复合动力钻进工艺在干热岩钻井中的应用研究

2011年山东省地矿局在山东省利津县实施了国内第一个干热岩调查评价项目,采用转盘回转钻进,但钻效低、能耗高。为提高在高温硬岩条件下的钻进效率、缩短钻井周期、降低生产成本,2015年在福建省漳州市实施的中国地质调查局东南沿海深部地热HDR-1干热岩科学钻探工程井（井深4000.86 m,孔底温度109 ℃）和2017年在青海省共和县完成的GR1干热岩科学勘探井（井深3705 m,孔底温度236 ℃）,在施工中均探索使用了“转盘+螺杆钻具”复合钻进工艺,并在高温取心段首次测试应用了“转盘+涡轮钻具”复合取心钻进工艺,取得了良好的效果并就下一步研究方向提出了意见和建议,为螺杆钻具和涡轮钻具的深入研究提供了宝贵的高温施工经验,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

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。     

XD-10DK型小口径电动顶驱钻机的研制与应用

为了解决新疆地区铀矿勘探设备落后、劳动强度大、安全隐患多、钻效提升困难等难题,研制了XD-10DK型小口径电动顶驱钻机,该钻机采用了模块化设计、交流变频电机直驱、负载双通道、数字化检测、顶部驱动等多项先进技术。经过在准噶尔盆地车排子地区3个钻孔的现场试验,提高了铀矿勘探自动化程度和钻进效率、降低了工人的劳动强度、改善了工人的工作环境、保障了施工设备和人员安全。为新疆地区铀矿勘探乃至全国的岩心钻机更新换代提供了借鉴。     

深海底钻机动力头的钻杆自行抛弃和冲击卸扣机构

文章介绍了深海岩心取样钻机的主要部件动力头的结构及特点。根据深海钻进的特殊情况,专门在动力头上设计了钻杆自行抛弃机构和冲击卸扣机构。这两种机构可在发生卡钻事故钻机无法回收已经深入孔内的钻杆串时,可将其自行抛弃,或由于动力头扭矩液压马达出现故障不能拧卸钻杆时,冲击卸扣机构将对钻杆丝扣进行冲击使其松动而卸扣。文章重点介绍了钻杆自行抛弃机构和冲击卸扣机构的结构及工作原理。     

深孔用高钢级绳索取心钻杆分区热处理工艺试验研究

为改善绳索取心钻杆受力工况,延长钻杆使用寿命,满足深孔及特深孔钻探施工要求,开展了对绳索取心钻杆体进行分区热处理工艺的试验研究。试验选用高钢级薄壁管材,通过对钻杆两端300 mm左右的区间内进行盐浴淬火及高温回火处理,保证了调质区域的机械性能,硬度和金相组织均匀性良好,同时热处理过渡带影响区域小。试制加工的特深孔绳索取心钻杆具有两端部螺纹连接段刚性强、杆体中部韧性好的特点。该钻杆在山东莱州西岭村矿区完成了2845.55 m深孔的钻进施工,使用情况良好。     

ZDY1450LG型全液压坑道钻机及其关键技术

针对松软煤层螺旋钻进中大转矩工况下转速较低、孔内排粉不利、限制钻孔深度的问题,研制了一种高转速、长行程的ZDY1450LG型全液压履带钻机。叙述了该钻机新设计的常闭式氮气液压卡盘、伸缩缸式给进装置、防卡钻保护功能、变幅调角装置、螺旋钻杆扶正装置等关键技术。通过型式试验和工业试验验证表明,该钻机具有调整孔位和操作简单、运输方便等优点,且各关键部件设计合理,可靠性强,能提升钻机性能,提高钻进效率,减少钻孔事故。     

地层分布模型自匹配的剖面图动态生成算法

传统的剖面图算法对地层尖灭、透镜体、地层缺失处理能力差,算法精度难以满足生产要求.针对该问题,笔者提出一种地层分布模型自匹配的地质剖面图构建算法.首先,构建了工程钻孔数据结构;然后,根据地层分布规律定义地层分布模式,并推导出各个模式下地层剖面线生长策略和规则,通过地层分布模型规则和匹配算法判断地层点的剖面线从属关系;最后,将剖面线点集连接成线,并进行标注与地图整饰.笔者算法克服了传统钻孔相邻连接造成的连续性差、一致性欠缺的缺点,能够对地质剖面的歼灭、透镜体、地层缺失现象有准确地处理.实验表明,采用本文算法所构建的地质剖面图能准确、高效地反映研究区域的地层分布,广泛适用于工程生产.     

北京一号卫星影像的数据融合研究

"北京一号"卫星是我国近期发射的一颗中高分辨率对地观测小卫星.鉴于数据融合技术在遥感领域的重要作用,对该卫星多光谱与全色波段数据进行不同融合方法的实验.具体以河南新郑地区为实验区,应用遥感处理软件,通过定性分析和定量评价,得出Brovey变换是目前较适合北京一号小卫星数据的融合方法,而小波HIS变换则是以后研究的重要发展趋势.     

煤矿井下碎软煤层泡沫钻进技术及应用

针对煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采中风压空气钻进施工中排粉能力有限,易造成粉尘污染问题,提出采用煤矿井下泡沫灌注系统及宽翼螺旋钻杆进行高效泡沫钻进的技术方案。通过对钻孔环空间隙流场的数值模拟,研究宽翼螺旋钻杆结构对泡沫钻进高效排粉的影响,确定头数3、槽宽26 mm、螺距110 mm为宽翼螺旋钻杆的优化结构参数。在淮北某矿3204工作面碎软煤层中进行了深度达195 m的本煤层钻孔试验,结果表明,相对于中风压空气钻进工艺,钻进回转阻力降低了42%~48%,表现出高效的排粉效果,可提高煤矿井下碎软煤层钻孔深度和成孔率。该工艺可为类似煤矿井下深钻孔施工提供借鉴。     

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。