基于MEMS陀螺传感的测斜仪研制

针对目前矿井钻探的钻孔轨迹测量存在高温、高能耗问题,提出了间歇供电的无缆存储式测斜仪。硬件上采用MEMS陀螺仪和加速度传感器,软件上采用抗干扰、误差修正、温度补偿等校正措施。可用于地质灾害监测的成孔测量并记录方位角、倾角、工具面角、孔深等姿态参数。测量后,由上位机读出数据,显示轨迹图形。经仿真与模拟测试,该测斜仪具有功耗低、体积小、测量精度高、稳定性好等优点。     

光纤陀螺测斜仪的研制及应用

光纤陀螺测斜仪是用途最为广泛的地质钻孔测斜仪,自主寻北测量钻孔方位,可以适用于几乎所有的地质钻进工程。仪器中采用了多项专利技术,仪器具有很高的性能价格比。通过几年在各类地质钻孔中的应用,取得了产品进一步改进的信息和推广应用的经验。     

CD2000型深孔立轴式岩心钻机的研制

介绍了CD2000型深孔立轴式岩心钻机的结构、特点、主要技术参数、试验概况及效果。     

进口爆破孔钻机配套钻塔的研制

进口DMH90型爆破孔钻机配套钻塔整体性强,起落塔快捷方便,钻塔高度满足不换杆一次成孔,即钻塔有效高度略大于钻孔深度,承受振动冲击力大,施工工作环境恶劣。基于这些特点和难点,爆破塔长期依赖进口,导致成本增高、周期加长,为此进行了进口DMH90型爆破孔钻机配套钻塔的替代进口研究工作。本文介绍了DMH90型爆破孔钻机配套ZT27-45型爆破孔钻塔的研制过程,主要对ZT27-45型爆破孔钻塔的设计要点、结构型式、塔体选材、焊接工艺、防止变形、消除应力、质量检验等方面进行了探索、试验和总结。生产施工实践表明,ZT27-45型钻塔制造质量达到了设计要求,满足爆破孔施工的需要,实现了替代进口,达到了降低成本、缩短工期和提高机械性能的目的。     

新型开孔桥墩水动力特性的PIV试验

基于粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）对新型开孔桥墩周围的水流结构进行试验研究。通过分析开孔桥墩中轴面（y/b=0）处的立面流场和桥墩周围不同水深位置处的平面流场,探究开孔桥墩周围水流动力结构。试验结果表明,矩形开孔桥墩周围水流呈明显的三维结构特点。在桥墩上设置方孔,能有效地抑制墩前部分下降流的形成、降低墩前壅水的高度和改善墩侧水流流态,同时明显改变墩后尾流结构。方孔所在水深位置处（z/h=0.45）,墩侧低速区最大相对宽度以及墩后尾流区最大相对宽度与相对孔宽比（w/b）呈二次曲线关系,且相关关系密切。近水面处（z/h=0.75）,w/b=0.5条件下墩后旋涡对的相对长度为无孔时的70%;相反,近床面处（z/h=0.15）旋涡对的相对长度略有增加,但旋涡对的相对宽度一直保持在1左右。     

新型SPT-600拖车钻机的研制

介绍了新型SPT-600拖车钻机的总体结构、系统工作原理、主要技术参数、主要部件的结构特点,钻机使用时需配套的相关钻具等,并分析了该钻机的性能特点及优势。最后总结出钻机研发中应注意的几个问题。     

开孔管桩动孔压消散特性的理论研究

可液化地基在遇到地震作用或任何其他突变应力条件下,土体会迅速丧失强度和刚度,发生液化,从而失去承载能力。传统的抗液化措施主要集中在地基处理层面,而开孔管桩则兼具抗液化性能和承载能力。在假设开孔管桩孔洞内液体流动满足Poiseuille方程且等应变假设成立的前提下,结合开孔管桩复合地基的应力集中现象,推导出地基在时变荷载作用下的径竖向组合孔压解析解。考虑到循环荷载作用下的孔压积累现象,进一步利用孔压发展的经验模型改进该解析解。在此解析解的基础上,分析、对比开孔管桩、碎石桩、不排水桩以及天然地基的孔压发展情况,得出开孔管桩具有最好的孔压消散能力。桩-土模量比、井径比等因素对孔压的发展都有重要的影响,桩-土模量比越大、井径比越小,孔压消散速率越快。桩本身开孔系数对孔压发展的影响不明显。荷载频率只影响初始孔压峰值,并不影响孔压振荡衰减的速率。     

用于水平定向钻进的新型陀螺导向仪

荷兰Drill Guide公司应用美国与欧洲的最新技术开发出一种名为GST型的新型导向仪,其采用高精度陀螺作为传感器,有线传送信息,不怕磁干扰,也不用在钻孔轨迹地面设置人工磁场电流栅格,可用于地磁异常地区和不允许人达到地方（如水面、河底、湿地保护区等）的穿越工程施工。     

全液压深孔钻机适用的钻探参数监测系统

针对全液压深孔钻机的特点,研制了一种钻探参数监测系统（简称钻参仪）。该钻参仪采用模块化设计,可实现钻探参数实时监测、存储、回看、工况识别和数据远近程无线传输等功能。现场试验表明,该钻参仪技术先进,性能稳定可靠,可满足施工需要,效果显著。     

2500 m深孔钻探成套装备的研制

介绍了2500 m深孔钻探成套装备——DL100/90型深孔钻机及新型全液压定向施工钻塔的研制过程和总体结构布局设计,分别叙述了钻机和钻塔主要组成部分的功能、结构特点、工作原理及其试验和应用情况。     

MEMS加速度传感器在矿用随钻轨迹测量系统中的误差校正

矿用随钻轨迹测量系统的工具面向角和倾角通常采用加速度传感器实现测量,然而由于传感器制作工艺、探管机械加工以及装配等因素使得工具面向角和倾角的测量出现误差。为了修正上述系统误差,首先介绍了随钻轨迹测量系统及其工作原理,进而分析了加速度传感器的误差产生,并建立了MEMS加速度传感器的误差模型;提出了一种基于三十六位置的加速度标定方法,并对其进行相应的测试。实验结果表明：建立的加速度误差模型在随钻轨迹测量系统中,倾角精度为0.2°,工具面向角精度为0.2°,且倾角和工具面向角之间相互影响较小,能够满足实际煤矿井下钻探工艺的精度需求。     

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。     

国内外绳索取心钻具研发应用概况及特深孔钻进问题分析

随着钻孔深度的不断增加,对绳索取心钻具的使用性能提出了更高要求。在分析了国内外绳索取心钻具研发现状、结构设计特点及特深孔应用情况的基础上,整理了特深孔钻进绳索取心钻具使用存在的技术问题,定位机构打捞可靠性、到位报信提示可靠性、堵心报信机构工作稳定性、单动机构使用寿命均有待提高,并相应地分析了原因,为5000 m特深孔绳索取心钻具优化设计打好基础。     

钻具切割用聚晶立方氮化硼刀具的摩擦学研究

在钻探工程中遇到孔内事故时,经常采用割刀来切割事故钻具,然而在切割事故钻具的同时也会涉及到切割周边岩石的问题。本研究针对刀具切割岩石的复杂工况条件,设计了不同退火温度下的聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride Compact,简称PCBN）复合片对磨Si₃N₄球的摩擦磨损试验,采用了光学显微镜和X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）等表征方法,分析了退火温度对PCBN的影响和PCBN对磨Si₃N₄球的摩擦学行为。结果表明：高于800 ℃退火处理,PCBN粘结剂氧化生成TiO₂。当800 ℃退火的PCBN对磨Si₃N₄球时,出现轻微的粘着磨损;900 ℃退火的PCBN对磨Si₃N₄球时,粘着磨损现象加重;然而,1000 ℃退火处理后,磨痕处磨粒磨损和粘着磨损共存。且PCBN对磨Si₃N₄球时,摩擦系数与退火温度有关。     

QXG型潜孔锤取心跟管钻具的研制

介绍了QXG型潜孔锤取心跟管钻具的结构特点、设计参数及使用注意事项。QXG系列潜孔锤取心跟管钻具是一种基于潜孔锤跟管钻进及潜孔锤取心钻进技术设计的新型钻具,能在钻进的同时跟进套管、保护孔壁、防止钻孔坍塌,适合松散地层取心钻进。     

空气反循环钻井井底流场模拟实验器的研制

井底流场是空气反循环钻井能否高效携岩和有效形成反循环的核心流场,而井底流场模拟实验器是开展相应研究的关键设施和必要手段。基于反循环井底流场形成特点,设计了空气反循环钻井井底流场模拟实验器装置,并对主要零部件的设计过程进行了详细分析。井底流场模拟实验器可模拟不同切削具底出刃对应的中心孔压力变化;内喷孔与底喷孔不同组合情况下孔底流量分配;及不同类型内管倾角变化对中心孔压力影响的实验研究。进而也可考察不同结构参数变化对井底流场的影响,为空气反循环钻井井底工具的结构优化设计提供重要的理论和试验依据。     

确定油田钻井岩心原始方位的古地磁学方法探讨

通过对南泥湾油田钻井岩心部分样品的古地磁学实验分析,表明可以提取并分离岩石在不同地质历史时期所获得的剩磁组分,即次生粘滞剩磁分量(低温分量)与原生沉积剩磁分量(高温分量)。经分析可知,采用以低温分量拟合结果为主,并辅以高温分量拟合结果的方法可以很好的确定钻井岩心原始方位,从而对油田的进一步勘探开发有裨益。     

受控定向钻进技术在福建马坑矿区的应用

重点介绍了福建马坑矿区ZK8321分支孔受控定向钻进技术。施工中运用了国内先进的螺杆钻造斜技术及光纤陀螺测量定向技术,避开上部复杂孔段（松散破碎层、溶洞地层、采空区等）及对勘探工作的影响,达到了施工目的;总结了施工技术难点与措施,分析了施工技术效果,积累了宝贵的施工经验。