Research on drilling parameters of engine-powered auger ice drill

Drilling operations in polar regions and mountainous areas are complicated by nature of the extreme environment. Yet conventional rotary drilling technologies can be used to drill ice for scientific samples and other research. Due to such reasons as power consumption and weight complications,it is hard to apply a conventional rotary drilling rig for glacial exploration. Use of small,relatively lightweight,portable engine-powered drilling systems in which the drill lifting from the borehole is carried by the winch. It is reasonable enough for near-surface shallow ice-drilling down to 50 m. Such systems can be used for near-surface ablation-stakes installation,also temperature measurements at the bottom of active strata layer,revealing of anthropogenic pollution,etc. The specified used in this research is an auger ice drill powered by a gasoline engine. At this stage,it is crucial to choose effective drilling parameters such as weight on bit( WOB) and drill bit rotation rate. Sensors equipped on the rig have measured the main parameters of the drilling process,such as drill speed,WOB,drill rotation speed,torque and temperature. This paper addresses research on drilling parameters of engine powered auger ice drill and supplies some recommendations for optimization of any ice-core drilling process.     

便携式模块化钻机在绿色地质勘查工作中的应用实践

以绿色地质勘查工作要求为基础,介绍了便携式模块化钻机的钻进工艺特点和应用优势。结合多种地质条件的30个钻孔对钻机应用效果进行了分析研究,探索出了“便携式模块化钻机+高效碎岩薄壁钻头+环保冲洗液”的钻探技术方法,提升了钻探工程质量和效率,降低了工程活动对自然环境的不良影响,获得了较好的社会和经济效益。同时,探索了工程活动中环境保护与治理措施,探讨了关于绿色勘查工作的管理问题。最后,对钻机下一步广泛应用提出了建议,为持续推进绿色地质勘查工作起到了较好的指导意义。     

水力割刀在岩心钻探烧钻事故处理中的应用

宁强县中坝外围预查区岩心钻探ZK1102钻孔地层裂隙发育,钻孔漏失严重。由于送浆时间不足,冲洗液未到达孔底即开始钻进,导致钻孔发生严重烧钻事故。烧钻事故发生后,通过尝试传统起拔、旋转等方法均无效后,结合便携式全液压钻机装备特点和地层条件现状,在能够确保找矿成果和事故处理的安全性、经济性以及可靠性的前提下,进行科学分析研判,甄选出了最佳事故处理方案,即利用BTW钻杆连接水力割刀切割事故段钻具,而后下入NTW钻具连接磨铣钻头研磨剩余钻具钻头,高效、经济、稳妥地解决了烧钻事故。在水力割刀实际应用中,分析总结了在不同操作顺序和切割参数下切割失败的原因,为施工人员积累了丰富的经验,为烧钻事故顺利处理打下了坚实的技术基础。本文对利用水力割刀处理岩心钻探烧钻事故进行了积极探索,为其他地区使用水力割刀处理类似复杂钻孔事故提供了参考。     

气举反循环双壁钻具流场仿真分析

气举反循环钻进工艺具有钻进效率高、工艺配套简单、孔内干净等特点,广泛应用于工程实践中。但由于配套的双壁钻具结构设计主要依据经验进行,在理论研究方面不成熟,导致对工程应用中出现的问题缺乏深度分析。文章借助数值模拟研究方法对气举反循环技术中双壁钻杆环形空间与气水混合器两个重要部件的流场速度与压力特征进行数值仿真。结果表明：减少双壁钻杆环形空间的变径或增加变径长度更有利于减少压力损失和能量损耗,气水混合器完全对称的进气孔结构更有利于上返速度的均匀性,减少堵塞问题的发生。研究结果可为气举反循环钻具的设计及解决实际工程问题提供参考。     

锂电池电动冲击取样钻机及其配套工具的研制

冲击钻进取样是支撑生态地质调查中松散地层优质高效、原状无污染取样的有效手段,但目前常见的便携式冲击取样钻机采用汽油机驱动,不能较好地适应安全生产与绿色勘查的发展要求。鉴于此,本文研制了一种以锂电池作为动力源的便携式电动冲击取样钻机及配套工具,详细介绍了钻机的电动冲击器、控制器、锂电池动力源及配套的取样器、锂电池液压起拔器的设计选型过程,并开展了钻机取样试验。实践证明该钻机及配套工具轻便可靠,可以实现5 m以浅松散地层的安全、高效、零碳排取样,是践行绿色勘查理念、推动浅层钻探装备电动化升级的有益尝试。     

伊犁盆地砂岩型铀矿孔斜防控实践分析

近年来在新疆伊犁盆地施工的砂岩型铀矿钻孔孔深大多在600~1000 m之间,钻孔终孔测井平均偏斜距在28 m左右,孔斜控制是影响伊犁矿区钻孔成孔质量的主要技术难题。伊犁盆地钻探施工多采用普通取心钻进工艺,成孔的钻杆与孔壁间的环状空间大,盆地内复杂地层引起的钻孔扩径现象普遍。普通取心钻进钻杆刚度小,钻杆在孔内转动时甩动弯曲幅度大,是导致孔斜控制困难的主要影响因素。中深孔钻孔偏斜距较大,影响地质成果质量和钻探经济效益。通过设计适合在伊犁盆地复杂地层内使用的扶正器并优化钻具组合,使伊犁盆地试验区内施工的中深孔平均偏斜距得到了大幅度的下降,该技术方案对同类型钻孔施工具有一定的借鉴性。     

沅麻盆地页岩气地质调查湘桃地1井钻井技术及井下复杂处理

为评价雪峰古陆周缘页岩含气性,2019年在沅麻盆地施工了页岩气地质调查井湘桃地1井,完钻井深1850.88 m,全井取心,平均岩心采取率97.24%。施工中应用XY-8型钻机,采用三开井身结构,配合录井及测井技术,并优选钻具组合、钻头、钻进参数、钻井液性能。因牛蹄塘组碳质泥岩失稳掉块及钻探工艺调整不及时发生了卡钻、埋钻、钻具折断等井下复杂,采取螺杆马达侧钻绕障予以解决,侧钻后同径继续钻进806.87 m至完钻。该井的顺利完钻和井下复杂处理方法为同类地区地质调查井施工提供了可借鉴的经验。     

元宇宙技术在煤矿安全培训和应急演练中的可行性研究

煤矿安全培训和应急演练是预防灾害事故发生的有效措施,但现阶段面临着培训内容枯燥乏味,演练重“演”轻“练”、形式主义等问题。元宇宙技术充分结合了VR、AR、3D、区块链、物联网、AI、数字孪生等技术,在煤矿安全培训和应急演练中具有直观、交互性强和知识转化率高等特点,可很好地解决培训单调枯燥、演练走过场的问题。虽然元宇宙从硬件、软件到各种配套设施产品日趋成熟,目前仍面临着VR设备单一,三维模型仿真度低以及仿真模拟算法落后的问题。但随着智慧矿山的不断推进,元宇宙技术的不断发展,本技术终将为煤矿及非煤矿山的安全培训和应急演练提供一个新的途径。      

井下全金属非圆齿轮动力钻具设计与可行性研究

高温高压井下动力钻具受高温的影响,其所含的橡胶等不耐高温件的寿命会大大降低,进而严重影响井下动力钻具的性能和使用寿命。而全金属非圆齿轮钻具作为一种新型的全金属容积式动力钻具对温度的变化并不敏感,十分适合高温井下工况,具有良好的发展前景。本文介绍了非圆行星齿轮马达的基本原理和特性,调研了国内外非圆行星齿轮马达的发展现状,分析了非圆行星齿轮液压马达节曲线的设计和使用寿命等关键技术。在此基础上,开展了行星马达应用于井下动力钻具的可行性研究,研制了非圆齿轮动力钻具原理样机,提出了该钻具的研发建议与方向。并通过流体力学对该钻具的端面泄漏量进行了分析,得出了对端面泄漏量影响最大的因素为端面间隙的大小,然后对改进前后的结构分别进行了有限元分析,得出改进后结构的端面间隙为+0.11～0.18μm,远小于改进前的端面间隙-0.13μm,验证了该结构的可行性。     

可退式捞矛在重庆鱼泉锰矿ZK1010号孔孔内事故处理中的应用

重庆市秀山县鱼泉锰矿深部勘查ZK1010钻孔,钻进过程中常出现断杆事故,用常规公锥打捞,起钻中途常出现跑钻事故,使事故复杂化。最后采用可退式捞矛多次成功地处理了钻杆折断事故。结合该工程实例,介绍了可退式捞矛的工作原理及优点。