Ø215.9 mm四牙轮取心钻头设计与应用

针对硬岩及复杂地层取心钻进效率低、钻头寿命短的问题,依托“深海钻探技术与工程支撑”项目研制了?215.9 mm四牙轮取心钻头。通过合理布置牙轮角度与分布、优化取心结构,有效提高岩心采取率,保证钻头在硬岩中的钻进速度与可靠性。在之前进行了陆地试验和海洋试验并不断优化改进的基础上,本次在内蒙古自治区呼和浩特市清水河县首次进行了实验性的地热勘探取心施工,全段地层均为高研磨性、高硬度花岗岩,取心困难。采用?215.9 mm牙轮取心钻头配合常规的取心钻具,钻进效率达1.2 m/h,岩心采取率为70%~90%,取得了较好的应用效果,为海洋钻探硬岩取心提供了技术保障。     

扩张式随钻扩孔器扩孔机构流场分析与优化

随钻扩孔是大洋钻探跟管钻进工艺的关键技术环节,扩张式随钻扩孔器通过压差控制刀翼的张开和闭拢,扩孔率大,可有效实现套管跟管钻进。设计了悬臂式扩孔器,采用偏置式喷射孔布置对刀翼进行冲刷,运用计算流体力学理论,采用标准k-湍流模型,对喷射孔在不同角度和直径下的流场进行模拟分析。模拟结果表明：作用于扩孔刀翼切削齿的流体速度和动压力受喷射孔角度、直径和环空钻井液综合影响;随着喷射孔角度α从40°递增至90°,作用于切削齿的流体速度呈类余弦曲线变化;随着喷射孔直径d从4 mm增大到10 mm,作用于切削齿的流体速度和动压力呈抛物线型变化;综合考虑冲刷效果、加工性能和喷射流体与环空钻井液的相互作用,优选α=70°、d=8 mm。陆地试验和浅海试验证明,扩张式随钻扩孔器结构功能可行,扩孔尺寸满足套管正常跟管钻进需求,优选的喷射孔角度和直径可对刀翼形成良好冲刷,有效防止泥包产生。研究成果可为大洋钻探不同规格的随钻扩孔器设计提供参考依据。     

破碎带地层钻探化学凝胶护壁堵漏技术的研究与应用

针对目前大洋钻探钻遇破碎带硬岩地层复杂情况,在总结国内外破碎带地层钻探施工中的主要技术难点与对策的基础上,结合现场施工中的实际情况,分析施工中经常遇到的破碎带地层特点,提出了应用化学凝胶技术解决破碎带地层井下复杂问题的新思路。提出了适用于不同地层温度的化学凝胶体系基本配方,通过正交试验设计,优选出了最佳体系配方,形成一套完善的适合深海钻探用高温树脂凝胶护壁作业规程。     

近十年国内钻井液降粘剂研究进展

随着能源消费持续升高,常规资源无法满足日常需求,进行深井钻探显得尤为重要。然而,井底深部高温带来的钻井液粘度增加、流变性变差等问题,致使降粘剂成为不可缺少的钻井液处理剂之一。降粘剂主要通过拆散或阻拦粘土颗粒间形成网架结构,从而达到降低钻井液粘度、改善流变性的目的。结合相关研究文献,综述近十年来国内钻井液降粘剂的研究现状,介绍了3大类降粘剂：合成聚合物类、改性天然材料类、利用工业废料制备降粘剂。针对目前存在的问题,指出未来应从分子结构设计层面研发低成本、环保、适用于高温高盐高密度钻井液的降粘剂,同时注重工业废料的利用,积极与现场应用相结合加快成果转化。近年来,合成聚合物类降粘剂研究量居多、发展最迅速,本文着重介绍了此类降粘剂的发展现状及应用前景。     

HTD-3型高温堵漏材料研制及性能评价

深海钻探往往伴随着高温、高压,对钻井用堵漏材料提出了新的要求。首先通过对颗粒状、纤维状和片状堵漏材料的耐高温筛选,制作了HTD-3型高温堵漏材料。然后使用DL-3A型高温堵漏评价仪器对该堵漏材料的抗温、承压和封堵性能进行了测试,利用SEM电镜扫描对堵漏材料架桥情况进行了观察和分析,最后以5%梯度浓度进行了配伍性实验。测试结果表明,HTD-3型高温堵漏材料除对钻井液密度影响稍大外,对钻井液其他基本性能影响较小,在该材料中,不同级配的颗粒状材料完成了架桥,纤维状和片状材料完成了充填,形成了强度较高的封堵墙。通过实验证明：HTD-3型高温堵漏材料不仅有着较好的抗温、承压能力,还有较好的封堵效果。HTD-3型高温堵漏材料的研制为未来深海钻探堵漏提供了一种可行的选择。     

地质钻探过程状态监测App软件设计与应用

区域钻场数据监测对地质钻探过程的控制和决策具有重要意义。为解决当前大多数钻探过程状态监测系统存在的钻孔数据单一、数据互联不通以及缺乏远程便携式监测软件等问题,结合移动通信和互联网技术,开发一款基于Android的地质钻探过程状态监测App。该App整体采用模型-视图-演示器架构进行设计,具有实时监测、历史曲线趋势分析等一系列功能。在辽宁丹东3000 m科学钻探工程现场投入使用,取得了良好的状态监测效果。该App可实时获取钻进过程状态信息,并及时提醒专家进行操作调节与决策,为地质钻探施工提供很大的便利。     

公益性陆域油气地质调查钻探工程技术进展与攻关建议

公益性陆域油气地质调查主要针对“新区、新层系、新类型、新领域”开展基础性、公益性、战略性工作。近年来,通过部署多项油气地质调查科技攻坚战,取得了一批重要地质发现及页岩油气突破,为国家能源安全保障做出了应有贡献。但“新区、新层系、新类型、新领域”的陆域油气地质调查工作区具有复杂构造区多、工作程度低、工程实践少、资料相对缺乏的特点,导致钻探工程面临复杂故障预见性差、安全风险高、地质目的实现难度大等挑战。结合近年来油气地质调查钻探工程实践,对公益性陆域油气地质调查钻探工程总体现状、难点挑战、技术进展进行了阐述,从安全环保、取全取准各项地质资料、提速降本等角度,提出了技术攻关建议,以期对公益性陆域油气地质调查钻探工程的发展和进步起到一定推动作用。     

国内外土壤环境调查声波钻机研究进展及发展探讨

主要论述了声波钻进技术在理论以及应用方面的研究进展。阐述了声波钻进技术的发展历程;其次调研并对比了国内外声波钻机代表机型,分析得出国内同类钻机存在的不足。分析了声波钻机在土壤环境调查中的应用,可满足不同地层的连续完整原位弱扰动采样要求。探讨了声波钻机研发方向,如高频声波动力头双振子结构和复合橡胶减振材料的研发,以稳定达标150 Hz高振频并增强动力头寿命;抗疲劳、抗冲击铬钼合金材料的研发,以解决高振频下钻具疲劳损伤问题;故障诊断识别和自动修复、远程无人化操作和挥发性有机污染物在线监测系统的研发,以提升高频声波钻机的智能化和自动化水平。     

高原铁路水平定向试验孔施工概况和关键技术

川藏铁路地处高原高寒高山峡谷地区,铁路隧道勘察十分艰难。开展了千米级水平绳索取心钻进技术与装备研发,在川藏铁路卡子拉山一号隧道DZ-卡子拉山一号-定向实验-01孔进行应用示范。成功完成1212 m水平定向试验钻孔,查明陡倾岩层3条断层和19处节理密集带,方位角偏差≤1°,孔斜0.76°/100 m,机械钻速3.09 m/h,台月效率350.29 m,创造国内水平绳索钻杆PQ、HQ深度588 m和974 m两项最新记录。攻克难进入地区钻孔无法搬迁和查明混杂陡倾岩层构造的难题,突破过去垂直“点”勘察变为水平“线”勘察,直观查明隧道洞身段地层岩性、陡倾岩层构造、水文地质条件等情况,为解决高原铁路长大深埋隧道勘察难题提供了借鉴,具有示范与推广作用。     

复杂深海工程地质原位长期监测系统研发与应用

海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号” “张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207 Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。