自张式膨胀管技术的研究与应用

孔内膨胀管钻探技术是保障复杂地层孔壁稳定的有效技术之一。本文针对易出现缩径、坍塌、掉块的强水敏性地层,提出了一种自张式膨胀管护壁方法,并根据该方法的护壁原理研制了相适配的新型扩孔钻具、膨胀管及膨胀管投送装置,在不改变钻孔结构的情况下,对复杂孔段进行局部扩孔,投送膨胀管借助自身张力自然弹开而固定在相应的扩孔段,实现钻进时护壁。通过室内及现场试验对机具进行了优化,最终取得了良好的应用效果。试验证明:该方法操作简单可靠、易于定位,相较于水泥浆护壁具有处理速度快、停待时间短、减少重复处理等优势,适用于岩心钻探领域多孔段复杂地层的固壁与护壁,有利于降低孔内事故处理的成本、提高钻进效率,具有较好的推广应用价值。

探管式智能钻头参数测量装置研制与现场试验

现有螺杆上游的测量装置无法获得钻头位置处的真实数据,智能钻井在决策控制层面存在严重的数据偏见与不可预测的实施风险。为此,研制了一种探管式智能钻头参数测量装置,可以安装在钻头内部,在不改变现有钻具组合与施工工艺的前提下直接采集钻头处的真实数据;硬件结构仿真优化结果表明,30 L/s排量与80 MPa环空压力下,理论水力压耗小于0.1 MPa、安全系数为3.06。同时,基于六面法与ARMA+移动Kalman滤波,实现了该装置的误差标定与降噪。该装置在胜利工区现场试验9井次,配套井下工程参数测量短节进行了装置功能验证与井下数据对比,融合综合录井数据进行了试验井提速分析与参数优化决策。试验结果表明,探管式智能钻头参数测量装置能够获取钻头位置处的真实数据,能够为针对性提速提效分析与钻井参数优化提供可靠依据。

封孔器锥面端头与钻孔残留煤渣的力学作用分析及应用

分析封孔器锥面端头与钻孔残留煤渣的力学作用,有助于利用锥面端头的减阻效应,提高封孔器的送入孔深与速度。首先,在锥面端头受力分析基础上,推导了锥面端头移动最小推力计算公式,并通过试验研究验证了其正确性;然后,分析了堆积煤渣承受的侧向力,并揭示了锥面端头减阻机理;最后,应用理论研究结果,提出了锥面端头优化设计思路,改进了封孔器,并开展了现场试验。试验结果表明:锥面端头移动最小推力与端头重力、端头锥面角度、端头锥面与煤渣的最大静摩擦系数、堆积煤渣厚度和端头锥底半径均呈正相关性关系(与锥面角度呈正切函数关系);锥面端头通过降低堆积煤渣厚度及接触面顶端堆积煤渣剪切应力实现减阻;改进型封孔器可以降低阻力、提高送入速度与孔深。

煤层钻孔孔口处除尘设计与试验研究

为解决碎软煤层干式钻进施工过程中粉尘污染严重的问题,采用多级湿式除尘技术,并基于气水射流泵喷雾除尘原理,研发了一种新型煤层钻孔孔口除尘装置。通过数值模拟对除尘装置的结构参数进行了优化,并在中煤平朔小回沟煤矿开展了现场试验。结果表明,煤层钻孔孔口除尘装置二级除尘单元的最优喉嘴距为180 mm。煤层钻孔孔口除尘装置一级除尘单元的喷嘴角度选择95°最为合适,可实现集尘罩内全空间覆盖。供气压力0.6 MPa、供水压力0.3 MPa为二级除尘单元的最佳工作参数,该气水压配比下钻孔下风侧15 m内除尘效率可达到87.5%。在煤层钻孔孔口除尘装置采用二级湿式除尘并连接瓦斯抽采系统时,钻孔下风侧15 m内除尘效率达到了90.1%,此除尘模式可有效改善钻孔施工作业环境。

煤峪口矿首采工作面复杂地质条件“四位一体”综合探测技术研究

为进一步查清首采工作面构造及煤层赋存发育情况,首次采用井下探孔窥视结合测井技术、单巷槽波反射法、井下定向钻探技术、透、反射联合勘探法“四位一体”综合探测技术体系,避免了以往单纯地依靠钻探所造成的工作量极大且预测准确率较低的弊端,同时准确地预测断层及破碎带位置,保障煤矿安全高效生产。

基于阻断漏风路径原理的新型钻孔封孔装置

瓦斯抽采钻孔的封孔质量直接影响其抽采效率,为了有效保障瓦斯抽采钻孔的封孔质量,对瓦斯抽采钻孔封孔后可能存在的漏风裂隙及其可控性进行定性分析,并据此对其漏风路径形成的难易程度进行对比。结果表明:封孔后瓦斯抽采钻孔内部及外部可能存在的裂隙主要有巷道围岩松动圈裂隙、支护装置周边裂隙、煤层内部原生裂隙、钻孔周边裂隙、封孔材料裂隙及抽采管裂隙6种;相应地,瓦斯抽采钻孔可能产生的漏风路径主要有7种,其中最容易形成的漏风路径为巷道内空气→巷道围岩松动圈裂隙→钻孔周边裂隙→抽采钻孔→抽采管。基于此,结合现有瓦斯抽采钻孔封孔装置的不足及其现场应用实际条件,从切断漏风节点之间的联系、消除漏风节点进而阻断漏风路径的原理出发,提出了1种可回收及多次补封的新型钻孔封孔装置。

煤层上覆邻近岩层瓦斯抽放钻孔施工技术

煤矿瓦斯灾害是煤矿生产中重大灾害之一,需要采取针对性措施进行预防。阳泉矿区煤层高瓦斯矿井和高突矿井上覆邻近岩层瓦斯含量高,仅本煤层瓦斯抽放不能有效解决回采时的瓦斯问题。因此本文以新景公司3105工作面为例,对上覆邻近岩层瓦斯抽放钻孔施工技术进行研究应用。实践表明,该技术应用效果良好,瓦斯抽出率高,一定范围内替代了高抽巷工程,节约了生产成本,缓解工作面回采衔接,保证了工作面回采的安全生产。

井身轨迹优化控制技术在四川页岩气开发中的应用

四川威远区块地质条件复杂,各次开钻均存在不同的施工难点。随着该区块进入整体开发阶段,钻井提速迫在眉睫。基于大量钻井实践,针对不同开次提出了井眼轨迹控制、钻具组合和参数优化、靶前精准着陆、顺层复合钻进等技术,解决了钻井难题,对于该区块后续施工实现钻井提速具有重要意义。

中原油田水平井技术应用及发展方向

通过分析国内外水平井技术发展状况及目前技术水平,结合中原油田油藏结构和地层特点,着重分析了中原油田运用水平井技术的高难度性、复杂性和高风险性。通过介绍中原油田水平井的设计和施工实践,阐述了水平井技术在中原油田的适应性和工艺特殊性,描述了中原油田高难度水平井钻井、完井工艺技术,水平井施工设备配套技术,井眼轨迹控制技术,钻井液技术,井下安全钻井工艺技术等方面的成功和不足,并结合中原油田油藏结构特性,地质复杂特点及现场施工经验教训,给出了中原油田水平井技术施工和技术发展的措施和建议,希望为中原油田水平井技术发展提供借鉴。

播量无级调节水稻精量排种装置设计与试验

为提高现有组合型孔式排种器对不同品种的播量适应性,满足不同地区、不同品种的播种量要求。该文在此排种器的基础上进行优化设计和试验研究。以瓢形形状可变容积型孔的排种轮结构为主体,对型孔的形状、最大截面、深度和体积进行数学模型计算,确定在最小、中间、最大合成型孔位置的长轴尺寸分别为9.2、12.4和15.6 mm,截面积范围为71.31～154.58 mm^2,型孔容积大小调节范围为271.91～485.79 mm^3;在排种轮内部安装步进电机和控制电路,通过蓝牙控制每穴播量在3～10粒之间无级调节。选用常规粳稻秀水134、杂交粳稻花优14、常规籼稻黄华占和杂交籼稻晶两优1212四种具有代表性的直播稻品种,对无级调节型孔进行三因素四水平试验,试验结果表明:粳稻每穴粒数调节范围为5～10粒,籼稻每穴粒数调节范围为3～8粒,当型孔容积调节变化时,每穴排种粒数变化趋势明显,从而能达到播量无级调节的效果,满足不同品种每穴播种量3～10粒的设计目标;分析结果表明:水稻品种、型孔容积和排种轮转速3个因素对播量影响主次为型孔容积、水稻品种、排种轮转速。该文设计的播量无级调节水稻精量排种装置实现了不同水稻品种的播量无级调节作业,调节范围大,适应性较好,无级调节简便快速,具有较好的实际实用价值。

以井斜趋势角为指标优化防斜钻具设计

应用钻头与地层相互作用模型,综合考虑钻头和地层各向异性、钻头侧向力及钻头转角对井斜的影响,提出了"井斜趋势角"概念。针对各向同性地层,推导了"井斜趋势角"计算公式。分析表明:进行防斜钻具设计、优选钻井参数时,综合考虑侧向力、钻头转角及钻头各向异性等因素对井斜的影响是十分必要的;与"钻头侧向力最大"或"钻头转角最小"等单一指标相比,"井斜趋势角"指标考虑因素更全面、设计(或评价)结果更可靠。

用于全过程欠平衡钻井施工的井下封井器

针对常规的欠平衡钻井工艺不能解决起下钻、完井等作业过程中井底欠平衡压差的连续保持,无法实施全过程的欠平衡作业问题,研制了可用于全过程欠平衡钻井作业的井下控制工具——井下封井器。室内试验与现场应用情况表明(1)采用井下封井器实现了全过程的欠平衡钻井,显著提高了欠平衡钻井工艺水平和作业水平,起下钻过程中不需预先加入重钻井液,因此可有效地保护和发现油气层;(2)井下封井器与使用不压井强行起下钻设备相比,大大减少钻井作业时间,其适应性和使用性能更好,完全可以取代不压井强行起下钻设备。

井斜控制理论及防斜钻井技术综述

在钻井过程中，井斜给钻井工程带来一系列的危害，并造成巨大损失。早在５０ 年代，国外就研究了光钻铤在钻压作用下的弯曲问题，导出了有关计算模式；６０ 年代提出了双稳定器防斜钻具的理论，为满眼钻具的发展提供了理论基础；７０ 年代提出了用小势能法求解下部钻具的受力和变形。国内在６０ 年代以前，基本上是引用国外的理论和方法，进入７０ 年代逐步开展了防斜理论的研究。首先是唐俊才等人，指出了Ｈｏｃｈ 的公式推导中的错误，并给出修正公式；后来白家祉教授提出了用纵横弯曲连续梁理论求解下部钻柱的受力和变形；杨勋尧在研究钟摆钻具、满眼钻具基础上，得出简化的公式和图表，在川东指导钻井实践取得好效果。文中系统介绍了井斜控制技术，对井斜控制理论研究、防斜钻井技术研究及防斜钻井实践有重要参考、指导意义。

井壁加固技术研究进展

深井重钻井液窄安全密度(压力)窗口的钻井、钻井液技术问题是钻井工程亟待解决的重大技术难题,而井壁加固技术是目前能够有效增大钻井安全密度(压力)窗口的重要技术手段之一。国内外几种主要井壁加固技术的综合分析表明,井壁加固技术在增大钻井安全密度(压力)窗口、保证深井复杂井安全钻井方面有较大的技术潜力,迫切需要加大研究力度。成功实施井壁加固技术的关键因素是不稳定地层特性的分析、挤入压力的确定与控制、井壁加固工作液体系的选择等。井壁加固技术今后的发展方向主要是研究功能更强、与钻井液相容性较好的井壁加固工作液体系;研究随钻井壁加固工作液体系;利用深井高温高压的特性,运用物理化学方法,研究新型的井壁加固工艺技术。

切削液对深孔直线度的影响分析与应用

利用切削液流体Reynolds公式和其引起的钻杆弯曲变形、倾角方程,建立了深孔加工直线度误差方程,揭示了流体入口压力、钻杆转动、涡动、挤压与深孔直线度之间的关系。指出在切削稳定状态下,减小流体入口压力,增加钻杆转速、减小钻杆涡动速度或者减小钻杆挤压速度均可改善深孔直线度。设计了新型多级喷射装置,通过增设分流腔和喷射级数来降低入口压力,可有效减小深孔直线度误差。设计了挤压油膜阻尼器(squeeze film dampers,简称SFD),利用油膜阻尼力减小深孔钻杆的涡动与挤压运动,来提高深孔加工直线度。试验了多级喷射装置和SFD共同作用下的深孔直线度误差,验证了钻杆在较低流体入口压力、较小涡动和挤压作用下加工的深孔有更好的直线度,为控制深孔加工直线度误差给出新的思路及设计方案。

低频机械式深孔振动钻削装置的设计与应用

介绍了一种新型的用于小直径深孔钻削的振动装置的结构。

深孔钻削刀具系统磁流变制振器设计及其动态性能研究

依据实际深孔钻削刀具系统的结构布局及其振动特征,设计了一种新型刀具系统制振器的结构布局形式。以制振器理想输出阻尼力和内磁感应强度达到饱和为设计目标,给出了磁流变制振器结构的优化设计方法及其具体结构参数;运用有限元法,分析了新型制振器的磁场分布特征及其输出阻尼特征。以此为基础,通过深孔钻削实验研究,获得了不同励磁电流和切削参数条件下刀具振动的抑制效果,验证了所提出的新型磁流变制振构型的可行性和有效性。

救援井用大直径贯通式潜孔锤及钻头的研制

研制了大直径贯通式潜孔锤及反循环钻头,并进行模拟仿真电算及现场试验。试验结果表明:潜孔锤最高钻进效率可达6m/h;平均钻进效率为4.5m/h,且反循环排渣顺畅、井底无沉渣、成井质量好,可以解决大直径应急救援井的碎岩和排渣两大难题,能够充分满足应急救援井对钻进效率和成井质量的要求。

深孔钻削中受力分析与切削参数定量分析

深孔钻削中常出现走偏、折断钻头等现象,严重影响深孔质量。文章深入分析了深孔加工中的各种力学关系,研究了切削力系、附加力系、挤压力与挤压力矩、摩擦力与摩擦力矩等与走偏、折断钻头之间的关系,找出了一些带规律性的问题,趋利避害。经大量试验,获得到了钻具受力与孔径、力矩与孔径及不同材质情况下的切削功率与进给量等切削参数之间的相关数据。通过采取导向装置、预钻引导孔等技术措施进行深孔钻削。应用结果表明,深孔钻削的受力情况得到了明显改善,深孔精度与加工效率显著提高。

吐哈油田煤层安全钻进技术

在分析煤层井壁失稳机理的基础上 ,对影响煤层井壁失稳的因素进行了逐一剖析 ,提出了一整套煤层安全钻进的技术措施。现场应用表明 ,该技术能有效地防止煤层坍塌 ,减少井下复杂情况及事故。