冰下基岩电动机械取心钻具反扭装置设计

对提供大扭矩的反扭装置进行优化设计,并根据钻头实验确定反扭装置设计参数;提出反扭装置设计原则,建立反扭装置力学计算模型,并对不同尖角滑刀式反扭装置进行理论计算,得出其径向压力和扭矩关系曲线,确定最佳的反扭滑刀参数;设计具有六连杆机构的滑刀式反扭装置,根据其结构原理,建立弹簧刚度与径向压力理论计算模型,并对4种刚度弹簧进行优选。研究结果表明：采用刚度为19.61 N/mm的弹簧时,滑刀式反扭装置理论上可提供73~94 N·m反扭矩,满足冰下基岩钻进的需要。

蠕虫状聚离子复合型胶束的合成、组装和胶体稳定性

采用开环聚合方法制备了嵌段共聚物聚乙二醇-聚乙烯亚胺(PEG-b-PEI),通过静电组装方法使其与质粒DNA(pDNA)在溶液中自发构筑成蠕虫状聚离子复合型胶束(PICmicelle),利用原子力显微镜、动态光散射、Zeta电势和凝胶电泳等方法研究了血液或细胞间质中各种因素对胶束稳定性的影响.结果表明,在蠕虫状聚离子复合型胶束中,PEI和pDNA通过静电吸引构成疏水性内核,而亲水性的PEG分子作为保护型外壳包裹在内核的表面.在保持PEG链段长度不变的前提下,增加PEI链段长度可明显增强PEI与pDNA的静电结合力,有效地防止了NaCl对胶体结构的破坏,而且有助于抑制阴离子的取代.但增加PEI链段长度会导致胶束表面PEG分子含量的降低,不利于胶束抵抗蛋白质的吸附和DNA酶的降解.因此合理地调整PEG-b-PEI分子的结构,对于获得高效、安全和稳定的蠕虫状聚离子胶束具有重要意义.

气体局部反循环电动机械冰钻技术

针对南极内陆上部的积雪层较松软,裂隙、空隙发育,常规钻进易导致冲洗液漏失等技术难题,设计了低能耗、轻便快捷的气体局部反循环电动机械取心钻具,对反循环所需的气体流量进行了计算分析;在此基础上建立了模拟试验台,并对反循环气体流量进行了实验测试。结果表明:当气体的流量不小于70 L/s时,气体在管长3～4 m、管径为110 mm的模拟管中能够形成局部反循环,并可以抽吸直径为2mm左右的冰屑。

极地冰层取心钻进超低温钻井液理论与试验研究

南极冰层取心钻进的关键之一是钻井液的耐温能力。根据南极冰层钻进的特点及对钻井液的特殊要求,在综合分析国内外冰层钻进钻井液应用经验的基础上,对有机硅、氟代烃、一元脂肪酸酯及二元脂肪酸酯进行了理论上的分析研究,测试了各自在不同温度条件下的粘度和密度,分析了粘度与密度变化的机理。确定出分子间相互作用中无氢键形成的物质的粘温系数最小,脂肪酸酯的粘温系数受到分子间氢键的数量影响最大,指出了介质密度的增加是由于体积收缩所致,与介质的分子结构与形态无关。所得到的结论对于极地冰层取心钻进钻井液的选择与确定具有重要的理论与实际意义。

深部冰层钻探孔壁保护技术

1本项目的总体目标任务(1)建立孔壁附近冰的流动状态模型。(2)研究不同孔深孔壁压力的变化规律,探究常用钻井液条件下,不同深度处孔壁的受力状态,确定钻孔内孔壁的压差分布规律。(3)研发可用于包括孔径、冲洗液温度和孔内液柱压力测量的专用测井仪器及工具,为获取孔壁稳定性参数,进行稳定性分析提供有效技术手段。(4)研发能够满足极地深部冰层钻进孔壁稳定性要求的环保型冲洗液。