海底基盘控制系统方案设计

海底基盘是海洋钻井和取样的重要设备之一,用于钻井作业井口定位、钻具导向及夹持稳定、井口监视,并可根据需要搭载静力触探、取心、测井等其他附属仪器装置。海底基盘是集机、液、光、电一体化的设备,由机械结构、液压系统和控制系统组成。本文针对海底基盘工作需求,提出了一套具有钻杆夹持、视频寻址、图像采集、井口信息监测等功能的海底基盘控制系统方案,控制系统作为设备核心,其由配电系统、光电测控系统和水下液压动力站等组成。     

深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

地质勘探装备的北斗系统应用研究与实践

本文在介绍我国北斗卫星导航系统发展和应用现状的基础上,结合地勘装备野外施工、运维管理、数据安全等特点和需求,提出了综合集成移动通信、互联网、宽带卫星通信等技术的地勘装备北斗系统应用的总体思路和技术框架,并详细介绍了中装集团钻探装备、物探仪器等两大类产品的北斗应用终端产品的型谱规划和应用平台的开发方案,对于提升地勘装备北斗应用技术水平具有较强的指导和借鉴意义。     

海洋冲击伸缩绳索取样器的研制与应用

海洋沉积物地层主要由淤泥、软土、半固结泥岩、砂岩等组成,沉积物地层钻探取样是海洋工程和地质调查的重要组成部分。常规回转取样器取样,极易破坏样品的原状而且取样率较低;静压取样器取样,在砂岩、半固结泥岩等较硬地层取样率较低。针对上述问题,研制了一种冲击伸缩绳索取样器,该取样器结合了静压取样器和锤击取样器的特点,实现对海底以沉积物为主地层的高保真取样。     

海底硬岩钻探的现状与前景分析

海底硬岩是世界大洋钻探实现“莫霍钻”目标必然钻遇的地层。世界大洋钻探实施的航次中已多次钻遇海底硬岩,不仅采获了岩心样品,也在钻进施工中发现了诸多问题。本文搜集了近年来世界大洋钻探实施的309、312、335、360和384等有关海底硬岩钻探航次的资料,在对航次情况简要介绍的基础上,重点阐述了目前海底硬岩钻探在钻头、井壁稳定以及取心工具等方面遇到的挑战以及采取的应对措施,并对今后海底硬岩钻探的发展进行了展望。     

攻深找盲钻探技术与管理

“攻深找盲,探边摸底”勘查中,钻探是地质找矿必须依靠的手段,因此,要提高钻探技术装备水平和员工素质。深孔钻探技术要求高,难度大,要做好深孔施工工艺设计和组织管理。     

适用于海底钻机的保压绳索取心钻具设计

以维持保压钻具内天然气水合物稳定性为研究目的,针对现有大口径保压钻具存在钻孔直径大、岩心样品直径小、钻具结构复杂、钻具质量重从而不适用于海底钻机使用工况要求的实际问题,对保压钻具的结构重新进行设计并进行了室内保压试验。结果表明：该小口径薄壁保压钻具的尺寸合理、结构紧凑,能够满足海底钻机使用工况要求;室内保压试验表明当压力维持在10 MPa以下的压力值时,6 h以内压力下降15%左右;而当压力维持在10 ~30 MPa之间的压力值时,6 h以内压力下降10%。该保压钻具在上述压力区间内使用满足设计和使用要求。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题,提高钻探装备的自动化、智能化水平,启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作,通过钻机装备、钻探器具研制,钻探工艺技术研究并经试验示范验证,取得多项创新成果,形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配,形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系;基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制,实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化,形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术;基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究,形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术;基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制,形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术;研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术,形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

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。     

海上油田开发井钻井优化设计和应用实践

LF7-2油田位于我国南海珠江口盆地LF区块,是一个小规模油田,根据前期探井揭示,上部地层以厚层泥岩为主,极易水化、分散,使钻井液性能变差;起下钻过程中钻具遇卡、遇阻等复杂情况频繁发生;钻头选型不尽合理,易泥包;下部地层以砂泥岩互层为主,岩石致密、可钻性变差,钻具扭矩、摩阻增加,定向钻进时滑动困难,井眼轨迹控制难度大,给钻井提速增效带来诸多困难。根据探井地质情况和岩石力学剖面,利用钻井软件优选平台位置,对开发井井身结构、井眼轨迹、钻柱力学、钻井液、固井等方面进行钻井仿真模拟,制定出科学的钻井设计方案,在直井段采用“牙轮钻头+直螺杆+MWD”钻具开展防斜打直,造斜段使用“PDC钻头+弯螺杆+MWD/LWD”开展复合钻井,水平段采用“PDC钻头+PowerDriver+MWD/LWD”开展旋转导向钻井,实现精准化钻井,顺利完成6口开发井施工。现场应用单井平均机械钻速29.43 m/h,钻井工期191.59 d,工期比设计提前28.41 d,钻井提速增效显著,降低开发成本。通过PowerDriver的近钻头井斜、自然伽马实时测量和传输,减少地质误判,实现对储层顶界面的实时探测,使储层钻遇率达100%,收到较好的经济效益和投资回报,实现小油田的效益开发。     

漂浮式水上钻探平台的设计与应用

根据贵州省清水江三板溪水电站低温水治理隔水幕墙试验工程中水下钻孔的施工工艺和要求,设计了漂浮式水上钻探平台。平台主要由甲板、定位系统、吊装系统、钻探施工系统组成。甲板作为水上载体,主要是用来提供浮力及工作台面;定位系统用来完成平台在水中的移动及固定;吊装系统主要功能是在悬臂吊旋转半径内完成平台上相关物资、大型工器具等的起吊移动;钻探施工系统即实施钻探工作,完成水下钻孔。通过现场实际应用,该平台设计合理,相关配套符合要求,完全能够满足项目所需水下钻孔的钻探工作。平台的成功应用,为以后类似项目在作业平台及钻探施工设备的选用配套上提供了借鉴。     

海上风电勘探装备研发与应用

配置合理的海上风电勘探装备,对海上风电地质钻探至关重要,而配置合理、功能齐备的海上风电勘探平台更是重中之重。为了提升35 m以上水深海上风电勘探作业工效、安全、精度,本文主要从平台运维功能和勘探功能设计为切入点,针对性地开展了平台主要技术规格、升降操控系统、场区设计、现场土工试验室等方面的海上风电勘探自升式勘探平台装备的功能设计与研究,研发了具备双孔勘探能力的自升式勘探平台,并在投产运营2年中,取得了良好的使用效果,勘探工效、安全性大大提升,达到了研发的目标,为海上风电勘探提供了有力的装备支撑。     

地质钻探技术与装备21世纪新进展

21世纪初,我国地质钻探技术处于立轴钻机普遍使用、国产绳索取心钻杆只能满足1000 m以内孔深钻进要求、钻探器具相对落后、硬岩地层钻进效率低、复杂地层取心效果差的落后局面。近10多年来,在多个国家重大科学工程项目、国家科技支撑计划、“863”计划、地质大调查专项等科技项目支持下,通过产学研联合攻关,形成了硬岩深井科学钻探技术体系和2000 m以内地质岩心钻探技术体系,浅层取心（取样）钻探技术、新能源勘探开发钻探技术、地质灾害调查和防治钻探技术、定向钻探技术、基础工程施工钻掘技术等都取得了飞速的发展和进步。本文对21世纪我国地质钻探技术与装备、关键器具新进展进行了阐述,并对经济新常态下的发展方向进行了展望。