Stability and nonlinear dynamic behavior of drilling shaft system in copper stave deep hole drilling

The stability and nonlinear dynamic behavior of drilling shaft system in copper stave deep hole drilling were analyzed. The effects of the fluctuation of the cutting force, the mass eccentricity and the hydrodynamic forces of cutting fluid could be taken into consideration in the model of drilling shaft system. Based on the isoparametric finite element method, the variational form of Reynolds equation in hydrodynamic fluid was used to calculate nonlinear hydrodynamic forces and their Jacobian matrices simultaneously. In the stability analysis, a new shooting method for rapidly determining the periodic orbit of the nonlinear drilling shaft system and its period was presented by rebuilding the traditional shooting method and changing the time scale. Through the combination of theories with experiment, the correctness and effectiveness of the above methods are verified by using the Floquet theory. The results show that the mass eccentricity can inhibit the whirling motion of drilling shaft to some extent. Foundation item: Project(2007CB707706) supported by the Major State Basic Research Development Program of China; Projects(2007E213, 2007E203) supported by the Natural Science Foundation of Shaanxi Province, China     

液压式低频轴向振动钻削的实验研究

先对振动钻削进行简要的介绍,设计出振动钻削实验方案;利用实验室研制的液压低频轴向振动钻削实验系统,对铸铁、铝合金和碳钢进行振动钻削实验,根据所采集的负载扭矩与钻孔孔径尺寸值数据,对普通钻削与振动钻削之间的差异进行分析;证实了振动钻削具有降低钻孔负载扭矩、提高钻孔质量的结论。     

不同钻针速率对木材微钻阻力的影响规律

为了解决微钻阻力检测设备由于不同参数设置而造成的检测数据无法比较的问题,基于IML木材微钻阻力仪可调节设置不同钻针旋转速率和前进速率的特性,试验设置5档旋转速率和5档前进速率,并交叉搭配组合,形成25种情况的参数条件设置。探讨了在不同参数设置情况下,木材微钻旋转阻力和前进阻力的变化趋势及两者之间的比例关系;分析了钻针旋转速率和前进速率对微钻阻力值的影响规律,得到了相关变化系数方程。研究结果表明：同一条件下微钻旋转阻力和前进阻力的比值范围相对固定;旋转阻力和前进阻力与钻针的旋转速率成反比关系,与钻针的前进速率成正比关系,且其各自的变化系数相对一致;微钻阻力检测中,旋转阻力能更为直接精确地反映钻针速率的变化情况。     

矿山救援钻孔定位精度和施工误差

为了指导矿山救援,提出了确定救援钻孔精度应采集的参数,用误差理论分析了影响救援钻孔精度的因素,对救援钻孔施工误差的合理值进行了研究,对传统的钻孔施工误差的确定方法进行了改进和优化,通过实例说明了其应用.研究表明,在人员位置和钻孔放样精度一定的情况下,钻孔施工误差必须控制在合理范围内.     

科学深钻岩心钻探钻进参数随钻检测与监控系统的研究

在岩心钻探过程中,对钻探生产过程的多个工作参数进行实时检测和监控是非常重要的.结合深孔岩心钻探项目,研究了配套HXY-9钻探装备的钻进参数检测与监控系统,探讨了各过程参数的检测原理和方法;通过山东莱州4000m深钻现场的初步试验表明,该系统适应性好,功能满足钻探生产的要求.     

地震勘探中的钻井成井方法

地震采集中的关键工艺技术一钻井成井技术是地震生产和科研中急需解决的难题之一。在不同类型钻机性能分析的基础上,探讨总结了不同岩性出露区的地震钻井方法。以黄桥地区为例,介绍了流沙、淤泥区地震钻井成井实验研究,提出使用水冲钻（清水井）成井深度最大可达23m,其它钻机清水钻进成井非常困难,以纳土配制的泥浆井钻进成井可靠,最大成井深度可达40m,从而解决了类似地区的钻井成井技术难题。明确指出三次闷井能有效地提高激发能量,提高信噪比。提出的方法对南方海相碳酸盐岩地区地震勘探,特别是低信噪比地区的地震勘探资料品质的提高具有重要意义。     

开发减粘降阻仿生钻具的可行性

针对钻掘技术的发展趋势 ,介绍了几种常用的干式钻进施工方法。通过分析干式钻进过程中土壤对钻具的粘附现象 ,结合减粘降阻技术的发展状况 ,提出了开发减粘降阻仿生钻具的设想 ,并对其可行性和现实意义进行了分析。     

小直径钻削性能的实验研究

本文对小直径普通钻削和在振动情况下钻削的性能进行了实验研究,并测验、绘制出三种材质的F-f线得出了实验公式,同时讨论了振动(低频)对小直径钻削的影响.     

Instrumented borehole drilling for interface identification in intricate weathered granite ground engineering

The successful application in drilling for HK simple weathered granite foundation has revealed its further use in instru- mented drilling system as a ground investigation tool in the detection of other lithology formations, geohazards, underground water, and boundary of orebody. To expand the further use and test the accuracy in identification of formation, an R-20 rotary-hydraulic drill rig was instrumented with a digital drilling process monitoring system （DPM） for drilling in an intricate decomposed granite site. In this test ground, the boreholes revealed that the weathered granite alternately changes between moderate and strong. The qualitative and quantitative analysis of the penetrating parameters, indicates the effective thrust force, rotary speed, flushing pressure, penetrating rate, and displacement of the bit fluctuate at ground interfaces. It shows that the parameters get a good response with the change of rock strength at the interfaces, which can reveal the change of the intricate granite formation. Besides, a variable-slope method has been established, for identification of dominative and subsidiary interfaces in the granite site. The result from a t-test shows that the confi- dence of the instrumented drilling system in identification of the geotechnical interfaces is up to 99%.     

多层复合材料微小孔振动钻削三参数优化

利用电控式微小孔振动钻床对多层复合材料的微小孔钻削进行了试验研究 ,对不同材料层的加工参数进行优化 ,进而提出多层复合材料阶跃式三参数振动钻削新工艺。试验表明 ,阶跃式三参数振动钻削的入钻定位误差r、孔扩量ΔD、出口毛刺高度H值比普通钻削的相应值显著降低。     

一种新型射流式液动锤的应用

液动脉冲旋转钻井技术是解决硬岩钻进难题最有效的方法之一,近年来再次成为各国钻井专家广泛关注的热点。液动冲击器应用于石油钻井具有大幅度提高地层钻井效率,降低钻井成本;减少井眼偏斜,提高钻井质量;减弱钻柱振动,避免钻柱的蹩跳现象等优点。从YD-1型新型射流式液动锤结构及工作原理、内部活塞冲锤运动、现场试验等方面进行分析研究,进一步说明该新型射流式液动冲击器在提高钻井速度、降低钻井成本、延长钻头使用寿命等方面具有重要作用。     

东海大位移井油基钻井液体系研究及应用

我国东海KQT气田大位移井钻进过程中油基钻井液存在高温稳定性及井眼清洗技术问题。为此,通过界面张力测试、乳化效率测试、显微镜观察及乳状液黏弹性和流变性测试等实验方法,优选了乳化剂、润湿剂、流型调节剂及有机土等关键处理剂,构建了大位移井用油基钻井液体系,并对其进行了综合性能评价。结果表明,该钻井液在180 ℃热滚后仍具有良好的稳定性;优选的流型调节剂可增强钻井液的结构强度,有效提高切力和低剪切速率黏度,保证井眼清洗效果;同时具有良好的滤失性及抗污染性能等。在KQT气田的4口井中进行了现场试验,取得了良好的应用效果。     

金刚石钻头质量影响钻探成本的探讨

通过建立钻探成本数学模型,结合钻探现场实际情况,文中将金刚石钻头的机械钻速、使用寿命作为评价指标,对比分析深部绳索取心钻进中金刚石钻头质量在不同孔深、不同立根长度情况下对钻探成本的影响．所得结论对钻探生产实际中选用合理的金刚石钻头机械钻速和使用寿命,从而降低钻探成本具有重要的指导意义．     

煤岩坍塌的特殊性及钻井液对策

在煤层气钻井中，煤岩坍塌造成接单根困难，起下钻遇阻遇卡，蹩泵等事故和井下复杂，通过煤岩力学性能测试和结构构造特征分析，分析了煤岩失稳的特殊性及钻井液和其它因素的影响，确定了煤层钻井的钻井技术液技术对策。优选出钻井液体系及配方，应用表明钾铵聚合物钻井液能有效地防止煤岩井壁失稳。     

SPOTE随钻测井系统的试验研究

为验证SPOTE随钻测井系统功能进行了机械密封室内压力试验、电子硬件及程序室内联调测试。制定了实钻试验方案,确定了循环系统参数、钻进参数、MWD工作参数。分析了SPOTE随钻测井系统获取的数据,与ELIS电缆复测试验数据比较,随钻地层自然伽马和电阻率测井数据与电缆测井数据一致性良好,表明SPOTE系统定向参数测量精确,同时将随钻测井曲线与Trip-log测井曲线对比,也验证了仪器有较好的测量重复性。     

浅水湖泊水上煤田钻探施工关键技术

为了进行浅水湖泊水上煤田地质勘探,研究了相应的水上钻探技术。进行了泥浆污染性试验,测试了泥浆污染指标。施工中采用了封闭的泥浆循环系统,避免了泥浆对湖水的污染;基于勘探区新生界厚度大、地质构造复杂且湖区水位变化大的特点,采用新地层全程下放套管的方案,以保证井下采煤安全;通过探测湖水水位和湖底工程地质条件,进行船舶设计和航道设计,并选择合理的航道疏浚措施;针对因受交通条件限制、工作船不能运抵勘探区的问题,进行现场造船;从沉塔承载力及抗倾覆稳定性二个方面进行水上钻井平台设计。采用以上技术在淮南港河勘探区顺利完成了12个钻孔的施工,工期提前10个月。     

泥页岩三轴蠕变实验及结果应用

钻井工程中的井壁稳定问题大多发生在泥页岩井段.根据实验得出的岩石力学参数可以较好的进行井壁稳定及相关问题的力学性质分析.详细介绍了采用三轴岩石力学实验机进行的泥页岩三轴蠕变实验的原理,并根据实验结果按照非线性回归的方法得出了描述变形的本构方程及其蠕变系数,结合该泥页岩的粘土含量,为分析该泥页岩的蠕变规律和计算蠕变压力提供了科学依据.同时,根据不同缩径率所需安全钻井液密度下限的计算公式,得出了相应的钻井液密度下限.     

海上硅酸钠聚合醇钻井液的研制

针对现有海洋钻井液的缺点,对常用钻井液添加剂进行优选,并将硅酸钠与聚合醇复合使用,研发一种具有较强的抑制性、润滑性且适合海上钻井使用的高封堵型水基钻井液。最终确定海水硅酸钠聚合醇钻井液的配方为：400 mL海水+5.0%膨润土+5.0%Na2CO3 + 0.4%PAC+0.7%HA树脂+3.0%硅酸钠+5.0%聚乙二醇。硅酸钠聚合醇钻井液性能评价表明,该钻井液体系的表观黏度为30.4 mPa·s,塑性黏度为20.3 mPa·s,动切力为13.1 Pa,流变性优于常规海洋钻井液体系。该钻井液80 ℃的滚动回收率为87.5%,8 h浸泡页岩膨胀率为0.44 mm,能解决井壁稳定问题。抗污染能力测试表明,该钻井液具有抗盐（Ca2+等）的能力。     

合成基钻井液技术研究与应用进展

合成基钻井液同时具有油基钻井液和水基钻井液的良好性能,可用于海洋钻井.无毒、能生物降解、对环境无污染,钻井污水、钻屑和废弃钻井液可向海洋排放;润滑性能良好,滤液亲油,不会对地层产生水敏作用,有利于保护油气层和井壁稳定.在现场应用过程中携砂能力强,润滑性好,且具有良好的储层保护效果,解决了油基钻井液污染环境、影响测井和试...     

新型扭转振动工具动力学模型与降黏特性

在油气开采过程中，随着钻井深度的增加，岩石硬度加大，井下摩擦阻力较大，钻柱系统易发生粘滑振动，这将导致部件过早发生故障，钻井作业效率低下，因此对于粘滑控制技术的研究具有重要意义。结合钻井过程中的实际工况，提出了一种新型扭转振动工具，建立了基于该工具的钻柱系统扭转振动模型以及非线性动力学模型，分别进行了算例分析与实验测试以研究工具的降粘效果。算例分析时采用控制变量法，首先在给定转盘转速、钻压的情况下，对比分析了有/无工具时的钻柱系统各部件角速度，然后在相同钻压、不同转盘转速和相同转盘转速、不同钻压的情况下，分别对钻柱系统中有/无工具时的钻头角速度进行了求解；在实验过程中，对同一口井进行了有/无工具的测试，并结合未使用该工具的相邻井录井数据，分析了该工具的降粘效果。研究结果表明：在相同工况条件下，使用该扭转振动工具，可明显消除或抑制粘滑振动，同时，适当增大转盘转速，适当降低钻压可在一定程度上抑制钻柱的粘滑振动；在误差允许范围内，理论计算结果与测试结果相符合，验证了理论模型、求解方法以及算例分析的正确性。所提出的新型扭转振动工具、建立的动力学模型与研究结果对于减少粘滑振动、提高破岩效率具有重要参考意义。