剪切增稠流体对裂隙地层的封堵特性试验研究

裂隙性地层存在的裂缝型漏失通道通常具有多尺度特性和不确定性,钻井液漏失问题在裂隙性地层进行地质钻探施工中尤为突出。剪切增稠流体(Shear Thickening Fluid,STF)作为一种新型智能材料,具备自感知、自适应和自修复等优良特性,目前已在多领域得到广泛应用。本研究将剪切增稠流体作为一种堵漏材料,通过API堵漏仪单缝管封堵试验,探究了剪切增稠流体在不同分散相浓度(56.9vol%、59.2vol%和61.7vol%)、缝宽(1、2、3、4、5 mm)和压力条件下对裂缝的封堵特性。封堵试验结果表明:漏失量会随着缝宽和时间的增加而增加;纳米SiO_(2)浓度在56.9%~61.7%范围内增加时,会降低漏失速率并减弱缝宽对漏失速率的影响程度;当漏失压力为0 MPa时,剪切增稠流体不产生增稠效应,以液态形式从缝内漏失,压力小幅度增加时会激发其增稠效应,产生团聚状颗粒对缝管进行封堵降低漏失速率;当压力进一步增大超过封堵层承压能力时,剪切增稠流体以板状形态被挤出裂缝。研究剪切增稠流体在堵漏领域的应用,有望为裂隙性地层堵漏提供创新解决方案。

中国非开挖水平定向钻进装备与技术研究应用进展

从非开挖水平定向钻进(Horizontal directional drilling,HDD)装备技术、地下生命线工程的探测与信息化、双向对穿HDD技术、大口径HDD技术、HDD回拖力计算模型、地表变形与冒浆6个方面开展了文献调研工作,分析了HDD装备与技术研究应用进展:世界上最大回拖力(20000 kN)的电驱动钻机被设计并研发;电磁感应法被广泛用于既有生命线的空间探测,复杂干扰下的数据解析与精度提高仍是研究重点;基于三维数据,融合建筑信息模型、人工智能、大数据等技术,借鉴美国“811”体系,局部完成了地下生命线的信息化;采用对穿技术完成了长距离的地下生命线敷设;基于过程化的HDD工艺参数、设备参数和控制监测技术被大量应用,有效提升了应用中的风险识别能力;针对不同地层条件下的回拖力计算为设备选型提供了依据,并为HDD多学科融合研究提供了途径;复杂地质条件下的冒浆、卡钻等热点和难点也得到初步探索研究,构建了理论、实验和数值分析模式,为提高HDD的应用效率和质量提供了依据.综合国内外研究进展,进一步分析了HDD的发展趋势.

基于电磁和距离因素的HDD导向仪信号变化规律研究

导向钻头的空间位置参数包括钻头倾角、工具面角、深度、温度等的有效传输对HDD的轨迹控制至关重要。论文结合室内外实验,选取某国产低频(30KHz)导向仪作为研究对象,综合运用实验和理论分析的方法,研究了外界电磁和距离作用下的信号变化规律。当探棒和接收仪之间距离保持在3m时,通话模式下(600μT)的电磁信号对实测距离影响最大,平均失真率为3.27%;而外界环境磁场(40μT)对实测距离影响最小,平均失真率为0.07%;当距离增大至5m时,三种电磁影响下的平均失真率变化较小;启用校准模块后,在0.6-3m范围内,平均失真率高达3.39%,而在3-20m范围内,距离变化对信号的影响较小。研究结论有助于提高现场导航仪数据的干扰识别,从而提高导向钻头的定位精度。

玄武岩纤维堵漏体系在高海拔非开挖钻进中的应用研究

高海拔地区实施非开挖水平定向钻进时,裂隙发育地层的泥浆漏失不仅会影响泥浆的有效循环,还会形成大量的岩屑床,导致钻具过度磨损、摩阻异常增大、有效孔径减小等问题。针对西藏某地钻遇花岗岩裂隙,采用近景摄影测量技术对其进行量化表征,得到该区裂隙地层的缝宽<4 mm;提出采用玄武岩纤维作为裂隙封堵主剂,并建立随钻玄武岩纤维堵漏配方体系,实验结果表明:采用3、6和9 mm多级组合的玄武岩纤维堵漏效果最好,3 mm纤维复合惰性材料形成骨架结构,6和9 mm纤维可发挥一定强度的“加筋”作用。现场随钻实验结果表明:采用玄武岩纤维堵漏后,泥浆中固相含量下降幅度减少了13.14%,有效保障了长距离裂隙山体的有效、绿色、安全钻进。