超深井煤系地层的钻进工艺

在超深地热井施工中,深部的煤系地层是事故的多发层段。利用高压喷射快速钻井技术和适合的聚合物泥浆体系,顺利的钻过埋深超过2 000多m和3 000多m的煤系地层,防止了事故的发生,提高了钻进效率。     

松辽盆地东南隆起区深部地层孢粉组合及其时代讨论

松辽盆地东南隆起区深部地层十分发育,含丰富的孢粉化石,所建立的4个孢粉组合,为地层划分对比和时代确定提供了生物地层学依据。火石岭组相当于晚侏罗世,沙河子组为早白垩世凡兰吟期至戈特里夫期,营城组为早白垩世巴列姆期,十屋组为早白垩世阿普第期。     

深部地层时深转换中的拟合式选择问题

对珠江口盆地白云凹陷多口探井的数据分别用多项式和幂函数进行了时深关系拟合, 并对结果进行了分析讨论.对于深度大于钻井控制范围的地层和地壳的时深转换, 常用的三次多项式时深关系式只有三次项系数为负和二次项系数为正时才可用, 但在深部必然产生速度倒转的问题, 因此在理论上就不适用于深部; 二次多项式时深关系式虽然不会导致速度倒转, 但其速度向下匀速增大, 也不符合速度向下减速增大的规律, 常常导致深部速度超高.乘幂在1和2之间的幂函数拟合式D=atb+c有可能同时近似浅部和深部的时深关系, 是相对最优的关系式, 但也不是对每口井都能拟合出可用于全区和全部深度的时深关系.分区和分深度进行幂函数拟合是最理想的办法.针对区域性的时深转换, 可以分区对多口井进行幂函数拟合, 从中择优选用.      

旋流喷嘴钻头在NP32-3646井的现场应用分析

南堡32-3646井是一口四开三段制定向井,设计井深5798 m。3864～4265 m（井斜29.18°的稳斜段）试验了五刀翼旋流喷嘴PDC钻头（主切削齿直径16 mm, 3个φ11 mm常规水眼和4个φ18 mm旋流喷射水眼）。针对深井超深井钻进中常采用的相对较高的钻井液密度和粘度,不利于提高钻头破岩效率的问题,在系统介绍旋转射流发生机理和破岩机理的基础上,对NP32-3646井五刀翼旋流喷嘴PDC钻头现场应用情况进行了分析。试验结果表明,旋转射流因具有切向、轴向和径向三维速度,可在高粘钻井液条件下更好地改善井底清岩效果,并通过剪切、冲蚀、拉伸和磨削等多种方式实现辅助破岩,从而提高钻井效率。试验钻头进尺401 m,平均机械钻速4.45 m/h,可较好地满足现场钻进需要,具有良好的推广应用前景。     

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。     

史密斯地层与非史密斯地层

国际地层指南中指出, 地层学应扩展为包括对构成地壳的所有岩石体的描述.所有各类岩石(沉积的、火成的、变质的、固结的和非固结的) 都属于地层学和地层分类的总体研究范畴.传统地层学主要针对沉积成因地层, 虽然拓展包括了一部分火山喷出岩, 如熔岩类、火山碎屑岩和火山灰等层状火山岩, 其形成的力学机制基本上是重力机制, 即向地心方向受重力作用逐渐累积.本文将重力机制下形成的地层及其适度扩展物(如沉积变质和沉积火山岩类) 称之为史密斯地层.现代地层学概念中, 形成地层的力学机制不仅仅是重力, 而且包括了热力(如蛇绿岩)、机械力或构造力(如混杂岩、构造岩等).非重力机制或非沉积成因的地层, 亦都有时空顺序, 其顺序服从各自的力学机制和成因, 但不服从史密斯地层的叠覆律; 这些非重力机制形成的地层不属于史密斯地层学的范畴, 本文称之为非史密斯地层.造山带混杂岩区主要依据构造力作用机制不同, 其非史密斯地层形成方式可区分为俯冲刮削拼贴式、俯冲折返拼贴式和仰冲推覆式等.      

深部岩石力学性质及其在大陆构造变形过程研究中的作用

在阐述了与深部岩石力学性质相关的岩石流变学基本模型的基础上,探讨了深部岩石力学性质对温度、压力和岩石化学组分等因素的依赖关系。根据目前对深部岩石力学性质的认识,讨论了岩石流变学在研究大陆构造变形过程中所起的重要作用。有关研究结果表明:在运用理论分析和数值模拟方法揭示大陆岩石圈中变形的动力学机制时,合理的选用深部岩石的流变学模型是必须考虑的一个重要因素。     

锥形聚晶金刚石复合片齿破岩特征与机制研究

锥形聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿是一种具有较强抗冲击性和耐磨性的新型PDC齿,在坚硬、强研磨性和软硬交错地层中取得了非常好的钻井提速效果。为了揭示锥形齿破碎硬岩机制,开展锥形齿破碎花岗岩试验与数值模拟研究,分析了切削深度和前倾角对锥形齿切削力和破岩比能的影响规律,采用高速摄像机和透明K9玻璃观测了锥形齿作用下岩屑形成过程及微裂纹萌生与扩展过程,通过数值模拟分析了破岩过程中岩石应力响应与损伤演化特性,结合对切削槽和大尺寸块体岩屑表面形貌及断口微观特征分析,建立了锥形齿破碎花岗岩机制模型。结果表明,锥形齿破碎花岗岩的过程可以分为挤压成核和块体崩裂两个阶段,前倾角对岩石破碎过程影响较小,切削深度的影响显著;锥形齿周围的裂纹主要由压实核、纵向裂纹和横向裂纹组成,纵向裂纹和横向裂纹扩展的最大深度分别为切削深度的6.69倍和4.53倍;齿尖周围压应力集中,岩石发生压剪破坏,压应力区外围形成弧形条带状拉应力区,并在齿尖及压应力区边界处诱导出拉伸微裂纹;微裂纹向齿前扩展形成弧形拉伸主裂纹,发生块体岩屑崩裂,提高破岩效率,向岩石内部扩展劣化...     

南海西部海域难钻地层特征及破碎机制研究

近年来,南海西部海域部分油田的下第三系地层机械钻速较慢,严重影响了勘探开发进度,为了降低钻井成本,增加钻井时效,必须掌握该海域难钻地层的特征及破碎机制。首先开展了岩屑矿物组分测定,结合录井资料,掌握了南海西部海域难钻地层的岩性特征。在对难钻地层的破坏强度、硬度、塑性系数、可钻性、研磨性等相关参数室内试验的基础上,建立了该地层岩石力学参数的预测模型,并基于30口测井的资料建立了难钻地层抗钻特性剖面和南海西部海域三维可钻性剖面,揭示了区域难钻地层的分布情况及抗钻特性;为解决难钻地层的工艺技术难题,还进行了难钻地层PDC钻头的破岩机制试验研究,研究了PDC钻头牙齿齿形、钻压和转速对破岩效率的影响。研究发现：北部湾盆地建议提高钻头的攻击性,并采用高转速的动力钻具复合钻进方式;珠江口盆地应提高钻头复合片的耐磨性,采用较高钻压和合理顶驱转速,为更好地控制钻井成本和提高钻井综合经济效益提供技术指导。     

川东北深井剖面碳酸盐岩力学参数分布特征研究

研究深部碳酸盐岩力学特性参数分布规律,对于预防碳酸盐岩地层钻井事故的发生具有十分重要的意义。采集对应地层埋深从3 568～5 983 m的20组不同层系的碳酸盐岩露头岩芯,借助MTS815.03和RMT150C岩石力学试验系统、RSM-SYS5非金属声波测试仪等,完成显微电镜分析、单轴压缩、三轴压缩和围压声波测试等试验。试验结果表明,（1）南方海相碳酸盐岩主要以生物碎屑白云岩、泥晶灰岩为主,粒径范围在0.01～0.20 mm之间,孔隙类型以粒内溶蚀孔隙、粒间孔隙、晶间溶孔为主,孔隙率范围为2%～12%;（2）单轴抗压强度在空间分布上有一定的规律性,三轴抗压强度在空间上为无序分布,表现出某种混沌的特征;（3）碳酸盐岩纵波速度随围压的增加而增大,在低围压下纵波速度增加明显;高围压下纵波速度变化相对较小,围压下纵波速度增幅,白云岩大于灰岩,获得白云岩、灰岩的抗压强度与其纵波波速不同的相关关系。其结论可为深部碳酸盐岩地层安全钻进提供技术参数。     

科学超深井硬岩取心关键技术

科学超深井是人类观测深部地球的“望远镜”。获取典型区块的原状岩心,建立高分辨率的地层剖面及其物、化性剖面,是科学钻探的最主要的目的之一。在深部钻探中,钻头驱动方式和岩心提取方法,是影响工程能源消耗、施工周期和工程经费的关键因素,从多方面阐述了科学超深井取心钻进多项关键技术和难点,并提出了针对性的解决方案和研究方向。     

挤压和剪切构造环境下深埋隧道岩爆的对比研究

地质构造是影响岩爆的一个重要因素,本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查、实测地应力分析、室内岩石力学测试分析的基础上,采用ANSYS软件模拟了在现今构造地应力场中,在褶皱和走滑断层等不同构造部位的岩体中进行隧道开挖所引起的应力重分布特征,对在复杂地质构造地区挤压和剪切构造环境下深埋隧道的岩爆特征进行了深入...     

深部岩柱在动态扰动下力学响应的数值模拟

在复杂应力状态下对深部岩柱动态扰动的力学响应进行了数值模拟。通过改变侧压系数,来改变岩柱所受的地应力状态,进而分析不同应力状态下岩柱对外界动力扰动的力学响应;通过改变动态扰动的作用时间,来分析动态扰动时间的变化对处于不同应力状态下的岩柱稳定性的影响。数值模拟结果表明,动态扰动对巷道岩柱破坏的触发与岩柱所处的地应力状态密切相关,侧压系数越小,外界的动态扰动对其影响就越明显。动态扰动的作用时间也是影响巷道岩柱稳定的重要因素,随着应力波作用时间的延长,动态扰动给巷道稳定性带来的影响越大。     

松散岩层钻探技术应用研究进展及其主要成果

“松散岩层钻探技术应用研究”是核工业地质局“十五”铀矿地质科研课题之一。本文主要介绍该课题的研究进展情况, 并从沉积岩基础理论研究、钻孔涌漏水综合治理技术、冬季施工技术、松散岩层取心技术研究、卵砾石层取心钻进技术研究、专门水文地质孔与地浸工艺钻孔施工技术研究、无岩心全面钻进技术研究7个方面介绍了课题取得的主要研究成果。     

玲珑金矿深部应力分析及岩爆防治措施研究

通过对玲珑金矿深部岩石的循环加卸载试验、单轴和三轴刚性试验以及三维数值模拟计算,从整体上揭示了玲珑金矿岩石内聚集较高弹性应变能和深部岩体中分布较大弹性能的现象,并且这些弹性能释放具有很高的冲击特性。结合多种理论判断岩爆准则,得出玲珑金矿深部开采具有潜在的强岩爆可能性,并且岩爆总体上讲是可以预测的。同时,根据现场实际施工情况,提出了相应地防止岩爆发生的对策和安全措施。     

超深井高温钻井液技术概况及研究方向的探讨

[摘 要] 我国未来深部大陆科学钻探深度为12000m ～ 13000m,井底温度将达到350℃以上,钻井液将面临超高温高压环境,钻井液技术将面临严峻考验。本文重点介绍了国内外典型深井及超深井钻探和高温地热井钻探钻井液使用情况,提出了抗高温钻井液的主要技术难点是高温高压及污染条件下钻井液流变性、滤失量、润滑性控制。耐温250℃以上钻井液处理剂及体系、耐高温钻井液试验仪器和地面循环降温系统是超高温钻井液技术研究方向。     

深部坑道围岩压力与变形分析

随着地下空间开发不断向深部发展,出现了用连续介质理论无法解释的现象。以普氏理论为突破口,通过实例分析,从定量的角度出发,找出了普氏压力计算存在的不足,而采用强度理论得出的结果符合实际的物理力学理论。同时也指出,在连续介质理论框架内该强度理论也有其不足,主要在于没有考虑“隐形”区域,暗示为了更精确地描述岩石压力,必须采用新途径。     

顾桥煤矿深井岩巷破碎软弱围岩支护方法探索

为探索煤矿深井岩巷破碎软弱围岩的支护方法,结合淮南矿业（集团）公司顾桥煤矿-780 m水平南翼轨道大巷的支护工程实践,揭示了深部岩巷的变形规律,并分析了煤矿深部破碎软弱围岩支护的难点及其支护机制,提出顾桥煤矿南翼轨道大巷分步联合支护的设计理念和优化支护方案。结合围岩表面位移、深部位移等现场监测数据,对新旧支护方案的效果进行了对比,研究结果表明,顾桥煤矿-780 m水平南翼轨道巷采用分步联合支护方法取得了较理想的支护效果。深部岩巷的支护受高地应力、岩体力学性质等因素影响,应结合巷道围岩地质条件采取适当的支护措施,让各种支护手段在时间和空间上实现有效结合,充分发挥并提高围岩的自身承载能力。