钻进方向可调的高压气射流钻具

传统钻机大多依靠连接在钻杆前端的旋转钻头上的硬质合金块切割实现钻进,随着钻孔的钻进其钻头会被磨损。现介绍一种新型的钻进方向可调的高压气射流钻具,其钻杆不需要旋转即可进行钻进,解决了长钻孔施工时需要大转矩的问题;钻具的钻杆上引入了为钻杆提供前进或后退动力的行进机构,解决了长钻孔施工时钻杆前后运动动力不足的问题;钻具的钻头通过气体驱动旋转并释放出高压气体流,产生类似于水刀的效果,最终达到切削煤层或岩层的目的。方向可调的高压气射流钻具的新功能,能够克服传统钻机存在的诸多缺陷。     

青海省祁连县红川矿区钻探施工初探

青海地区海拔高、无霜期短,4000 m以上海拔常年存在20 m不等的永冻层,在该地层钻进过程中受冲洗液冲刷和钻杆高速转动摩擦产生热量等因素影响,化冰过程中产生地层溶蚀,进而逐渐崩坍,造成钻进难、成孔难;加之气温低造成高分子溶解困难,冲洗液流变性差,性能难以发挥。通过改进开孔钻具接头和优化冲洗液性能,较好地解决了高原矿区施工难题。重点介绍了钻具接头的改进以及现场冲洗液技术。     

冲击—回转式凿岩扭矩的计算与分析

在冲击—回转式凿岩机向岩石钻进过程中,旋转中的钻具承受着两种力矩的作用:一是驱动其旋转的动力矩;二是被钻岩石阻止其旋转的阻力矩。驱动力矩必须大于阻力矩,方可使凿岩机稳定而正常地运转。本文分析了阻力矩的构成及影响因素,建立了相应的参数计算公式和阻力矩的计算公式。为此,可根据钻头结构参数、工作状态和岩石条件。预估各种冲击—回转式凿岩必须予以保证的驱动力矩,为各种螺旋副回转机构、潜孔凿岩钻具的设计、回转电机的选择及工作状态参数的确定等提供了可靠的理论依据。     

大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法先导性试验

依托某煤矿区大直径钻井工程项目展开了大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法的先导性试验。在试验过程中,采用Φ710/311 mm扩孔用集束式反循环潜孔锤和Φ127/70 mm双壁钻具,通过优化风量、风压、转速等反循环钻进工艺参数,取得了良好的反循环效果,最高机械钻速达到了4 m/h,平均机械钻速2.1 m/h,与同条件下常规牙轮钻头扩孔钻进方法相比提高了2.6倍以上。试验结果表明：大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法是解决大直径钻孔硬岩钻进难题的一种行之有效、值得深入研究与推广应用的高效钻进方法。     

结晶岩取心深孔钻进施工设想技术方案

介绍了制定中国结晶岩取心科学深孔钻进施工技术方案的总原则和先决条件。以此为基础，提出了建议的钻孔结构套管程序。最后提出了能满足这些原则、条件以及钻孔结构和套管程序要求的５０００ｍ取心科学钻孔施工设想技术方案。     

专家系统在钻头设计及使用中的应用

运用人工智能技术，创造性地将设计及使用小口径金刚石钻头和大口径工程施工钻头的知识与经验编制成相应的专家系统，具有较高的实用价值。     

承德M24矿区深孔钻探钻进参数的选择分析

结合承德M24矿区深孔钻探工程,对钻进参数的选择情况进行了分析。分析认为,深孔钻进中,钻进压力的选择要综合考虑钻进的口径大小,岩石的硬度、强度、研磨性、完整性;在一定范围内,金刚石钻头的钻速和转速成正比例关系;冲冼液的选择应根据钻头类型与规格,胎体性能,钻孔深度,岩石研磨性、完整程度等来选择;适当扩大金刚石钻头的外径尺寸,能有效地避免高泵压的危害;可通过观察钻机主电机的电流指示表数值变化,判断孔内钻杆工况,电流的变化反映出钻机回转扭矩的变化。     

基于扭矩的安全钻进控制

扭矩是钻进过程中的一个重要参数,扭矩太小时破岩效率低而影响机械钻速,扭矩太大又可能会引发钻具事故,因此需要针对不同的钻具组合,探讨井口处钻柱及钻头扭矩计算方法。本文针对提供扭矩的顶驱或者电动钻机,阐述了钻柱井口扭矩值的计算。根据底部钻具组合中是否带螺杆钻具,提出了钻头处扭矩的计算方法。研究结果得出,在电机电压和负载电阻一定的条件下,井口钻柱的扭矩随其转速变化,一旦转速确定,则扭矩就确定。如果底部钻具组合中不带螺杆,则整个钻柱的扭矩值从井口到钻头向下逐渐递减;如果底部钻具组合中带有螺杆,则钻头扭矩就是此压力降下螺杆的输出扭矩值。螺杆的输出扭矩值与其负载压力降大小成正比,钻井液排量一定的情况下,一旦螺杆的负载压力降确定,其输出扭矩值确定。只要井口与钻头处扭矩差值不超过整个钻柱任意一处的抗扭强度,钻柱就不会发生因扭矩导致的事故。研究结果表明,本文提出的方法为科学选择顶驱或转盘转速及电机功率,合理匹配钻头和螺杆钻具等方面提供了理论指导。     

空气潜孔锤钻井工艺在煤层气井中的应用

本文主要介绍了空气潜孔锤在煤层气钻井中工作原理、钻具组合、主要技术参数的计算选择和钻进中的注意事项,并尝试采用三牙轮钻头进行冲击回转钻进第四系,提高整体钻进效率。     

空气冲击钻在大口径采动井施工技术研究

针对煤层气地面大口径采动井施工中遇含水、局部塌孔地层发生井壁失稳、井内岩屑返排不净及接钻杆时井底岩粉倒灌堵塞钻头的问题。开展并形成了以改进钻具组合为核心,改变加接钻杆方式等工艺的配合。结合现场实践,成功解决了钻遇强富含水层钻头堵塞、岩屑上返的难题,在提速方面取得了良好的效果,钻井周期明显缩短,经济效益明显提高。     

Water separator shows potential for reducing respirable dust generated on small-diameter rotary blasthole drills

Drilling with water has the potential to significantly reduce the respirable dust concentrations generated from small-diameter rotary drills when drilling blastholes on surface mining operations. However, water adversely affects tri-cone drill bits commonly used in surface drilling operations, causing excessive wear and premature replacement. Consequently, dry drilling with a dust collector system has the most widespread use in the industry. Tests have been conducted by the National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH), Pittsburgh Research Laboratory (PRL) on a newly designed device for smaller diameter drills that separates the water from the bailing air before it reaches the bit and thus provides the cost benefit of dry drilling while providing the benefit of wet drilling for dust suppression. The water that is delivered to the hole with the bailing air is separated from the air by a proprietary mechanical device that is encased in a drill sub (short section of drill rod/pipe) located immediately behind the cutting bit. A cascade cyclone and a real-time dust monitor were used to sample dust emissions from the holes. Dust concentrations and silica content were measured when drilling dry versus drilling wet. The tests show that drilling with this water separating sub can reduce both measured dust emissions from the boreholes and visible dust around the drill rig.     

煤层顶板硬岩大直径定向钻孔施工关键技术

根据顶板高位定向钻孔快速钻进成孔与工作面卸压瓦斯高效抽采治理需要,针对现有螺杆马达定向钻进技术与分级扩孔方法存在的问题,开展了顶板硬岩定向钻进与大直径扩孔钻进关键技术研究,开发了冲击回转定向钻进技术、扭冲回转定向钻进技术、扭冲旋转扩孔技术以及双级双速扩孔技术等钻孔提速新技术,研制了冲击螺杆马达、矿用小直径扭力冲击器、双级双速螺杆马达、组合式扩孔钻头等配套钻具。综合试验结果表明,硬岩定向钻孔平均机械钻进效率达到8.34 m/h,最高达到13.6 m/h,较常规螺杆马达定向钻进技术提升20%~30%;硬岩大直径扩孔终孔直径达到200 mm,机械钻进效率平均达到5.6 m/h以上,最高达到10.5 m/h。该技术提升了顶板硬岩定向钻进效率与大直径扩孔钻进效率,缩短了顶板高位定向钻孔的综合施工周期,为大直径高位定向长钻孔快速成孔与高效抽采治理回采工作面卸压瓦斯提供了可靠的技术手段。     

大直径整体式宽叶片无磁螺旋钻杆研制及应用

基于铍青铜(C17200)的大直径整体式外平无磁钻杆在松软煤层螺旋钻进中出现裂纹或断裂的现象,通过扭矩试验揭示了断裂原因。在分析煤矿井下钻探施工对钻孔轨迹测量配套无磁钻杆要求的基础上,提出基于无磁不锈钢(DWNM102HS)的设计方案,通过扭矩试验和弯矩试验验证该方案的可行性,设计了大直径整体式宽叶片无磁螺旋钻杆。试验结果表明:该钻杆整体力学性能优异、排渣效果好、兼容性好,能满足钻探施工的实际需求。     

旋挖钻头设计制造数据库系统设计

旋挖钻进施工目前是我国常用的桩工施工工法。旋挖钻机施工由于效率高、噪声低、环保、成孔质量高等特点,施工范围极广。但由于施工地层各不相同,需要选择不同形式的钻头来满足不同的施工要求。合理地选择和使用旋挖钻头,能够丰富旋挖钻机的施工工艺,拓宽旋挖钻机的施工领域。建立旋挖钻头数据库系统,为旋挖钻头的设计、制造、选型提供数据支撑,满足日益复杂的施工要求。本文介绍了旋挖钻头设计制造数据库系统的设计及应用情况。     

特殊保径结构PDC钻头在渤海油田应用

随着石油勘探开发技术的不断进步,旋转导向钻井系统在现代钻井中的应用越来越多。但当面临更加复杂及曲率更高的井身结构时,单依靠Xceed指向式旋转导向工具不能完全满足钻井作业的要求。针对这一情况,提出一种特殊保径结构的PDC钻头,其特殊在于上部1 in标准保径,下部3 in保径为0.6°倒角保径。经过计算机模拟分析,这种PDC钻头相较于常规PDC钻头不但可以提高钻具组合的造斜能力还能提高钻具工作稳定性。在渤海油田现场使用表明,这种特殊保径结构的PDC钻头具有更强的造斜能力,保证旋转导向工具和其它井下工具稳定性,减缓井下仪器由于井下震动导致的失效。     

套铣打捞处理定向钻孔卡钻事故工艺及应用

针对煤矿井下近水平定向钻孔施工过程中常遇到的塌孔、卡钻事故,对比分析了常用事故处理方法及套铣打捞的原理、工艺参数及适用性。在山西阳泉新景矿成功处理孔深210.2 m的卡钻事故,将定向钻具及测量仪器顺利提出,同时保住了钻孔。结果表明,采用φ120 mm套铣打捞钻头+φ114 mm套铣打捞钻杆的钻具组合,回转转速控制在10~20 r/min,满足此次套铣打捞工艺要求,为类似钻孔事故处理提供借鉴。     

Study on dust control performance of a hammer drill bit

A computational fluid dynamics (CFD) study was conducted to investigate the effect of several important factors on the dust control performance of a down-the-hole (DTH) air hammer drill bit for reverse circulation drilling in mines. It was shown that an increasing number of suction nozzles or inclination angles of suction nozzles was advantageous to improve dust control performance of the drill bit. Lowering the location of suction nozzles in the drill bit body is another way to increase its ability to control dust. There exists a critical diameter of suction nozzles for dust control performance. A series of experimental tests in the laboratory were carried out to validate the results of CFD modelling. It was shown that the CFD simulation results were in good agreement with experimental data. A prototype of the drill bit was built for testing in laboratory experiments. The same prototype was field-tested by drilling vertically downward exploration boreholes in one of the largest Molybdenum Ore Districts in Luanchuan of Henan Province, China. Field test results indicate that the modified drill bit could control drilling dust effectively. No cuttings escaped from the borehole when it was used for downward drilling. The DTH air hammer drill bit has not been tested for drilling a vertically upward hole, and therefore, future studies are required to improve the suction capacity of the drill bit for drilling vertically upward holes.     

高温硬岩空气潜孔锤钻头设计

干热岩试验性开发井钻井施工,在高温硬岩的地层条件下,如何实现高效钻进仍存在很多技术难点。空气潜孔锤钻进技术是解决硬岩地层钻进的有效方法之一,潜孔锤钻头是空气潜孔锤钻进的关键器具。根据青海共和干热岩GH-01井空气潜孔锤钻进技术应用情况,分析探讨了空气潜孔锤钻头断齿、掉齿、磨损严重、使用寿命短等问题,从钻头结构设计、钻头材料选取、钻头冷压固齿工艺等几个方面对空气潜孔锤钻头进行了优化。固齿优化过程中采用有限元分析方法,对钻头冷压固齿过盈量进行仿真分析计算,根据分析计算结果确定最优固齿过盈量。通过对潜孔锤钻头结构、材料、加工等优化,为适用于高温硬岩的空气潜孔锤钻头研制提供了借鉴。为提高空气潜孔锤钻进综合效率,为干热岩钻探开发提供了技术支持和技术储备。     

液力衡扭旋冲提速工具及其在达深16井的应用

大庆油田深部地层岩石坚硬、研磨性强,运用常规手段钻进,单只钻头进尺少、寿命短且机械钻速较低。应用液力衡扭矩提速工具,有效解决了这些问题,显著提高了机械钻速和单只钻头的进尺。通过达深16井的现场试验证明,该工具能够使钻头的破岩方式在剪切的基础上附加机械冲击和高压水力脉冲,有效提高PDC钻头剪切岩层的效率,为深井提速提供了一种有效的手段。     

煤矿井下定向钻进螺杆钻具力学分析

单弯螺杆钻具是实现煤矿井下近水平定向钻进的重要工具之一。文章采用纵横弯曲法对煤矿井下单弯螺杆钻具进行受力和变形分析,阐述了变斜力和变方位力与钻压、第一跨梁长度、钻孔曲率、结构弯角及工具面向角等因素的关系。此外,通过对螺杆钻具的扭矩、轴向荷载和离心力的分析,有助于全面了解螺杆钻具的工作状况,对正确使用和维护钻具、保证定向钻进施工的顺利进行具有重要意义。