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。     

S75-SF中深孔绳索取心钻具结构及应用

随着中深孔地质岩心钻探工作量的大幅增长,不仅对绳索取心钻柱提出了严格要求,对绳索取心钻具的功能和可靠性要求也越来越高。S75-SF绳索取心钻具采用了双弹卡结构,增强了悬挂机构的安全性,提高了内管总成的投放和打捞速度,减轻了孔内冲洗液压力波动,在正常钻进时可降低泥浆泵压力损失,有利于复杂地层孔壁稳定。内管总成机构与内岩心管采用插接的连接方式,拆卸方便,便于钻探施工人员采取岩心。该钻具在施工中效果良好,减轻了工人的劳动强度,提高了施工效率,可满足中深孔绳索取心钻探施工要求。     

煤矿巷道底板锚固孔排渣机理及应用

针对煤矿巷道底板锚固孔钻进过程中排渣困难的问题,分析了底板锚固孔钻进过程中的排渣过程,提出了底板锚固孔钻进排渣困难是由于"钻渣三区"的存在,得出"钻渣三区"是动态的依次逐步形成的,并最终同时存在;利用流体力学的基本原理,推导了冲洗液循环过程的沿程水力损失及在固液耦合作用下钻渣在冲洗液中上返的力学公式。根据现场基本情况,得出冲洗液在冲洗钻孔及排渣过程中的沿程水力损失对钻渣上返的速度vt影响极小,并确定了"钻渣三区"形成的条件。结果表明:在底板锚固孔钻进过程中,钻孔机具的选择、冲洗液流量的要求以及钻机转速、钻压的控制必须协调一致,控制钻渣聚集区的形成,在很大程度上避免钻渣聚集区的形成是加快钻进速度的关键。     

伊朗SK500m探层试验孔钻探工艺

在伊朗ＳＫ５００ｍ探层钻孔施工中，采用ＰＨＰ－ＣＭＣ凝胶低固相泥浆顶漏钻进覆盖层，以清水和金刚石单动双管取心钻具钻进试验段，进行压水试验后，再用ＰＨＰ－ＣＭＣ凝胶无固相冲洗液护壁钻进至终孔，并利用泵压注浆法加固孔壁，较好地解决了防斜、防卡、堵漏止涌以及取心困难等技术问题。     

旋挖钻孔低粘降失水泥浆配制应用技术

在厚粘土、粉土、砂层进行旋挖钻孔灌注桩施工,通常由于泥浆孔口补给、泥浆不循环的工艺缺陷,导致塌孔、埋钻、卡钻、缩径、断桩事故频繁发生。在分析低粘、降失水、加速钻渣沉淀的解决机理的前提下,提出了配制低粘度、高降失水、防絮凝的铁铬盐-LV-CMC泥浆并同步孔底补浆工艺,可不需循环泥浆清孔,保证成孔质量,提高工作效率。     

深直井旋转钻柱空转功率消耗的数学建模

通过对深井旋转钻柱空转功率消耗因素的分析,考虑空转时离心力作用在井壁上引起的摩擦力导致的功率消耗,并将钻井液视为牛顿液体,运用柱坐标系建立了旋转钻柱在深井作业条件下空转功率消耗的分析模型.综合考虑空转功率与钻柱旋转的角速度、钻柱与井眼结构参数、钻井液粘度系数等因素间的关系,即旋转钻柱运动过程中的离心力和钻井液作用在钻柱上的剪切应力对功率的影响,建立了更加符合实际工况的数学模型.     

煤矿井下随钻测量信号泥浆脉冲传输特性研究与试验

基于定向钻孔的地质保障技术可实现矿井致灾隐患的超前探查与治理,但受现有有线随钻测量定向钻进装备制约,存在信号传输干扰因素多、对定向钻具要求高、地层适应性差等不足,亟待开发矿用泥浆脉冲无线随钻测量系统。结合煤矿井下近水平定向钻孔施工特点,小泵量、低泵压和小直径条件下工作需要,建立了泥浆脉冲信号发生机构和水力通道模型,分析了泥浆脉冲信号传输速度、传输强度、衰减规律和传输影响因素等特性,给出了信号反射与透射、泥浆泵噪声干扰、孔内钻头旋转干扰和冲洗液流道阻塞等影响因素的针对性处理方法。分析结果表明,煤矿井下近水平定向钻进宜采用正脉冲方式进行信号传输;以清水作为冲洗液时信号传输速度为1 366.20~1 445.11 m/s;信号脉冲幅值可通过改变流道控制阀与孔板之间的间隙进行调整;信号传输衰减系数随冲洗液流量增大而线性增大,随钻杆柱内径增大而逐渐减小,当信号发射频率f＞0.2 Hz后,衰减系数维持在0.126×10-3 m-1左右;采用煤矿井下常用钻杆,孔深1 500 m时孔口接收信号强度为孔内信号发射强度的73.74%~90.71%。现场试验表明,开发的矿用泥浆脉冲随钻测量系统信号传输误码率为3.2%,脉冲信号实际幅值一般小于理论计算幅值,但误差小于10%,最大实钻传输距离达到1 566 m,且具有更深的信号传输能力。     

矿用钻孔深度声波测量装置设计与应用

针对目前煤矿井下钻孔施工的质量验收,主要依靠退钻时人工数钻杆的方式计量钻孔深度,效率低且人为因素大的问题,通过研究基于钻杆柱中声波反射原理设计了便携式钻孔深度测量装置,利用声波在钻杆柱中的传播的速度和声波在钻杆柱中往返传播一个周期的时间计算出钻孔中钻杆柱的长度,确定钻孔深度。设计的矿用钻孔深度测量装置主要由3部分组成：激震源、探头和主机,关键的数据处理和人机交互等功能通过主机的软硬件实现。在大佛寺煤矿和寺河煤矿进行的现场试验,验证了该装置的测量深度大于200 m,最大误差不超过10 m,能够满足煤矿井下孔深测量的迫切需要。     

松软特厚强黏结性突出煤层抽放钻孔工艺研究

为了解决松软特厚强黏结性突出煤层中抽放钻孔施工困难的问题,以新疆艾维尔沟矿区1930煤矿2上煤层为研究对象,通过6次现场试验及应用,对常规钻孔工艺与液压钻机配套三棱钻杆水排渣工艺进行对比分析。结果表明,液压钻机配套三棱钻杆水力排渣工艺能够有效避免孔内煤渣黏结,且护孔效果明显,对提高成孔率十分有利。     

深部科学钻探钻杆接头优化措施

地球深部探测对提高我国勘探开发深部资源能力和深部地质研究水平及地位是不可或缺的,深部科学钻探是唯一准确地获取深地实物资料的工程方法。钻杆柱作为深部科学钻探技术的核心与关键,其管柱规格组合与钻杆接头选配决定着钻杆在平衡其自重后的剩余强度和应付孔内复杂情况的能力,尤其是作为连接各钻杆柱短节的钻杆接头的性能直接决定着钻杆柱的使用极限深度。本文从产品类型、结构特点等方面对国内外高性能石油钻杆接头进行了梳理,分析了现有钻杆接头存在的不足与失效的原因,提出了钻杆接头结构改进方案,对提高钻杆柱的可靠性与安全性,延长钻杆使用寿命,使其更好地应用于深部科学钻探,具有一定的科学意义与工程价值。     

SLB56／75型“三合一”取心钻进系统

论述了将绳索取心、螺杆钻、不提钻换钻头三项技术结合在一起的新型取心钻进系统。介绍了系统的结构、工作原理及其技术性能参数和操作要点。     

复杂煤岩层复合强排渣定向钻进工艺及应用

针对复杂煤岩层顶板高位孔定向钻进技术难题,提出复合强排渣定向钻进工艺,设计了以泥浆脉冲随钻测量系统与三棱螺旋钻杆为核心的强排渣定向钻具组合,分析了三棱螺旋钻杆强排渣技术原理,形成了复合强排渣定向钻进成套装备。在王坡煤矿3314采煤工作面进行了应用研究,结果表明：在以泥岩为代表的复杂顶板岩层中,完成顶板高位定向钻孔6个,成孔率达到100%,最大钻孔深度500m,日平均进尺不低于70m,累计定向钻孔进尺2325m,钻孔成孔效率与成孔率较常规定向钻进工艺大幅提升。为利用顶板高位定向长钻孔代替高抽巷进行工作面及采空区瓦斯抽采治理、保障采煤工作面的安全高效生产提供了技术支撑。     

Validation of horizontal auger drilling string assembly design based on dry bearings

The authors identify some factors that govern energy input of borings removal from hole bottom to an unloading point using auger drilling string assembly. Of specific significance appears to be the factor of insufficient reliability of anchor gears and centering devices of the drilling string assembly, which makes continuous drilling impossible without permanent servicing. The article gives the analysis of bench testing data of bearings with antifriction filler for drilling string mounting groups to be serviced outside the areas of drill holes. The design solutions based on the investigation results and aimed to improve reliability of anchor gears and centering devices of an auger drilling string assembly are described.     

青藏高原复杂地层地质钻探低固相冲洗液试验研究

青藏高原由于地质条件的多样性,分布有松散破碎地层、高应力地层、断层破碎带等复杂地层,在地质钻探中经常遇到塌孔、漏浆、缩径、卡钻、埋钻等问题。同时配套使用的冲洗液形成的泥皮质量差、胶结能力较差、携岩粉能力较弱等不足。冲洗液的性能是实现复杂地层顺利钻进的关键。结合青藏高原复杂地层的地质特点,研发了低固相聚合物新型冲洗液,该冲洗液以钠质膨润土和微泡剂等外加剂为基础,具有流动性好、胶结性强、降失水量适中的特点,适宜在青藏高原复杂地层地质钻探中使用。     

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。     

基于钻孔和截割的新型硬岩快速掘进工艺探讨

为了解决硐室工程领域硬岩快速掘进的问题,在“钻孔+液压冲击”的基础上,提出了“钻孔+振动+截割”的新型硬岩快速掘进工艺。在此基础上,分别对孔边距不变和总钻孔数不变情况下的关键钻孔直径进行了综合分析和对比,结果表明,钻孔直径140 mm时的截割头截割效率高,但总的节拍时间和效率并不明显占优。综合考虑液压凿岩机的价格、质量及对钻臂结构强度尺寸的影响,钻孔直径应在90~115 mm之间。     

金川科学深钻预导孔钻井液技术研究

金川科学深钻预导孔为大陆科学钻探选址与科学钻探实验中的钻探项目之一。设计钻孔深度为2000～2500 m,主要采用S122、S95和S75绳索取心钻进技术。考虑深部钻探以及绳索取芯小环隙特点以及金川矿区复杂地层特点,钻井液成为重要的技术设计环节。本文对金川预导孔泥浆体系和性能指标的设计方法进行了论述,重点研究了深孔小环隙泥浆循环的特点和复杂地层条件下绳索取芯工艺适应性问题;论文还针对该矿区坍塌和漏失地层的护壁方案进行了预案设计。     

不灌浆条件下的最大安全起钻高度计算

起钻是钻井中必然出现的作业工况,起钻过程中随着钻具的起出会导致井筒中环空液面下降。基于井控安全考虑,必须及时灌浆增加井筒中静液柱压力平衡井底地层压力。针对不灌浆情况下的最大安全起钻高度,目前通常是遵照经验作法和管理规范执行,科学定量计算较少,因此进行了计算方法研究。本文在保证井底压力不变的基础上,先根据井底垂深、井底地层压力系数及井内钻井液密度计算环空液面最大允许的下降高度;根据井身结构和钻具参数,分"干起"和"湿起"两种工况,总结了不灌浆情况下的最大安全起钻高度计算方法,并以X井为例说明了该方法的应用。研究结果得出,其他条件相同的情况下,"湿起"比"干起"的最大安全起钻高度短,井控风险更大,需要较频繁地灌浆;随着钻杆钢级的增加,最大安全起钻高度减小,但是变化不大。本文提出的不灌浆起钻的最大安全起钻高度科学计算方法,可为安全起钻作业提供指导。     

煤矿下斜钻孔用水力冲孔器流体力学分析与结构优化

随钻型水力冲孔器的研制,解决了煤矿井下水力冲孔施工中需要成孔后再下入冲孔器的问题,在上仰穿层钻孔中取得了良好的使用效果。但是在近水平或下斜钻孔中,由于冲孔钻渣重力作用难以随钻井液排出孔口,易造成塌孔、抱钻等孔内事故。文章通过对水力冲孔施工过程及水力冲孔器进行流体力学分析,计算水力冲孔钻具内沿程损失、冲孔器水力换向阀水力压力、排出钻渣需要的冲洗液上返流速等,并通过增加底喷水眼的方法,增大冲孔流量,提高钻井液上返流速,从而解决排渣困难的问题,并根据改进后的水力参数对冲孔器的复位弹簧进行了重新设计。采用改进型水力冲孔器进行了现场试验,试验表明在近水平下斜钻孔中,改进型水力冲孔器换向阀工作稳定,钻渣能够排出孔内,满足了矿方煤层下斜钻孔水力冲孔施工要求。     

大口径深孔钻具选用原则及建议

为了适应深孔钻探的需要,减少孔内事故的发生,阐述了深孔钻具的选用原则,对钻铤、钻杆、转换接头、方钻杆的选用方法进行了具体介绍,并就经常遇到的钻柱切口问题、临界钻压和转速问题提出了建议,为施工单位进行合理的钻具选用和组合提供了参考。