长螺旋钻杆的磨损对钻进影响初探

通过分析钻杆过度磨损的原因和后果,从破碎功和钻杆受力两方面分析影响钻进效率的原因,提出解决问题的方法。     

松软煤层螺旋钻杆钻进中的吸钻卡钻力学机理

针对在突出松软煤层钻进过程中常出现的吸钻卡钻现象,以水平钻孔为例,通过分析螺旋钻杆钻进过程中钻粉在螺旋叶片间的运动规律,确定了当钻进产生煤粉量大于钻杆排出能力时,易因煤粉大量积压产生吸钻卡钻现象的力学机理。从控制钻进速度,减少钻粉生产量的角度提出了防止钻进过程中吸钻卡钻方法。计算出直径Φ42 mm和Φ75 mm两种钻孔施工时为防止吸钻卡钻的临界钻进速度。经过在鹤壁六矿2123上顺槽、2143下顺槽试验,取得了很好的效果,表明在突出松软煤层螺旋钻进成孔过程中控制钻进速度是可行的。     

φ420 mm插接式密封型螺旋钻杆的研制

φ420 mm插接式密封型螺旋钻杆是为满足煤层中利用螺旋钻具钻进近水平大直径钻孔的需要而研制的。介绍了其设计、加工和应用等情况。     

水平螺旋钻进钻杆排粉机理实验

为了研究松软煤层螺旋钻进钻杆排粉机理,用相似模型实验研究螺旋钻杆的排粉,宏观了解煤粉颗粒在螺旋钻杆作用下的运动形式,从理论上求解其运移的速度,并通过实验验证螺旋钻杆动力参数和结构参数对其排粉量的影响。实验显示：螺旋钻杆外径参数、转速和钻进速度等动力参数相同的情况下,螺距和心杆尺寸的大小对钻杆的排粉量影响很大;不同的螺旋钻杆其转速适合,螺旋钻杆才能很好的排粉。     

宽叶螺旋钻中风压钻进技术在晋城某矿的应用

针对觜城某矿井下沿煤层瓦斯抽采钻孔在施工过程中遇到煤层含水量较大时,孔内返风不畅,排粉效果差,影响钻孔孔深和成孔率等问题,采用宽叶片螺旋钻杆巾风压钻进工艺及试验。现场试验证明该工艺在含水量较大的煤层沿煤层瓦斯抽采（放）孔钻进施工中较为理想,值得推广。     

挠性钻杆的研制

挠性钻杆是实现高精度定向钻孔技术的关键器具之一。介绍了国内外技术发展简况，设计中的主要技术关键，主要技术规格，结构与组成。并对其进行了性能检测，证明其中的挠性接头具有足够大的抗拉、压、扭能力。     

地质钻探高强度铝合金钻杆研制及其应用

铝合金钻杆的设计制造技术属高新技术范畴,世界上只有俄罗斯、美国等少数发达国家能够批量生产。简要介绍了我国地质钻探用铝合金管材研制、铝合金钻杆制造关键技术及野外试验情况,并对今后铝合金钻杆的研发和应用方向提出了建议。项目工作成果对今后我国开发特深孔铝合金绳索取心钻杆和超深孔铝合金钻杆具有重要价值。安徽彭桥煤矿区的铝合金钻杆钻探试验最大孔深超过1000 m,应用效果良好,开辟了我国地质钻探铝合金钻杆在中深孔应用的先河。     

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。     

钻杆振动频率检测系统的研制与应用

在钻进过程中,当钻杆的固有频率与外部激励频率一致时,会产生共振现象。共振会使钻杆疲劳破坏,导致钻杆失效,造成严重后果。为了避免这种破坏,研制了一套基于微机电系统（MEMS）传感器的检测钻杆振动频率系统。此系统采用微型三轴加速度传感器测量钻杆3个方位的加速度变化,用LabVIEW编写的上位机软件进行存储、上传、显示、处理数据,将得到的数据进行快速傅里叶变换后分析出钻杆的振动频率。最后将此系统安装在钻杆上进行了钻进试验,分析得出了钻杆的纵向、横向、扭转振动频率及转速,为避免钻杆共振破坏和调整现场钻进参数提供了准确的信息。     

塑料筛管助推器研制及应用

塑料筛管完井能够有效支撑煤层钻孔孔壁,防止松软煤层钻孔孔壁坍塌,改善煤层气抽采效果。为将塑料筛管输送到钻孔中,研制了一种输送装置-塑料筛管助推器。介绍塑料筛管助推器的机械和液压系统的设计,试验表明：该装置可靠,满足钻孔施工现场筛管快速输送要求。     

“生物钻杆”—仿竹材料和结构对于提高钻杆韧性的设想

本文首先分析了钻杆的受力情况和失效机理,综述了仿竹材料和结构的发展现状,最后提出了利用仿竹材料(纤维)和螺旋结构来提高钻杆韧性的设想且给出了部分现阶段可实施建议,即对现有钻杆材料进行纤维改性或者碳纤维上面镀钢,同时改变钻杆壁的一些结构(外厚内薄的多层仿竹纤维以不同升角分布)。     

ZDY5000RF钻机与配套装备的试验及应用

针对松软煤层空气钻进装备集成性差、工艺流程复杂、操作繁琐等问题,特别配套了ZDY5000RF型钻机及配套装备,结合配套装备的技术参数、性能特点,在祁南煤矿进行了工业性试验。现场应用表明,ZDY5000RF松软煤层钻进专用钻机具备在f值为0.5左右的煤层中钻进200 m深孔的能力,具有集成性好、钻进效率高、除尘效果显著等特点,各项技术指标均达到了设计要求。     

煤矿用钻杆螺纹的研究现状及展望

钻杆是煤层瓦斯抽采、探放水和地质勘探等钻孔施工的主要装备之一。由于钻杆受力情况及使用环境复杂,使得因钻杆螺纹失效而导致钻孔孔内事故屡见不鲜。按不同结构分类方式,详细介绍当前煤矿用钻杆螺纹结构特点;总结螺纹应力分布和螺纹失效原因分析的研究现状,螺纹应力分布的研究方法主要有解析法、有限元法和试验法,螺纹失效主要原因包括疲劳破坏、脆断和粘扣等。同时分析了钻杆螺纹在设计、生产过程中存在的问题,包括基础研究不到位、制造技术滞后和钻探新技术对螺纹结构提出更高需求。并结合石油钻杆API螺纹和特殊螺纹的技术现状,探讨煤矿用钻杆螺纹的发展方向,包括开展大直径钻杆螺纹研究、开发煤矿用特殊螺纹、优化螺纹牙受力分布、研究动态循环复合载荷试验方法评判钻杆螺纹的性能等。     

深部科学钻探钻杆接头优化措施

地球深部探测对提高我国勘探开发深部资源能力和深部地质研究水平及地位是不可或缺的,深部科学钻探是唯一准确地获取深地实物资料的工程方法。钻杆柱作为深部科学钻探技术的核心与关键,其管柱规格组合与钻杆接头选配决定着钻杆在平衡其自重后的剩余强度和应付孔内复杂情况的能力,尤其是作为连接各钻杆柱短节的钻杆接头的性能直接决定着钻杆柱的使用极限深度。本文从产品类型、结构特点等方面对国内外高性能石油钻杆接头进行了梳理,分析了现有钻杆接头存在的不足与失效的原因,提出了钻杆接头结构改进方案,对提高钻杆柱的可靠性与安全性,延长钻杆使用寿命,使其更好地应用于深部科学钻探,具有一定的科学意义与工程价值。     

基于COMSOL的铝合金钻杆腐蚀分析

为预测科学超深井钻探工程中铝合金钻杆耐腐蚀性能,运用COMSOL软件,建立多物理场腐蚀分析模型,开展“松科二井”铝合金钻杆“应力-温度-电化学”作用下的腐蚀规律仿真分析。分析结果表明：腐蚀体系达到平衡时,铝合金电极一侧的电解质电位偏高,钢接头电极一侧电解质电位偏低,靠近钢接头电极一侧铝杆体电流密度高;随着钻杆所受应力、温度的增加,腐蚀速率加快,相对于温度的影响,载荷对腐蚀影响较小;腐蚀速率和井下工作时间成正线性相关;离钢接头的电偶腐蚀处越近,铝合金钻杆的界面电流密度越大,并成指数关系,外壁强影响区域大约在距电偶腐蚀处0~200 mm,内壁为0~110 mm。研究成果将为铝合金钻杆的工程防腐提供参考。     

埋地钢塑复合缠绕管管土共同作用数值分析

随着中国污水处理事业的不断发展,钢塑复合缠绕管作为传统水泥排水管的替代产品,具有综合造价低、施工方便、环保效益好、耐久性高等诸多优点,近年来在国内各大城市的污水管网建设中得到了较快地推广。但是作为一种新型结构,这种管道应用的时间尚不长,其管土共同作用机理尚需要人们进行深入研究。本文采用有限元方法对钢塑复合缠绕管的管土共同作用机理进行数值分析,从理论上得出了埋地钢塑复合缠绕管受力后的强度变形特征,可供相关的工程实践参考     

超声波冷锻与阳极氧化处理铝合金钻杆摩擦学性能研究

恰当的表面工程技术是实现长寿命、高可靠性、高耐磨性铝合金钻杆的关键技术之一。本文选用超声波冷锻技术(Ultrasonic Cold Forging Technology,UCFT)和阳极氧化技术(Anodic Oxidation,AO)对铝合金钻杆材料(7E04)进行表面强化处理。在球盘摩擦磨损试验机上对UCFT和AO处理前后铝合金的摩擦学性能进行表征,选取Zr O2硬质材料的对磨球。结果表明,经UCFT处理后样品表面形成了约为100μm的塑性变形层,表面晶粒细化至56 nm;经AO处理后样品表面生成了多孔的氧化物层,其厚度约60μm;UCFT处理与AO处理均不同程度地提高了样品的表面硬度和耐磨性;且AO处理能有效降低样品的摩擦系数;与未处理的样品表面发生了磨料磨损、粘着磨损和塑性形变不同,UCFT处理的样品呈现出典型的粘着磨损形貌,AO处理的样品主要为疲劳磨损形式。     

含缓蚀剂钻井液对铝合金钻杆材料的腐蚀影响

铝合金钻杆在钻井液中发生腐蚀会引发严重的孔内事故。为了延缓钻井液对铝合金钻杆的腐蚀作用,在pH值为10、温度为70 ℃的聚磺体系钻井液中,分别加入一定比例的有机缓蚀剂（十二烷基苯磺酸钠,C18H29NaO3S或SDBS）及稀土缓蚀剂〔硫酸镧,La2(SO4)3〕,通过力学性能测试,研究缓蚀剂对7075系铝合金钻杆材料腐蚀的影响。结果表明：上述2种缓蚀剂均可降低铝合金在碱性钻井液中的腐蚀,提高铝合金钻杆抗拉强度最高达6.73%;合金中Cu、Mg、Si等元素的第二相粒子是腐蚀的敏感区域,第二相粒子脱落后即形成腐蚀坑;在产生腐蚀裂纹时,腐蚀产物主要由Al、C、O等元素组成。