿量大,可密封外径变化较大的斜坡钻杆;可在加接钻杆时更换密封胶芯;设置了2个导流口,上返流体在此压降变化小,有利于排渣的通畅等优点。现场试验表明,该低压防喷装置能够有效密封粉尘泄漏、明显改善孔口施工环境,达到了设计的目的。     

非开挖铺管中钻头泥包问题的分析与对策

非开挖导向铺管过程中,当钻遏较软岩层或泥页岩层时,经常会遇到钻头被泥包的现象,尤其在扩孔过程中,更为明显。针对这种现象,从三个方面认真了分析钻头泥包的原因,并提出从泥浆方面入手的对策。进行室内推力实验,在武汉江夏区的非开挖施工现场提出配方并加以应用,对提高钻进效率有重要的意义。     

煤矿井下定向钻孔中电阻率探测技术与应用

受高瓦斯/承压奥灰水威胁的工作面开采前,一般采取定向钻进技术在工作面底板开展压裂或注浆工程保障开采安全。利用底板定向钻孔开展孔中探测工作,可更加精细揭露工作面内隐伏构造,还可实现“一孔多用”。为解决定向钻孔内的探测问题,提出一种在水平定向钻孔中进行直流电阻率法探查的方法。定向钻孔施工完毕后,退出定向钻孔施工的通缆钻杆,送入内平钻杆,将孔中高密度电缆通过钻杆尾端特制水便送入钻孔,使孔中电缆平铺于钻孔中,在定向钻孔水平段,进行孔内直流电阻率法径向探测。在理论上通过数值模拟研究层状介质下单孔测量工作模式的接收信号衰减规律、视电阻率曲线变化特征、顶底板岩性对测量结果的影响等,并采用单孔测量数据对孔旁异常范围进行反演定位。数值模拟研究表明,孔中电阻率探测方法对隐伏的异常体有良好的探测效果。通过在陕西韩城某矿井下实际煤层底板探测试验,对研究区2个定向抽采钻孔孔中探测数据进行处理,反演结果异常区与工作面内隐伏小断层位置吻合,验证了定向钻孔中电缆布置的可行性和定向钻孔内通过孔内径向和孔间透视探测隐伏构造的可靠性。      

冲击倾向性煤层注水对钻进中吸钻卡钻的影响及试验

应用螺旋钻杆局部预测和评价冲击地压等动力灾害时易发生吸钻、卡钻等钻孔动力现象。为研究具有冲击倾向性煤层注水对吸钻、卡钻的影响规律，通过建立钻杆力学模型分析吸钻、卡钻动力现象产生机理，探明煤体应力和钻屑量是影响吸钻、卡钻发生的重要影响因素，推导了注水煤体的钻杆推力、钻杆扭矩等钻削力学参数计算公式，分析煤层注水后煤体应力重分布规律与钻屑量变化规律，并利用钻孔多参量测试系统，在井下对不同含水率煤体进行钻孔试验，从而研究钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量随煤体含水率的变化规律，并结合现场观测到的吸钻、卡钻动力现象，深入研究冲击倾向性煤层注水对煤体力学性质及吸钻、卡钻力学特性的影响。研究结果表明:吸钻时，钻杆推力值明显降低，卡钻时，钻杆扭矩值急剧升高；钻杆推力、钻杆扭矩均值增大幅度和钻屑量均值减小幅度随煤体含水率增大呈现先增大后减小的变化趋势；吸钻、卡钻点随煤体含水率的增大逐渐向煤壁深部转移；井下钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量的数据变化特征与煤体应力分布具有较好的对应关系。研究结果可为冲击地压预测和井下钻孔安全作业提供一定理论借鉴和工程指导。