深部地质钻探钻井液体系设计因素及其分析

列举了地质钻探钻井液设计应考虑的诸因素和环节,包括地层条件、钻井液类型、钻井液材料和处理剂、钻井液性能维护、固相控制等方面,并进行了分析、说明。为地质钻探钻井液设计和现场施工提供参考。     

深部地质钻探钻孔结构设计与施工分析

根据长期深部钻探施工经验,分析了深部地质钻探钻孔结构设计的主要依据和原则,通过典型深孔钻孔结构设计与实施的案例,总结了几种钻孔结构实施程序：（1）在地质预测与实际相差不大的熟悉工区,根据经验有针对性地选择钻孔结构进行施工的按设计施工法;（2）在不能预测下部地层复杂情况的条件下,采用探索、扩孔并根据实际调整钻孔结构的探索施工法;（3）利用大口径尽可能向下钻进的充分施工法等。通过实际案例分析,为深孔、超深孔钻探钻孔结构设计与施工提供一定的经验参考。     

复杂地层地质钻探冲洗液技术现状

本文主要讲述在复杂地层(强水敏性地层、松散破碎地层、盐膏层、异常压力地层等)中,地质钻探对冲洗液的要求和冲洗液的技术发展概况。同时指出了在复杂地层中,冲洗液技术需要改进的一些地方。     

破碎地层孔壁稳定技术的探讨与实践

在破碎地层钻探施工中,提高破碎带地层破碎岩块之间的胶结力、快速封堵地层裂缝形成完整孔壁及适当的冲洗液密度是破碎地层孔壁稳定的关键。防塌型随钻堵漏剂、改性沥青的加入能有效封堵地层裂缝,提高孔壁承压能力。LBM冲洗液体系和接枝淀粉冲洗液体系具有良好的造壁性能和流变性能,在破碎地层施工中取得良好的使用效果。     

沧州深部盐矿钻探施工关键技术探讨

河北省沧县枣园勘查区石盐资源普查项目钻探施工中存在取心难度大、泥浆护壁困难、施工成本高等问题。在首眼钻孔的施工中,选择庆申-98-Ⅱ型双管钻具,硬质合金刮刀、复合片钻头,提钻取心的方法完成取心施工。通过临界钻时的应用、岩心堵塞预防等措施提高了工效,采用分段泥浆护壁方法确保了孔壁稳定。该孔的钻探施工实践为沧州地区深部盐矿勘探积累了经验。     

深部地质钻探孔内钻杆动力响应特性研究

深部地质钻探时,钻杆受力条件复杂,振动形式多变且剧烈.为认识钻杆的动力学特征,减少钻杆失效风险,提高钻进效率,建立了仅考虑纵向振动和扭转振动耦合作用下的深部地质钻杆动力学分析模型,并推导了钻杆固有振动频率公式,在此基础上,借助ANSYS软件进行仿真分析.研究成果表明:在纵向(扭转)振动下,随着模态阶数的增加,钻杆的轴向...     

基于Web的地质钻探辅助设计软件地层信息库的构建

随着我国勘探、矿产事业的发展,地质岩心钻探已经体现出其优越性和不可替代性,尤其是中国大陆科学钻探的兴起,将地质岩心钻探推到了一个前所未有的高度;在地质岩心钻探领域,辅助设计软件还处于起步阶段,基于Web的辅助设计软件基本还处于一个空白阶段;在任何一个钻探设计里面,地层信息设计尤为重要,关系到钻孔的成败,因此建立一个完整的、具有互通性的地层信息库就十分必要。详细介绍了地质钻探辅助设计软件地层信息库的建立与开发。     

深部地质钻探钻柱失效行为分析

国家的“三深一土”规划确定全面开展深地探测,而在深地探测中钻柱是最重要的连接纽带,其长期在充满钻井液的井眼内工作,受力十分复杂,且受腐蚀、磨损、温度等影响,极易发生钻柱失效事故,造成重大经济损失。研究发现,振动是引起钻柱失效的主要原因,但是深部地质钻探中除了振动引起钻柱失效外,还包括钻柱质量因素、人为因素、钻井质量、套管下入因素、测斜因素以及钻井液因素引起的钻柱失效,本文针对这些影响因素提出了对应的预防措施。同时随着地质钻探井深的不断加深,地质钻探钻柱动力学研究会变得越来越重要,这就需要地质钻探人员在充分考虑地质钻探钻柱失效影响因素的前提下,加大对地质钻探钻柱动力学的研究,以更好地保证深部地质钻探的顺利进行。     

岩芯钻探中地层压力预测初探

地层压力变化是导致孔内情况复杂化的关键因素,地层压力预测是钻探施工中泥浆设计和事故防范的重要手段,合理预知地层压力情况有助于最大限度地解决深孔钻探中的复杂问题[1]。近年来,地层应力预测技术在国内外得到了广泛探讨,而传统的水压致裂地层压力测量方法仍然是简单实用的手段之一。通过云南某矿区复杂地层深孔钻探工程中的应用实例,验证了地层压力预测在绳索取心钻探工程上的合理性和可行性。     

关于举办深部地质钻探技术培训交流会的通知

为了进一步提高地质调查高新技术使用效率和水平,应用推广自主研发的设备仪器,使先进的钻探设备技术、仪器、器具、工艺方法更为广泛应用,并配合科学超深井钻探技术方案预研究,依据中国地质调查局2010年培训计划要求,拟于2010年7月4—9日在安徽省黄山市举办深部地质钻探技术培训交流会。会议有关事项如下：     

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.     

各向异性岩石钻进用钻头和孔底装置的分析研究与探讨

钻探工程中可以遇到各种岩石。按物理力学性质来说,岩石可是均质（各向同性）和非均质（各向异性）的。多数情况下,在深孔钻进时,岩石可能受地质条件的影响,是各向异性的。各向异性岩石的特点之一是,不同受力方向上的强度不同,因此钻孔容易弯曲,直接影响钻探效率和质量。俄罗斯科研人员对各向异性岩石中钻进时使用的钻头和孔底装置进行了大量研究,取得了较好的效果,值得我们参考。     

基于高导热材料填充漏失构造的深井换热器性能分析

地热供暖可有效缓解北方雾霾天气。干热岩虽然储量丰富,但增强型地热技术由于开发费用较高,裂隙控制以及避免诱发地震的技术尚不成熟,现阶段还不能商业化应用。水热型地热开发技术虽较成熟,但受资源条件的限制,开发规模较小。对于大多地区,受地质构造和资源禀赋的控制,单井产水量较低或者回灌难,开发经济效益较差。深井换热器(DBHE)技术是开采地热水低产区或回灌难地区热能的有效方式,但受制于岩石导热系数低,单井输出功率小,投资回收期长。为提高DBHE的输出功率,本文提出了增强型深井换热器(EDBHE),通过主动将高导热性能的复合填充剂流进漏失构造的方式提高岩石的导热性能,通过调节回压、密度和黏度来控制漏失量。研究结果表明,单井EDBHE十个采暖季的平均取热功率为1002.34 kW,是DBHE(424.45 kW)的2.36倍。而双井EDBHE十个采暖季的平均取热功率更是达到了27501.61 kW,且热输出稳定,每年的衰减率0.95%。EDBHE技术有效利用了出水量低或回灌难的水热型热储,大幅提高了其出力,扩大了地热供暖的应用范围。     

钻孔测斜成果曲线在贵州省晴隆滑坡稳定性判识中的应用

结合沪瑞国道主干线贵州境镇胜高速公路十八合同段晴隆滑坡深部位移监测曲线特征,总结归纳了滑坡深部累积位移曲线“V”型、“B”型、“r”型、“钟摆”型及“复合”型等几种,详细论述了常见的曲线特征类型及其研究意义,提出了依据滑坡深部位移监测成果资料判别滑坡动态变形特征及其稳定性的判识方法。     

巴东新城区典型库岸深部稳定性分析

为了分析巴东新城区库岸斜坡蓄水后的深部稳定特征,首先,选择巴东新城区扇形斜坡中轴线的白土坡库岸作为典型库岸,以深300余米深部监测钻孔岩芯资料为依据,根据软弱带分布、岩体完整性及岩性特征对深部岩体结构分带;然后,基于各带内岩体的地质强度参数GSI,应用Hoek-Brown准则估算岩体强度参数;最后,采用FLAC数值模拟方法分析了库岸斜坡蓄水后的稳定性特征。结果表明：随着水位的上升斜坡稳定性有下降趋势,但下降值并不明显,白土坡库岸斜坡处于整体稳定状态;当强度折减值至极限状态时,剪应变增量值集中区位于6～10层软弱带集中分布的岩层内,受地震作用时剪应变增值集中区向斜坡深部发展,斜坡潜在滑动面顺层发育;斜坡失稳的前提是前缘向斜反倾段完全塑性贯通。     

靖边气田煤层地应力及井壁稳定研究

煤层地应力测量难度很大,煤层垮塌失稳力学机理的研究还无法深入。针对这一现状,利用含煤层系中硬岩层的地应力实测结果,以组合弹簧模型为基础,反求出构造作用引起岩层水平方向的应变量,以此来确定后续地应力有限元模拟的边界条件,将硬岩层的地应力实测、理论模型计算以及有限元数值模拟三者有机结合起来,反演得到煤层地应力状态,从而建立起一套含煤岩系等软岩层地应力研究新方法。利用该方法对靖边气田某区块LP-1井煤层井壁稳定进行了研究,结果表明：沿最小水平地应力方向钻井井壁稳定性最好,沿最大水平地应力方向钻井井壁稳定性最差,而沿最大和最小水平地应力角角平分线方向钻井井壁稳定性介于前两者之间。     

Thermal stresses in borehole heat exchangers

The backfilling materials of borehole heat exchangers (BHE), particularly the grout material, must provide a suitable thermal contact and ensure durability to the induced thermal stresses because of the heat loading. In this paper, the thermal stresses that occurred in BHEs because of heat injection or extraction is investigated with an analytical solution of a hollow cylinder model that is adapted for time‐dependent heat loading, the geometry of a BHE, and the thermo‐mechanical properties of surrounding ground conditions. Firstly, the hollow cylinder model is solved with the considered boundary conditions in 2D plane stress. Secondly, the temperature differences at the inner and outer circles of the cylinder are evaluated with the heat line source models for continuous and discontinuous loading to observe the impact of the heat loading schedule. The developed analytical solution for thermal stress investigation is validated with numerical models. It is demonstrated that the analytical solutions agree well with numerical results for two types of BHE configurations (co‐axial and single U‐shaped pipes). Furthermore, the calculated maximum stresses are compared with the tensile strength of grout materials obtained from Brazilian tests. It is predicted that the thermal contraction of the grout, partially constrained by the surrounding rock, generates tensile stresses that may lead to cracking in the BHE. According to the results, the stiffness of rock has a primary role on the developed tensile stresses, and the relationship between the thermal conductivity of the ground and of the grout induces a proportional impact on the magnitude of thermal stresses. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

深部气层和干层测井模糊综合评判

深部气层和干层的区分是常规测井解释的难题。认识始于实践。本文依据东濮凹陷深层试采资料,建立了两个模式各四个参数的隶属度曲线,进行气层和干层模糊综合评判研究,并用该地区深层试井资料作了检验,效果颇佳。证明模糊综合评判是区分深部气层和干层的一种行之有效的方法。     

基于钻孔形态分析的地应力测量方法研究

地应力作用下的钻孔孔壁会发生一定程度的变形,导致钻孔横截面形状会发生变化,变形后的钻孔几何形态也反映了钻孔受力状态。在经典岩石力学理论的基础上,研究钻孔在平面二维应力作用下的几何形态,建立应力与变形后圆孔几何参数的关系,实现基于钻孔椭圆参数的应力解算,并提出钻孔椭圆参数的测量方法和测量技术,形成一种新的基于钻孔形态分析的地应力测量方法。结果表明,（1）在平面二维应力作用下圆孔变形后的几何形态为椭圆,推导了椭圆参数与应力的关系表达式;（2）利用3个不同方向的孔径值可以实现椭圆参数的解算,研发触头式显微光学孔径测量技术,实现了钻孔形态的测量,从原理上分析了技术实现的可行性,并就该技术进行地应力测量过程中可能存在的问题进行了探讨;（3）通过室内模拟试验,验证了技术原理的可行性,并通过误差分析和实例计算对该方法测量结果的准确性进行了讨论。     

Numerical simulation of the undrained stability of slopes in anisotropic fine-grained soils

The undrained stability of slopes in anisotropic fine-grained soils is studied in this paper using the finite element method (FEM). A constitutive model is presented, able to account for the observed variation of undrained strength with loading direction. The model is able to encompass the different strength distributions observed in normally, slightly overconsolidated and heavily overconsolidated soils. A series of stability analyses have been performed to explore the effect of the type of undrained strength anisotropy on the stability and failure mechanisms of slopes of different inclinations. In addition, a real case study of the failure of an underwater slope is analysed with the numerical approach presented. It suggests that, by considering undrained strength anisotropy, the failure can be satisfactorily explained.