基于泡沫钻进中消泡装置的试验研究

泡沫钻进过程中,会产生很多泡沫,如不及时清除,会造成施工现场泡沫的大量堆积,影响正常的生产。因此,选择合适的消泡方法在泡沫钻进过程中是非常重要的环节。选用机械消泡法中的缝隙式消泡器,建立消泡装置室内试验台进行试验,取得了良好的效果,消泡率可达86%。     

钻进控制模拟系统及控制算法的设计与试验

为了深入研究钻进控制机理,建立由计算机、信号检测与处理模块、钻机主体、动力站和比例电磁阀等主要构件组成的钻进控制模拟系统.利用传感器、信号处理电路、PCI接口板和数据分析软件等,解决了钻进参数实时检测、采集和数据处理等技术难题.在此基础上,尝试采用改进的PID和Fuzzy-PID算法对给进力、转速和钻速等进行闭环控制.试验结果表明,钻进控制模拟系统动态响应快,控制精度高,抗干扰能力强,最大控制误差约为10％,系统具有良好的监测和控制钻进参数与钻进过程的能力.     

CVD金刚石条强化孕镶金刚石钻头的试验研究

本文将经过激光切割的CVD金刚石条镶嵌到传统的孕镶金刚石钻头胎体中,研制了一种新型的硬支点强化型金刚石钻头,以提高钻头在坚硬地层中的钻进效率和使用寿命。介绍了该新型钻头的设计及制造工艺,并进行了室内钻进试验。结果表明：与聚晶金刚石柱强化孕镶金刚石钻头相比,CVD金刚石条强化的孕镶金刚石钻头的钻进效率较高,达5．575m／h,且该钻头的磨损程度更小,使用寿命长。在钻进过程中更加稳定.     

天然气水合物孔底冷冻取样方法的室内试验研究

本研究提出的天然气水合物孔底冷冻取样方法是利用外部冷源在孔底降低水合物岩心温度,采用主动式降温的方法降低水合物的临界分解压力,达到被动式降压来抑制水合物分解,获得水合物岩心的方法.首先,通过分析天然气水合物温压特性得出了孔底冷冻取样方法的可行性;然后,借助室内冷冻模拟试验确定了干冰为冷冻剂,酒精作为助冷催化剂和载冷剂的冷冻方式;最后,依据冷冻模拟试验得出的干冰法冷冻方式研制了FCS型天然气水合物孔底冷冻取样器样机,并进行了土层钻进冷冻取样试验,取得冷冻黄土岩心.本研究提出天然气水合物孔底冷冻取样思想,为天然气水合物取样器的设计提供了新的思路.     

形状记忆效应对水合物开采井防砂用聚合物性能的影响

形状记忆聚合物防砂筛管在日本第二轮天然气水合物试采中成功应用,但形状记忆效应对聚合物孔渗特征和防砂性能等影响的研究较少。基于此,本文研发了一种以聚氨酯作为基质的形状记忆聚合物防砂材料,探究了聚合物形状记忆特性、形状记忆前后的孔渗特性和力学强度等的变化规律,并评价了防砂性能。实验结果表明:研制的多孔聚氨酯具有良好的形状记忆特性和孔渗特性,形状固定率>98%,形状恢复率为100%,形状记忆温度为59.8℃;回弹前后渗透率均维持在10 D左右,且回弹前后抗压强度均维持在1 MPa左右;压汞测试表明形状记忆是一个对材料内部大孔的压缩-回弹过程,会导致材料内部结构发生变化,造成抗压强度略有降低,但完全回弹后,渗透性会小幅度增加;防砂性能测试表明仅在实验初期会有少量砂产出,砂粒的产出会对聚氨酯渗透性有一定的损伤,但对完全回弹的聚氨酯的渗透率仍可保持在10 D左右。综合材料性能分析认为,研制的形状记忆聚氨酯材料可配合机械防砂筛管使用,能满足水合物开采井防砂的需求。     

热机碎岩钻头摩擦元件材料研究

为了解决热机碎岩钻头摩擦元件耐高温、耐摩擦等性能不足问题,对摩擦元件材料进行研究,包括胎体材料选择、配方设计等。试验结果表明,用陶瓷代替硬质合金作为热机碎岩钻头的摩擦材料是可行的,利用热压烧结工艺可以将陶瓷固定在钻头上。     

147mm铝合金钻杆抗内外压强度试验研究

铝合金钻杆因具有质量轻、比强度高、抗腐蚀性好、低磁等优点,在深井与超深井钻探作业中备受关注。在深井与超深井钻进中,铝合金钻杆需要承受巨大的内外压力,因此有必要对钻杆所能承受的最大内外压力进行计算与试验,对自行研制的147 mm铝合金钻杆进行了静水内、外压试验与弹性力学理论计算校核,7075铝合金钻杆在内压69.51 MPa时持续加压20 min,没有发生泄漏现象;最大抗外压值为107.4 MPa。2024铝合金钻杆在内压48.65 MPa时持续加压20 min,没有发生泄漏现象;最大抗外压值为72.3 MPa。试验表明,铝合金钻杆抗内、外压性能良好,从而保证了铝合金钻杆在深井及超深井钻进时的可靠性。     

光管式与螺纹管式泥浆制冷换热器的对比分析研究

介绍了泥浆制冷系统及同轴套管式换热器的结构与工作原理,采用传热计算和传热数值模拟分析方法,对光管式换热器与螺纹管式换热器从传热系数和换热面积进行对比分析研究。对比分析结果表明,在满足水合物钻探取样的条件下,螺纹管式换热器可增大换热面积,从而使螺纹管式换热器的体积和质量较光管式换热器可减少50%～60%,在相同规格条件下,螺纹管式换热器的换热效率大约是光管式换热器的2～3倍。     

天然气水合物钻井泥浆冷却系统研究及优化

在天然气水合物钻探中,低温泥浆可以抑制水合物分解,对钻获水合物样品十分重要。吉林大学研制的泥浆冷却系统换热器选择同轴套管式对流换热的冷却方式,载冷剂与泥浆全程逆流。在青海祁连冻土带天然气水合物科学钻探项目中,泥浆冷却系统能够快速冷却泥浆,并将泥浆温度动态维持在低温范围内,达到了设计要求,对钻获天然气水合物样品起到重要的作用。为今后能够为水合物勘探提供更加有力的技术支持,对传热机理与换热器结构进行了进一步研究,设计了三层套管式换热器,换热面积和对流换热系数均大幅度提高,经理论计算与数值模拟,新型换热器换热效率显著提高,满足设计要求所需换热长度明显降低,同时降低了泥浆冷却系统的能量消耗和设备体积。     

注蒸汽法天然气水合物试采系统高温管路保温设计与试验

基于对天然气水合物分解机理的研究,提出了注蒸汽法开采陆域冻土带天然气水合物。开采原理是通过控制地下水位对水合物层降压的同时,注入高温高压蒸汽对水合物层进行热激发。注蒸汽法试采系统主要包括地表加热装置、地表采气及点火装置和孔内装置。为了提高能量利用率,需对地表和井筒蒸汽流动管路进行保温处理。文章重点对地表蒸汽管路的保温进行设计,首先进行传热理论分析,然后利用ANSYS模拟软件进行数值模拟计算,最终结合现场施工情况,确定蒸汽管路保温层厚为18mm,可以满足保温要求。