数字化波浪补偿分离式液压钻机的研制

基于能源绿色、风力大等优势,海上风力发电技术近年来越来越受到重视,正由浅海向深海发展,且小型发电机逐步被大功率发电机取代。海上风力发电中风电场的选址、风机的基础设计、桩基施工、地层测试等,都离不开钻探和井内静力触探技术。为了满足海上勘察钻机的要求,研发了数字化波浪补偿分离式液压钻机,主要是在数字化、自动化、回转、波浪补偿等功能,以及模块化设计、制造工艺等方面进行了创新。通过理论参数核算、海上应用测试、深海生产施工验证,证明该钻机不仅可满足使用需求,并且比常规钻机更加方便管理、高效安全,还降低了钻探的辅助成本。

承德县张营子矿区zk0806孔的纠偏技术

张营子矿区于2011年开始施工,累计完成钻孔18个,钻探工作量25 328.19 m。矿区太古代单塔子群白庙组以片麻岩为主,节理、片理发育,岩层倾角60°~70°,个别产状更陡,钻遇此层极易发生钻孔偏斜,增大施工难度。zk0806孔采取陀螺仪高边角定向法进行孔内定向,选择1.25°螺杆和95 mm表镶金刚石单管钻进工艺进行两次技术纠偏,最终达到地质要求。

深基坑施工安全技术措施

本文主要阐述深基坑施工安全技术措施。首先分析深基坑施工安全技术措施的重要性,其次从深基坑施工前安全准备工作、基坑降排水、土方开挖、喷射混凝土及土钉施工、基坑防护、基坑监测等方面深入探讨加强深基坑施工安全的技术措施。本文旨在对深基坑施工安全措施进行分析,进一步提升深基坑施工安全技术水平,保障深基坑施工顺利进行。

石油钻杆的发展趋势分析

随着钻井工况的复杂化、钻井深度加深以及其他特殊钻井的需求,钻杆定制化生产的要求越来越多,如抗硫钻杆、超高强度钢级钻杆、特殊螺纹钻杆等高端石油钻杆。目前,国内石油钻杆生产厂家都以生产API标准的石油钻杆为主,同质化竞争严重,针对深井、深海井、高腐蚀性井等领域发展所需的抗硫钻杆、超高强度钢级钻杆、特殊螺纹钻杆等高端石油钻杆产品目前涉足厂家较少,在特殊用途钻杆市场内还未形成竞争力。石油钻杆未来发展趋势一定是以满足特殊用途的定制化钻杆为前提的高端石油钻杆。本文立足于国内市场现状,放眼石油钻杆发展趋势,为今后我国钻杆的发展方向提出建议。

多功能全液压动力头式履带钻机的研发

目前,市场上全液压动力头式履带钻机虽生产厂家较多,但产品功能都比较单一,只能适应常规水井钻井施工、工程钻孔施工或常规勘查钻井施工不能满足用户对于可施工多种钻孔的多功能全液压动力头式履带钻机的需求。我中心根据水井钻井施工、工程钻孔施工和勘查钻井施工特点,研发了带动力头变速箱的多功能全液压动力头式履带钻机,实现了一台钻机满足多种钻孔施工的需求。本文介绍了多功能全液压动力头式履带钻机ST400B的总体结构和主要优点,尤其是动力头旋转水封可调偏心轮结构、以及动力头刹车盘和浮动轴所采用的特有技术。

KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪的应用研究

KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪在北京、云南、黑龙江、青海等地区地热井、科学钻探井等的应用解决了高温环境钻探施工轨迹测量问题,形成了超高温钻孔轨迹野外测量解决方案和工艺规程。该仪器在满足测斜的基础上增加了井温的测量,适用于高温地热井、干热岩钻探等高温环境下的测温需求,在地表模拟270℃条件下可以连续工作4 h,这对于高温环境下的钻孔轨迹测量是有力的技术支撑。本文通过对比分析不同钻井现场的试验测量数据,可知KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪具有集成度高、技术先进、测量精度高、辅助器具少以及结构轻便的特征,其中顶角测量精度0.15°,方位角测量精度1.5°。

顶管位姿测量目标激光点的识别算法研究

顶管位姿测量系统的精确度是决定顶管施工质量的决定性因素,为解决激光测距与机器视觉相结合的位姿导向测量系统中存在的地下多光源、粉尘以及远距离激光光点发生形状等干扰测量误差问题,提出了一种地下顶管位姿测量激光点的识别算法,考虑粉尘对于光点识别结果的干扰,通过不同的光点形状给予不同的补偿计算公式来消除粉尘的影响;通过比较前后识别结果的差值与阈值排除多光源对于光点识别的干扰;通过光斑直径的大小反映激光发生点与光点采集模块之间的距离,判断测量距离导致的形变。通过施工实验,激光点识别算法可以将整个系统的测量误差控制在±2 mm以内,提高了位姿导向测量系统的精确度。

坚硬打滑地层钻进技术研究

打滑地层的岩石坚硬致密、研磨性弱,因其造岩矿物颗粒细、结构致密和石英含量高或硅化程度高,具有硬度大的特点,岩石可钻性为9~12级,岩石压入硬度可达5000~7000 MPa。由于在打滑地层中金刚石钻头胎体难以磨耗,金刚石不易出刃,钻进效率低,回次进尺少,是金刚石钻进工艺的一大技术难题。本文基于地层打滑的原因分析,开展了金刚石钻头的结构参数优化和钻进方法参数优化研究,探索了坚硬打滑地层钻进取心技术,并在霍邱李楼矿区四个孔的主矿层钻进中进行应用。应用效果表明,平均时效由0.35 m/h增至0.45 m/h,平均回次进尺由0.65 m增至0.88 m,分别提高29%和35%,取得了较好的应用效果。

便携式钻机在八字岭锡铜多金属矿区地质钻探的应用

基于绿色发展理念推进地质勘查标准化工作,既获得社会和人类生产生活需要的矿产资源,又能保持青山绿水,这是绿色勘探的最终目标。我中心引进便携式全液压钻机在湖南省常宁市八字岭锡铜多金属矿区进行钻探施工。本文对便携式全液压钻机的性能及其实际应用情况进行总结,对其应用效果进行分析、总结,同时提出了对便携式全液压钻机的改进建议。

综合物探方法在张家口地区矽卡岩型铁矿的找矿应用

矽卡岩型铁矿是一种重要的矿产资源,具有较高的开采价值。随着找矿理论和找矿方法的不断进步,张家口地区具有巨大的找矿的潜力。本次在以往工作的基础上,利用最新的1∶25 000航磁图圈定成矿的有利位置,开展地面高精度磁测和数据处理解译工作,对磁异常进行了详细解剖,确定了钻孔位置,并利用井中磁测寻找井旁、井底盲矿体,指导钻机钻进。通过“航–地–井”结合的综合物探方法,借鉴邯邢式铁矿床的找矿经验进行地球物理模型的建立和反演处理,更加准确地确定矿体的位置、形状和规模,为地质找矿提供重要的技术支持。同时,钻探结果也证明了综合物探方法的有效性。本次工作资源量增加1800余万吨,发现的矽卡岩型矿床是张家口地区,甚至是河北省内矽卡岩型接触交代式铁矿的一个新类型。

基于颗粒流计算的砾石层HDD导向孔水平段孔壁变形研究

水平定向钻进技术在城市管线铺设中应用越来越广,砾石作为松散颗粒的集合体,在进行导向孔钻进时,往往由于颗粒结构扰动而易发生变形甚至塌孔,但颗粒在钻进过程中的力学行为规律仍不明晰。本文利用颗粒流程序建立三维砾石模型,并分段进行有和无泥浆护壁导向孔水平段钻进模拟。通过在导向孔周围布设测量球,对导向孔周围颗粒变形特征进行研究。结果表明:孔壁失稳表现为上部颗粒相互嵌固形成“压力拱”,压力拱下部松散颗粒率先掉落,伴随着压力向两侧和底部传递,下部和侧向颗粒协调变形直至收敛。压力拱在后续钻孔扰动下,由于侧向约束的消除,压力拱向顶部扩展,产生更多的松散颗粒进入钻孔范围,最终导致塌孔。泥浆可以较好的约束松散颗粒的顶部掉落,维护压力拱的侧向约束。实际工程中应量化泥浆指标,选择合理的泥浆而避免塌孔事故发生。

水敏性复杂地层深孔绳索取心钻进工艺研究与应用

宝山矿区地质构造较复杂,存在多个断裂破碎带,地层软硬互层交替,炭质页岩厚度大,遇水膨胀,钻孔缩径严重,钻进过程中易发生粘附卡钻、坍塌及埋钻等事故,属于典型的水敏性地层。针对该类地层在钻进过程中出现的这些问题,通过优化钻孔结构、合理钻具级配,采用金刚石绳索取心钻进工艺和低固相钻井液护壁技术,适当控制回次进尺长度和回次进尺时间等措施,保证了钻孔孔壁的稳定性及工程安全,有效地解决了水敏性地层钻进中出现的问题,加快了施工进度,取得了较好的钻进效果,使项目得以顺利完成。本次钻探施工完成了钻探进尺9500余米,达到了地质找矿目的,取得了较好的经济和社会效益。此外,希望适用于该矿区的钻进工艺方法对其他相似水敏性复杂地层的钻探施工具有一定的参考意义。

GY-2000L型双动力头钻机在新疆额敏抽水蓄能项目水平定向钻孔中的应用

在新疆额敏抽水蓄能电站勘察任务中,使用GY-2000L新型双动力头岩心钻机,完成735 m空间曲线导向绳索取心钻进,倾角从14°定向至水平0°,钻孔轨迹方位角从236°定向至262°,精准实现靶区取心勘探目的。该钻孔“空间曲线精准造斜到靶区+水平绳索连续取心”工法,硬岩导向钻进435 m,复杂地层绳索取心钻进300 m,靶区岩心采取率大于98%,在水利行业工程勘察创新了水平定向绳索取心工艺技术,为该区同类钻孔施工提供宝贵经验和借鉴依据。

刚性圆形排水管道状态Ⅰ临界形状贴合内衬法修复设计

贴合内衬法是现今常用的非开挖管道修复方法之一,但现有国内管道修复设计规程未考虑内衬管—原管—土之间的相互作用,存在明显的理论不足。近年来法国、德国和美国提出了新的内衬修复设计理念,值得国内参考研究。本文以工程案例方式,对比分析了完整刚性圆形排水管道状态Ⅰ临界形状贴合内衬修复条件下,国内CJJ/T 210—2014《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程》和美国ASCE新算法在内衬管设计厚度的差异。结果表明,ASCE要求的内衬管厚度比现有CJJ/T 210—2014要求的内衬管厚度小2 mm;ASCE新算法对于内衬管厚度的设计过程远比CJJ/T 210—2014规程复杂,ASCE设计理论中考虑了内衬管更多的失效模式,也考虑了修复施工质量对内衬管厚度的影响,而这在目前国内的CJJ/T 210—2014规程中都没有考虑。

添加二硼化铪提高聚晶金刚石复合片耐热性能的研究

聚晶金刚石复合片(PDC)被广泛应用于地质钻头及油气井钻头,改进耐热性对于提高其工作性能非常重要。本研究旨在探究添加二硼化铪(HfB_(2))对聚晶金刚石复合片耐热性能的影响,并通过X射线衍射和扫描电子显微镜对高温高压制备的PDC进行了物相和微观结构分析。研究结果表明,随着HfB_(2)添加量的增加,HfC相的比例逐渐增加。对PDC的热膨胀测试表明,添加0.1 wt.%HfB_(2)的PDC样品,其耐热性显著提高;但超过0.1 wt.%的添加量不会进一步增强其耐热性,而是减小了总体热膨胀值。因此,HfB_(2)的最优加量为0.1 wt.%。

DT20型铁钻工电液控制系统的研制

DT20型铁钻工是一种安全、高效、全电液控制的自动化拧卸工具,其控制系统是在地质拧卸装备和电气自动化控制的基础上,开发的适合于地质行业专有工艺的铁钻工电液控制系统。本文主要介绍了DT20型铁钻工的电气控制系统、液压系统和上卸扣的工艺与控制流程,为地质钻探自动化装备的相关研发人员提供一定的参考和借鉴。

新型多频与传统单频无线电波透视仪的对比研究

近年来多频无线电波透视技术研究取得了一定进展,但目前常用的无线电波透视仪器多采用单一频率进行探测,多频透视探测仪器有待进一步开发及应用。通过全面对比YDT-3多频仪器和YDT-88单频仪器,有利于了解新型设备的使用功能和工作效果。从设备性能、数据采集和试验数据等方面进行了对比分析,对比结果表明:YDT-3透视仪的各项技术指标均达到了设计要求,并采用三频合一的手段,相较于单频设备,同类型实验探测可节省60%以上的时间;在探测数据方面,YDT-3透视仪采集的数据整体趋势和衰减规律与YDT-88大致相同,但在受线路干扰的测点附近接收信号较稳定,因此认为YDT-3同样拥有较好的探测效果及抗干扰性能力。

供水钢管脱节条件下探地雷达的三维有限差分正演研究

城市供水钢管脱节检测是当今非开挖工程管道修复与更换的重要任务,探地雷达广泛用于识别供水钢管脱节的位置,为确定探地雷达在供水钢管脱节实际探测中的成像特征,通过gprMax对供水钢管脱节进行了三维正演研究。本文首先根据管道的不同脱节程度建立了三维模型,考虑到土体渗透系数的差异,在供水钢管脱节处建立三维不规则模型用以代表土体浸润区。然后设计测线分布,分别设计垂直于供水钢管走向的测线与沿供水钢管走向的测线用以确定管道位置及脱节位置。最后通过gprMax对模型进行正演模拟。研究结果表明,垂直供水钢管走向测线中,浸润区反射波形同相轴呈现类似双曲线特征,但局部存在错动或中断。沿供水钢管走向测线中,管道未脱节区反射波形同相轴近水平。对于严重脱节与重度脱节管道脱节区反射波形同相轴出现明显错断,可根据错断距离判断脱节距离。对于中度脱节与轻度脱节管道脱节区反射波形同相轴无明显错断,浸润区处管道反射波振幅不稳定,可根据浸润区位置判断脱节位置。本文采用三维模型进行正演研究,对探地雷达探测供水管道脱节的图像解译工作具有指导意义。

基于RISS和数据回溯的地下三维管道轨迹测量方法

地下管道的三维轨迹测量是建立地下管网体系的基础。掌握地下管道的轨迹可以避免施工过程中对原有管道的破坏和工程事故。传统的管道测量方法在深度和环境方面存在局限性,导致无法获得管道轨迹的准确信息。因此,提出了一种基于简化惯性传感器(RISS)、GPS和里程仪的数据回溯融合测量算法。首先,利用RISS和GPS完成初始对准,再与里程仪进行导航解算,得到一组测量轨迹;其次,利用终点GPS数据获取终点位置和方位角,再对测量数据进行数据回溯,获得第二组测量轨迹;然后,再对正反向测量结果进行卡尔曼滤波融合。最后,进行管道轨迹测量实验,验证了该方法的可行性。实验结果表明,解算管道轨迹测量长度为2.56 m,测量绝对误差为0.56%,证明了基于RISS和数据回溯的地下三维管道轨迹测量方法的有效性。

超短半径水平井柔性动力钻具研制

为改善浅部煤层气开采中,超短半径水平井钻进深度不足等现状,结合超短半径水平井施工工艺,本文设计并研制了超短半径井下柔性动力钻具。该钻具采用多级涡轮叶片将钻井液冲能转化为扭矩驱动钻头旋转,并串联数节柔性单元形成弯曲半径5 m的超短半径柔性动力钻具。通过对钻具开展室内机械性能测试,揭示了超短半径柔性钻具排量-转速-扭矩耦合关系,结果表明超短半径柔性动力钻具输出扭矩可达1500 N·m,满足超短半径侧钻水平井现场施工技术要求。柔性钻杆+柔性钻具组合方式可有效提高超短半径水平井侧钻深度和钻进效率,为提高浅部煤层气的采收率提供了新的技术手段。