各向异性岩石破碎过程分析及其钻进用钻头设计研究

钻探工程施工中经常遇到各向异性岩石。钻进各向异性岩石时,不同方向上的岩石强度是不同的。在垂直地层方向上的岩石最容易钻进破碎,其他方向破碎阻力较大,因此岩石压挤核成椭圆形。轴载用于克服岩石的内摩擦阻力和克服来自岩石破碎时产生的反力。在岩石反力垂直分力的作用下,对钻头产生翻转力矩。在此翻转力矩的作用下,钻头偏斜,钻孔弯曲,直接影响钻进效率和钻孔质量。因此,要采取措施解决这个翻转力矩问题。俄罗斯博士Скоромных В. В.教授等对此进行多年研究,提出了宜用钻头设计的新思路。     

陶瓷钻头钻进岩石的研究

用新型材料制成的高级陶瓷(称精制陶瓷或现代陶瓷),极广泛地应用于工业领域.其中已知耐磨性高、耐热、耐蚀性好的机械结构用陶瓷作为金属切削加工用刀具使用.为了研究这种陶瓷材料钻进岩石的适应性和与金属接合困难的陶瓷材料往钻头体上的固     

深部各向异性硬岩钻进用新型金刚石钻头试验研究

我国正在进行深部地质找矿和深部矿产资源开发,“十三五”计划规定了对地下空间的利用和开发进行研究,这些都离不开深部钻探。深部钻探中遇到的岩石多为各向异性岩石,在这种岩石中钻进时,钻孔容易偏斜,影响钻探效率和质量。俄罗斯博士Скоромных В.В.教授等对此进行了研究,提出了钻头水口大小变化的设计思想。对比试验结果表明,这种新钻头钻进技术指标较好,值得研究和探讨。     

深孔钻进金刚石钻头的研制

根据深孔钻进对金刚石钻头性能提出的新要求,从结构改进、金刚石选择与匹配、原材料优选、配方创新、制造工艺优化及针对地层优化性能参数等几个方面入手,研制了新型高胎体低温烧结钻头,通过野外现场试验验证,取得了较好的效果。     

CG型滚刀钻头的钻进机理及使用效果分析

本文介绍了滚刀钻头破岩机理、滚刀的分布规律，以及钻进参数等因素对钻进效果的影响，并通过施工实例对目前滚刀钻头使用中所存在的主要问题进行了分析。     

CG型滚刀钻头的钻进机理及使用效果分析

ＣＧ型滚刀钻头的钻进机理及使用效果分析刘三意，刘家荣，李洪（地矿部勘探技术研究所，廊坊１０２８４９）ＣＧ型液刀及滚刀钻头（见６１页广告图）由地质矿产部勘探技术研究所研制，干１９９３年通过了部级鉴定。１９９４年结合滚刀钻头在生产使用中所发现的问题，对滚...     

深井钻进井底参数测量系统用传感器的分析研究

深井、超深井钻探工程中,钻进工艺和操作技术非常重要,直接影响钻井技术经济指标,目前主要依靠地面仪表显示的读数指标来指导钻进。但是,地面仪表显示的读数与井底钻进工艺参数实际数值有一定差异,而且孔越深,差异越大,据俄罗斯超深井钻井研究结果,这个差异可达20%~30%。为此俄罗斯成功研发出了井底参数测量系统,取得了很好的效果,其中传感器是关键器具。本文将俄罗斯深井钻进测量系统中使用的多种传感器进行了综合整理,包括井底钻井液压力传感器、井底温度传感器、井斜顶角传感器、井斜方位角传感器、井底钻头轴载传感器,介绍了这些井底参数传感器的结构组成及工作原理,并分析了传感器与井底-井口联系通道的配合问题。以期对我国13000 m的特深地质井钻进提供参考。     

An analytical approach for cased borehole stress calculation in general anisotropic formations

We present an explicit analytical approach for calculating the distribution of stress around a circular cased borehole in a general anisotropic formation. This approach is developed based on a pure elastic cased borehole model, which can include multiple cemented concentric casing strings that are surrounded by a homogeneous anisotropic medium. The wall of the innermost casing is under the compression of borehole internal fluid pressure, and the formation can be subjected to arbitrary far‐field stresses. Every casing–cement boundary is assumed to be welded, so as the cement–formation boundary. The derived analytical solution can be applied to an arbitrary wellbore trajectory in an arbitrary anisotropic formation and is also applicable to degenerate isotropic formations. Accuracy and robustness of the analytical solution is validated through comparing its results with those calculated from the classical Kirsch solution for an isotropic example that has identical elastic properties for all materials and from a finite element method for an anisotropic cased borehole example.     

深部地质钻探钻遇弱面地层井孔围岩稳定分析

深部地层地质条件复杂,随钻探向纵深发展,钻遇弱面地层导致井孔围岩失稳将严重影响工程进程。本文总结分析具有弱面地层岩石物理力学特性,探讨强度各向异性孔壁围岩稳定模型的适用性;考虑流体向弱面渗透存在渗透各向异性和传热各向异性,发展了具有弱面地层井孔围岩稳定理论。研究发现,某些强度各向异性模型在特定情况下可能失去其适用性;在深部高温环境下忽略弱面地层渗透和热传的各向异性特征可能会导致井孔围岩压力、破坏区域以及坍塌压力产生较大误差。     

井底应力场对气体钻井井斜的影响

建立了油气井钻井过程中的井底力学模型,该力学模型考虑了井眼内压力、岩石节理、井眼深度、地应力、岩石材料特性、井眼直径等影响因素,并讨论了各个因素对井底应力场的影响,阐明了气体钻井时井底应力场分布变化对井眼井斜的影响。气体钻井时井眼内的压力远小于井眼周围的围压,井底会出现很大的拉应力,岩石容易破坏,因此,气体钻井时钻井速度远远大于钻井液钻井,但拉应力越大,井眼与岩石节理面交接处产生的应力集中越大,应力集中处岩石更容易破坏,也更易产生井斜。气体钻井时井底的应力状态对地层倾角、材料特性、井眼直径、井眼深度及初始地应力的变化较钻井液钻井时更敏感。     

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。     

受控定向孔钻进用自动导航系统的分析研究

钻探工程中常用受控定向孔钻进。在受控定向孔钻进中,及时了解并掌握钻孔顶角、方位角、造斜器安装角度和孔底实时位置（孔深）等参数非常重要。俄罗斯钻探工作者研发的定向钻进用信息、工艺、自动导航集身于一体的自动导航,对于提高定向钻进效率、保证钻孔质量、提高钻探技术经济指标具有重要意义,值得我们参考。     

大口径工程井井身结构和成孔方法探讨

近年来,国家对矿井安全、职工健康、环境保护等方面越来越高度重视,大口径工程井已广泛应用于矿山企业瓦斯抽排、注浆堵水、输氮灭火、送冰降温、排水通风、抢险救援等领域。大口径工程井直径一般在?500~1500 mm、深度1000 m以浅。科学选择和设计井身结构和成孔方法,能最大限度地降低施工成本,提高钻进效率和钻孔的安全程度。     

煤矿井下定向钻进配套钻头的选型与使用

合理选配和使用钻头是提高钻进效率和节省钻进成本的关键。结合煤矿井下定向钻孔施工的特点,提出了配套钻头的一般要求。介绍了目前常用钻头的类型和特点,重点介绍了3种不同冠部形状的导向钻头的适用性及选型依据。总结了钻头合理使用的注意事项,为煤矿井下定向钻孔施工合理选择和使用钻头提供了参考依据。     

深井复合钻柱技术在特深科学钻探中的应用探讨

深井复合钻柱技术是解决特深科学钻探超长钻杆柱可靠性问题的重要途径,其与设备能力、材料性能、钻进条件及管柱力学等息息相关。本文系统总结了复合钻柱技术在我国深部钻探中的发展和应用情况,在复合钻柱强度理论的基础上,探讨了不同复合钻柱的组合方案及其极限下深。研究结果表明,若以?216 mm直径终孔,仅依靠钢质钻柱已无法满足特深钻探13000 m的下深要求,而采用V150钢级?127 mm钻杆配合?127 mm钛合金钻杆及S135钢级?127 mm钻杆配合?129 mm铝合金钻杆可分别满足最大13484 m和18783 m的下深要求,钻柱总重分别仅有360.5 t和324.3 t,均具备可靠的安全性保障。本文对特深科学钻探用复合钻柱的设计和选择具有参考意义。     

深部钻探复合钻杆的研究与应用

绳索取心钻杆在深孔钻探中占重要的地位。本文分析了目前国内钻杆在深孔钻探中的使用情况,同时还对钻杆柱的失效及绳索取心钻杆在钻井内的受力情况进行了简要的分析。设计出了两种复合钻杆：一种是塔式复合钻杆,另一种是同径复合钻杆。将其应用在“中国岩金勘查第一深钻”山东莱州三山岛矿区ZK96-5孔4000m钻孔中,取得了良好的效果。