深孔取心钻进用高速顶驱式钻机

回顾总结了汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)项目钻探装备的研制和改造过程,详细描述了2种高速顶驱式岩心钻机的总体方案、应用效果和存在问题,简要分析了高速顶驱钻进、顶驱/转盘双回转钻进以及交流变频电驱动技术在深部复杂地层钻探领域的应用前景,对建立我国深部钻探装备体系具有一定的参考价值。     

全液压顶驱钻机背钳的设计及运动仿真分析

针对大陆科学钻探接卸钻杆进行上卸扣操作复杂繁琐、夹持稳定性差等问题,设计了一种适应于科学钻探全液压顶驱钻机的新型背钳装置。该装置具有夹持力大、对钻杆损伤小、工作性能稳定、双向浮动等特点,解决了钻进过程中频繁倒杆问题,快速完成上卸扣操作作业,极大地缩短了辅助作业时间。并利用ADAMS动力学仿真软件,对夹紧机构进行了运动仿真分析,验证了机构设计的合理性。     

典型含煤地层锚固孔钻进动力特性与地层信息识别研究

为研究煤矿井下巷道锚固孔钻进动力学特性,满足煤矿智能钻探技术需求,以顶板锚固孔回转钻进为研究对象,结合钻柱动力学理论推导、数值解析、有限元仿真和动力响应信号识别技术,深入分析了典型含煤地层锚固孔钻进过程中的动力特性。推导建立了钻柱动力学模型,得出了钻柱系统动载受力的解析解,包括轴向力、切向力和转矩的计算方法。在典型煤层中,动载轴向力和切向力随压入深度的幅值区间为0.18～0.31 kN;动载轴向力和切向力随钻速的幅值区间为0.17～0.29 kN。进一步得出钻柱系统的振动加速度解析表达式,结合巷道支护工程背景,确定了钻柱系统的横向和纵向振动加速度是钻孔施工中衡量含煤地层特性的重要指标。通过有限元仿真分析了锚杆钻头分别钻进砂岩岩样、煤层岩样、孔洞砂岩和碎软煤样等4种典型含煤地层岩样时的载荷变化曲线,结果表明:钻进载荷在岩样强度变化时差别明显,在典型煤层中的仿真结果与解析计算的结果基本一致。利用制备的4种典型含煤地层岩样开展了实钻试验,通过加速度传感器对钻具振动信号进行采集和处理,并对振动加速度信号识别地层方法的有效性进行验证,试验结果表明:振动信号能够在锚杆钻头回转钻进条件下快速有效识别典型含煤地层特性,尤其在面对空穴发育地层和碎软煤层钻进的特殊工况时,钻进振动响应信号对地层识别效果良好。研究结果为煤矿井下巷道地层信息动态智能探测和钻探质量提升提供了有效途径。     

液动冲击器孔底振动测试系统

煤层气开采井钻进过程中经常会用到冲击回转钻进,冲击回转钻进是一种高效的钻进方法,而液动冲击器则是冲击回转钻进的核心。设计了一种液动冲击器孔底振动测试系统,利用该系统可以对孔底液动冲击器的实际工作情况进行分析,系统设计完成后,在通过了室内实验的前提下进行了现场试验,试验结果显示测试系统满足实际使用需要。     

4000m交流变频电驱岩心钻机的研制及其在地热井的工程应用

为满足深部找矿、科学钻探以及新能源勘探等对深孔取心钻探装备的需求,开展了4000m地质岩心成套技术装备研究。4000m地质岩心钻机回转系统采用顶驱系统,实现高转速下取心钻进;在井架底部设计有转盘回转系统,可进行大扭矩低转速钻进以应对不同的工况需求;钻机塔架和升降系统能进行长立根提下钻,可缩短提下钻作业时间;钻机的电传电控系统采用了目前国际先进的全数字交流变频技术及自动化、智能化控制技术、计算机控制技术、现场总线通讯和程序控制技术等,实现回转系统的无级调速和司钻的智能化控制。研制的4000m交流变频电驱岩心钻机在天津东丽湖地热调查井(CGSD-01井)中应用,初步验证了其技术性能,具有操作简便、安全性与可靠性高、使用成本低等优点。本文介绍了4000m交流变频电驱岩心钻机的项目来源、国内外研究现状、总体技术方案、主要结构及特点、主要技术参数、野外生产试验应用等情况。     

XD系列电传动顶驱岩心钻机的研制

为了升级改造传统立轴式和液压顶驱式岩心钻机,满足深部钻探和复杂地层钻探的需要,作者将变频电传动技术、高速顶驱钻进技术、金刚石绳索取心钻探工艺融合为一体,先后开发了XD系列变频电传动顶驱式岩心钻机。本文主要介绍了XD系列电传动顶驱岩心钻机的研制过程,主要特征和配置、顶驱装置及主要性能参数、在山东、四川和重庆等地的应用情况和客户评价以及需要进一步优化的问题。     

砂卵石层高压旋喷灌浆成墙的成孔技术

讨论了回转钻进工艺、跟管钻进工艺、反循环回转钻进工艺、顶驱式回转钻进工艺以及振孔高喷成孔工艺在砂卵石层高压旋喷灌浆成墙中成孔施工适应性、有效性以及经济性。     

冲击钻进工艺在复杂地层钻孔桩施工中的若干技术问题

冲击钻进工艺对地层有着广泛的适应性,对采用回转钻进或其它钻进方法难以钻进成孔的复杂地层更能显示它的优越性。就冲击钻进在复杂地层钻孔桩施工中的几个技术问题进行了探讨。主要内容包括冲击钻头的设计、孔口护筒埋设与开孔钻进以及确保该法取得优良效果的技术措施等。     

一种同轴双向回转模式的钻具结构设计及振动模拟

钻进时的振动会引起钻具疲劳失效和损坏,为提高井下钻具的稳定性,本文设计了依靠行星齿轮系驱动内外钻头同轴双向回转的钻具结构。通过对其核心的齿轮、密封、轴承等部件进行的强度校核,证明该结构的设计强度能够满足正常的使用工况。同时基于数值模拟对该结构的振动效果进行了验证,将钻进时钻头与岩石的相互作用简化为简谐荷载,对双向回转钻具整体结构进行谐响应分析。结果显示,相比于普通单向回转钻进结构,同等条件下双向回转的钻具结构能够有效抑制扭转振动。     

大口径冲击钻进工艺在河南张得煤田钻探孔中的应用

冲击钻进工艺是对付基岩、卵砾石和漂石地层等复杂地层的高效钻探技术,可以提高钻进效率并有效防止孔斜,目前主要应用于大口径工程钻孔(一般直径>600 mm),如钻孔灌注桩和水文水井钻探中。在河南省禹州市张得煤田预查矿区的钻进过程中,大口径冲击回转钻进工艺的应用有效解决了回转钻进导致孔斜过大的技术难题,并提高了钻进效率。     

基于Workbench的组合式锚钻机关键零部件仿真研究

利用Workbench对液压夹持器进行分析,得到在不同工况下的工作振动频率与其固有频率之间的关系;对顶锚排钻框架进行静力学分析,可知顶锚排钻框架设计满足强度要求且变形较小。研究结果表明,液压夹持器与顶锚排钻框架具有强度高、运行稳定性好等特点,为锚杆支护工程施工装备的研究提供了理论参考。     

螺杆钻进工艺在青海共和干热岩GR1 钻井中的应用

为了提高干热岩钻井效率和减少井内事故,在青海共和盆地干热岩GR1井进行了螺杆钻进工艺的应用。根据现场高温井况下螺杆钻具的工作特性,改进优选了螺杆钻具的耐高温橡胶和转子定子的配合间隙,并在深孔高温(孔深3705 m,孔底温度236℃)中首次成功尝试,为进一步改进螺杆钻具在高温井况下的应用提供了经验。     

YZ-35型牙轮钻机回转机构的分析

回转机构是牙轮钻机的重要工作部分,在钻孔作业中承受最大的负荷。钻孔时负荷大、工作条件恶劣、冲击和振动大、故障率高,严重地影响钻机效率。因此提高回转机构的工作可靠性、保证钻机正常作业具有重要意义。回转机构要求各零部件有足够的强度和耐久性,结构简单,维护方便。     

基于ANSYS的煤田地质勘探钻杆振动模态分析

在煤田地质勘探中,由于钻具的共振导致钻杆折断造成严重的埋钻事故,既耽误时间,又浪费资金。用ANSYS软件分析了不同孔深时钻杆的纵向振动、横向振动及扭转振动的固有频率。通过调整钻机工作时的转速而改变对钻杆的激励频率,从而减少因振动而产生的共振,为地质勘探的顺利进行提供了参考。     

SP-I-01型全液压顶驱齿轮副振动分析

振动会对齿轮副正常稳定工作产生影响。齿轮副的设计过程中要使其固有频率避开工作频率。通过对SP-I-01型全液压顶驱传动齿轮副进行振动分析,得出了齿轮副前六阶的固有频率及对应的振型图,并计算出其最高工作频率,与其固有频率进行对比,得出了其最高工作频率低于其最低阶的固有频率,符合设计要求。     

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。     

国产旋转导向及随钻测井系统在渤海某油田的应用

旋转导向和随钻测井系统可在精确、高效控制井眼轨迹和快速识别地层性质的同时大幅度提高作业效率,降低作业成本。尤其在海上油气开发过程中具有较好的提效效果,但是长期以来该领域均被国外石油公司垄断且租赁价格高昂。中海油国产化研制的Welleader旋转导向系统、Drilog随钻测井系统经过多次试验达到了入井应用要求,在渤海某平台调整井钻井作业中进行了应用,结果表明该套系统旋转导向系统轨迹控制满足定向井轨迹要求、测斜数据准确、测井质量符合标准要求,能够实现钻井过程中的轨迹控制和测井要求。     

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。     

基于ADAMS的HR150旋挖钻机变幅机构动态仿真分析

在分析旋挖钻机变幅机构工作原理的基础上,运用SolidWorks软件对旋挖钻机变幅机构进行三维实体建模及装配,并将模型导入虚拟样机分析软件ADAMS中。利用多体系动力学理论,在ADAMS中给模型施加约束和驱动,对其进行运动学仿真分析,得到旋挖钻机变幅机构各构件的受力及油缸压力情况,验证了设计的合理性,确保设计的机械结构能够达到使用要求。     

海底沉积地层保真取样钻具的设计及应用

钻探取样技术作为海洋地质调查和资源勘探的主要方法,在海洋探索领域占据着十分重要的地位。海底地层以松软沉积物为主,常规钻探回转取样的方法极易破坏样品原状性,且样品采取率低,难以满足科学研究的要求。研制了一种以泥浆泵压驱动的沉积物保真取样钻具,并结合绳索取心技术,实现海底沉积地层保真取样。试验证明,该海底沉积地层保真取样钻具取样成功率高、作业效率高,所采取样品原位性、原状性好,完全满足海洋地质和土工实验等对样品的严格要求。