救援钻孔用双钻头扭矩自平衡钻进系统理论与实验

快速安全构建应急救援通道是在矿山事故发生后解救井下被困人员的有效方法,常规救援井钻进技术主要有潜孔锤冲击钻进技术和复合钻进技术,存在钻机结构庞大、钻进工艺复杂、对地层扰动大和中靶率低等不足,尤其在破碎地层易产生二次事故,很难有效满足救援要求。为确保救援钻孔的地层适应性和孔壁稳定性,提出了双钻头扭矩自平衡钻进方法,建立了双钻头逆向驱动数学模型,通过独立逆向驱动内外2个钻头实现双钻头的同步逆向回转碎岩,上部钻具主要受简单的轴向拉压力作用,对井壁产生的扰动微弱。同时,双钻头交替给进互相扶正,可有效防止孔斜,实现精确中靶。双钻头扭矩自平衡钻进系统主要包括近钻头驱动局部扭力闭式自平衡、内外钻头钻压调节和钻具传压隔扭3大部分。依据该系统的功能需求,设计了钻具整体结构系统,并利用有限元分析软件对内钻头传扭轴、调压丝杆和传压隔扭轴承座等关键部件进行强度校核与优化,研制了一套双钻头扭矩自平衡钻进系统功能样机。对整套系统双钻头同步回转、交替给进、系统密封和自动控制等进行一系列测试和调控检测,并开展针对软、中硬和硬3种不同岩性岩石的室内钻进试验,结果表明:该系统对孔壁和岩心的扰动小、中靶率高,在不同岩性地层均具有较高的钻进速度,验证了双钻头在近钻头驱动下扭矩自平衡的可行性,为矿山灾害生命保障救援通道的快速安全构建提供了一种安全高效的方法。      

海底硬岩钻探的现状与前景分析

海底硬岩是世界大洋钻探实现“莫霍钻”目标必然钻遇的地层。世界大洋钻探实施的航次中已多次钻遇海底硬岩,不仅采获了岩心样品,也在钻进施工中发现了诸多问题。本文搜集了近年来世界大洋钻探实施的309、312、335、360和384等有关海底硬岩钻探航次的资料,在对航次情况简要介绍的基础上,重点阐述了目前海底硬岩钻探在钻头、井壁稳定以及取心工具等方面遇到的挑战以及采取的应对措施,并对今后海底硬岩钻探的发展进行了展望。     

银额盆地蒙苏地1井钻井设计与施工

蒙苏地1井是中国地质调查局部署在银额盆地艾特格勒凹陷的一口大口径重点油气地质调查井,根据该区块地层地质概况和钻井施工技术难点,从井身结构、钻具组合、钻头选型和钻进工艺等方面对蒙苏地1井钻井工程进行了优化设计。综合采用 “简化井身结构+非常规钻具组合+常规钻头选型+强抑制性泥浆”的钻井技术方案,解决了中生界巴音戈壁组和二叠系上部地层的高硬度、可钻性差、裂缝构造易井斜及井壁失稳等一系列难题,顺利完成了该井的钻井施工任务。该井完钻井深2763.66 m,完钻口径215.9 mm,平均机械钻速3.51 m/h,成功揭示了中生界和石炭-二叠系岩石组合特征及含油气性,优质、高效、零事故完成各项目标任务。     

国外钻井工具与仪器新进展及国内发展建议

页岩气、致密油气、深井超深井油气和深水油气的勘探开发对钻井工具与仪器提出了更高要求。本文介绍了国外钻井工具与仪器的新进展,钻井工具包括高效破岩钻头（Aegis铠装合金钻头、Crush＆Shear?混合式钻头、智能自适应钻头、StrataBlade*凹面金刚石元件钻头和HyperBlade*双曲面金刚石元件钻头）、辅助破岩工具（Navi-Drill DuraMax井下马达、NitroForce?高性能螺杆和耐温300 ℃螺杆钻具）和循环短节（iCWD智能循环短节、iDisc智能循环和丢手工具、MOCS G2循环短节和JetStream?RFID循环短节）,而钻井仪器包括旋转导向工具（Lucida高端旋转导向系统、RST旋转导向系统、VectorEDGE旋转导向系统、HALO高性能旋转导向系统和NeoSteer@bit导向系统）和随钻测量仪器（TruLink*高分辨率动态MWD、IriSphere*随钻前视LWD、HEX200℃高温LWD和Quest^TM随钻陀螺测斜仪）。在此基础上,对国内钻井工具与仪器的未来发展提出了建议。最后指出我国应尽快完成核心钻井工具与仪器的国产化,继续加大低成本替代技术的研究力度,以实现经济有效开发。     

页岩气地质调查井小口径绳索取心钻探技术分析

小口径绳索取心钻探技术在页岩气地质调查井中具有不可替代的优势,同时也存在较大的局限性。结合小口径绳索取心工艺在10余口页岩气调查井的应用情况,从地质条件、技术要求、设备及配套机具等方面归纳总结了施工中的难点,从井身结构、设备配置、取心工艺、泥浆体系、复杂情况预防等方面提出了优化方案。依据优化后的施工技术措施,在后续施工的页岩气调查井中取得了良好的效果,岩心采取率保持在97%以上,台月进尺超过了400 m,复杂发生频次控制在2次以下。对下一步小口径页岩气调查井施工具有一定的借鉴意义。     

海上顶部双驱动联动隔水管钻探取心技术

我国南海海域分布着大量礁灰岩地层,这种地层具有原生孔隙大、压缩性强、容易变形、强度小等特点,因此易渗透、易破碎、易坍塌。在岛礁上钻探也常常出现断钻、垮孔、埋钻等事故。对于海洋礁灰岩地层钻探,不仅要克服陆地上面临的问题,还需要面对更为复杂的海洋环境。为解决海上特殊地层取心困难问题,基于船载无隔水管钻探系统,开发了海上顶部双驱动联动隔水管钻探取心技术。该钻探取心技术方案在西沙海域4个不同的站位进行了海洋钻探试验。试验结果表明,该技术可实现高效率、高岩心采取率的海上礁灰岩取心目的,取心深度可达130.75 m,具有广阔的推广前景。     

京津冀协同发展区地应力监测孔钻探施工技术

地应力监测孔作为地应力测量与监测的基础场所,钻探施工的质量直接影响到地应力测量试验的效果,扩孔的质量更是决定地应力监测仪器能否顺利安装以及后期监测仪器能否正常工作的关键因素。本文以京津冀协同发展区地应力监测孔钻探施工为例,详细介绍了地应力监测孔的施工工艺,包括取心钻具组合、金刚石钻头选择、组装式扩孔钻头分级扩孔钻进等,对保证钻孔垂直度和同心度、降低钻孔孔径误差、保证岩心采取率,以及提高监测孔扩孔效率和质量等关键技术提出了一些具体措施,并取得了良好的钻探效果,对今后地应力监测孔的钻探施工具有重要的指导作用。     

深部盐岩层绳索取心钻井液技术研究与应用

由于次生应力场的作用以及盐岩易溶于水的特性,深部盐岩层钻进存在岩层蠕动、钻井液易遭受盐钙侵等问题;钻进参数选择不合理易导致盐岩层取心效率低、岩心冲蚀严重。本文以河南省叶舞凹陷ZK3井为例,采用石油钻井与绳索取心相结合的措施,解决了普通固体矿产钻探设备在深部地层取心中效力不足的问题;通过阳离子交换容量测定、矿物组分鉴定、钻井液体系优选及性能测试等试验,确定了针对上部泥岩地层的聚合物钻井液体系,中部含膏泥岩的欠饱和盐水钻井液体系,下部盐岩层取心段的饱和盐水钻井液体系。通过确定合适的钻井液密度与临界环空返速,可以有效控制深部盐岩层蠕变与井壁冲蚀,适度提高排量以成倍提高钻进速度。钻进过程中钻井液性能稳定,体系转换顺利且性能易于调整,为取心任务的顺利完成提供了有力保证。     

绳索取心钻进技术在松散盐岩地层中的应用探讨

地质岩心钻探中,岩心采取率一直是地质找矿、地学科研工作者重点关注的对象,也是岩心钻探重要的考核指标。传统的钻探取心方法在松散、软弱、含盐地层,特别是含易溶盐地层的取心质量不佳;绳索取心钻探在完整地层取心效果较为理想,同时可大大提高劳动生产率、降低劳动强度,而对于松散、软弱地层,其取心难度比起传统钻探有时更为复杂。通过柴达木盆地达布逊干盐湖科学钻探工程,对钻遇的地表层、松散地层如何采取技术方法提高岩心采取率进行了探索和研究。实践证明,通过改善冲洗液性能、改进取心卡簧特性及钻头出水方式3个方面技术措施,可大大提高绳索取心钻进在松散、软弱、弱固结、含盐地层的岩心采取率,由改进前的平均30%提高为平均96%。     

高钢级绳索取心钻杆管材残余应力的初步研究

有观点认为管材的残余应力是绳索取心钻杆非正常损坏的诱因之一。据此采用环切法对不同热处理和矫直工艺的冷拔绳索取心管材制造过程中的残余应力进行了检测比对,认为冷拔管材制造环节产生的残余应力是存在的,也是可控的。只要制造工艺措施得当,可以将高钢级合金管材的残余应力控制在可接受范围内;合格管材出厂时存在较高残余应力造成的钻杆折断等事故较为罕见。应从管材制造、钻杆加工、现场使用等方面入手,努力降低钻杆断裂事故。