地层测试技术及其应用的进展与挑战

回顾从1955年第一代电缆地层测试器首次商业化应用以来,地层测试技术的发展历程。介绍了自2012年以来,地层测试技术在配套设备、解释方法和实际应用等方面取得的进展,主要包括地层压力测试、区间压力瞬变测试、井下流体分析与取样、微型压裂测试等4个方面。综述了地层测试技术的现状、进展和挑战。指出了该技术的发展趋势和近期的攻关方向。

木构件材料力学性能快速检测研究

木材的各项力学性能是反映木材综合利用价值的重要指标,如何快速预测出其各项指标,更好的运用木材,一直是相关工作者努力的方向。以木建筑常用材料——红松和落叶松2种木材为研究对象,运用微钻阻力仪和应力波测试仪分别对其进行力学性能快速检测,并将检测结果与传统力学试验机检测结果进行对比分析。结果表明,这2种方法都适于快捷检测评估木构件材料力学性能,其中对于红松,宜选用应力波速度检测弹性模量和抗弯强度2项性能;对应落叶松来讲,宜选用微钻阻力检测弹性模量、抗弯强度、抗压强度3项性能。

井下微流量控制方法

近几年,国外在常规钻井和欠平衡钻井技术的基础上发展出了一种被称为控压钻井(MPD)的新技术,该技术主要用于解决窄钻井液密度窗口地层的安全钻井问题,其核心是要求精确控制井眼环空压力剖面。但作为一种新的钻井技术,控压钻井现有的方法理论和硬件系统尚存在一定的不足,有待于完善。文中介绍的井下微流量控制方法属于控压钻井技术中的一种,是对现有地面微流量控制方法的改进,能够随钻监测井下环空流量的变化,及早发现溢流或井漏等井下复杂情况,与地面返出环空流量监测相配合,进而调节井口回压阀的开度,通过改变井底压力来控制溢流或井漏的大小,从而实现对环空流量的精确控制。该方法能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性并降低钻井成本。

不锈钢模具微小孔钻削加工参数优化

为满足不锈钢模具微小孔钻削稳定,高效,精密的加工要求。针对模具微小孔钻孔过程中出现的排屑困难、钻头易折断、微小孔精度低、毛刺多、钻孔效率低、钻孔数量不稳定等技术难点,制定合理的加工工艺。通过设计正交实验,在实际生产中采集不锈钢微小孔钻削加工参数,利用正交实验分析法获得最优的参数组合。使用优化后的钻削加工参数进行不锈钢的微小孔加工,提高了加工稳定性,大幅提升了加工效率,降低了加工成本。不锈钢微小孔钻削加工参数对其他类型材料的微小孔钻削加工具有一定的参考价值。

井壁强化机理与致密承压封堵钻井液技术新进展

井壁强化钻井液技术已成为提高地层承压能力的重要手段之一,目前中国在井壁强化微观机理、模拟实验评价方法和新材料研发等方面,均有待深入研究。基于微观颗粒物质力学的力链网络结构分析基本原理,探讨了裂缝地层致密承压封堵方法。提出了井壁强化材料特性的精细化表征参数,通过颗粒类型、粒度级配及浓度优化,利用刚性颗粒、弹性颗粒和纤维材料等协同封堵裂缝,可有效形成具有"强力链网络结构"的致密承压封堵层。利用自行研制的井壁强化钻井液封堵模拟实验装置,开展了井壁强化钻井液封堵模拟实验优化研究。模拟实验证明,新研制的井壁强化材料不仅能够有效封堵裂缝,形成致密承压裂缝封堵层,且当支撑裂缝至设计开度,可提升地层承压能力。

古建筑木构件缺陷检测方法发展现状

木材缺陷是在木材应用中存在的一个不能忽视的问题,它影响了木构件的外观及其力学性能,最终决定该木结构是否能够继续使用。如何及时、有效的检测出古建筑木构件中的缺陷,探索到合理的检测方法,一直都是科研者共同的研究方向。根据检测机理的不同分别介绍一系列无(微)损检测方法,如传统检测法、应力波检测法、皮罗钉检测法、超声波检测法、微钻阻力检测法、应力波断层成像检测法,以及它们在古建筑缺陷检测中的应用,同时对这些方法的研究现状和发展趋势进行了总结。

金刚石钻进规程的实验室模拟及参数校核

金刚石钻进的钻进规程决定了钻进效率和钻头的使用寿命,也决定了钻进的安全性、可靠性和经济效益。因此,选择最佳的钻进规程尤其重要。本文通过智能微钻实验台对金刚石钻进的模拟钻进参数及其变化曲线、参数值,以及对应的钻进速度、进尺变化曲线、参数值进行分析,得到相应岩石条件下的最优钻进规程。

基于侧向连接Sanger算法实现微钻头棱边投影的拟合

针对微钻头的圆角、外径等的检测,研究了微钻头棱边投影的拟合方法。首先,采用印刷电路板(PCB)微钻头高精度自动化检测系统采集图像。在对微钻头棱边投影的椭圆方程进行拟合时,以采样点坐标的组合矢量坐标到超平面距离的平方和为目标函数。然后,根据求解目标,设计一个有侧向连接的Sanger网络,以采样点坐标组成的矢量坐标为Sanger网络的输入。最后,采用自适应次分量的提取方法,以自相关矩阵的最小特征值所对应的特征向量为超平面的拟合系数,即椭圆方程拟合系数,得到微钻头的圆角、外径等技术指标。这种自适应Sanger网络在工件形状误差检测中的应用方法能满足微钻头检测的精度要求。

微流量控制钻井自动节流管汇的设计及应用

微流量控制钻井技术具有能够探测早期微小溢流和漏失、精确控制井底压力的优势。该技术的核心部件是地面自动节流管汇,其节流敏捷度和准确度直接关系到能否实现微流量控制和其控制精度。为了打破国外对该技术的垄断,降低钻井成本,开发具有自主知识产权的微流量控制钻井技术,综合考虑节流流量与井筒压力分布的关系,基于流体动力学与自动控制理论,设计了一套适用于微流量控制钻井的地面自动节流管汇。现场试验证实其具有较好的自动节流控制功能,能在30 s内实现井筒微流量控制,地面检测压力误差低于0.1 MPa。该节流管汇的设计与现场成功应用为微流量控制钻井技术在我国的推广和设备的国产化进行了积极探索。

古建筑木构件无损检测技术国内外研究现状

介绍了应力波检测、超声波检测和微钻阻力检测3种常用木材无损检测技术在古建筑木构件检测评估中的研究和发展现状。

PDC实钻性能的测试与评价

在总结分析国内外有关PDC切削齿性能测试方法的基础上,采用常规检测方法对不同生产厂家的5种PDC产品的磨耗比、冲击韧性和热稳定性进行测试、评价和优选,并对优选出的2种PDC在微钻试验平台上进行实钻性能测试。结果表明:用微钻试验的钻进效率衰减系数和钻进效率均峰值来评价PDC实钻性能,方法科学,数据准确,结果实用,可作为煤矿用PDC钻头切削齿选型的参考依据。

伊朗特低压、高含硫老油气田的钻完井技术

伊朗M特低压老油气田是高含硫化氢裂缝性碳酸盐岩油气田,经过半个多世纪的开采,油气层压力梯度下降至0.35MPa/100m,已成为废弃老油气田。为实现该老油气田的二次开发,针对其所面临的特低压、高含硫钻完井技术难点,研究并形成了适合于该区的钻完井及试油配套技术,主要包括井身结构优化、井眼轨迹优化设计与控制、可循环微泡沫钻井液体系、超低密度高强度水泥浆体系、含硫化氢井的安全钻井、电潜泵试油等技术。应用这些技术成功地完成3口直井和7口水平井的钻井任务,试油并获得高产,取得了显著的经济效益。

内蒙古东升庙铅锌多金属矿高效空场开采试验研究

以内蒙古东升庙铅锌多金属矿为研究对象,开展了分段凿岩阶段空场法工业试验,结果表明:该采矿方法具有采切比小、采准周期短、生产集中、生产能力大、地压维护可靠、损贫率低等优点,不仅改善了落矿效果、降低了工人劳动强度、提高了采矿的安全性,还获得了良好的技术经济指标,其中采切比为3.31 m/kt、矿石损失率为1.60%、贫化率为1.95%;较浅孔留矿法可增加1702.03万元的利润。采矿试验成果可为矿山后续生产提供技术支持,也可为同类矿山提供借鉴。

高温花岗岩遇水冷却后可钻性试验研究

快速冷却作用下花岗岩可钻性的研究,对提高干热岩坚硬研磨性地层的钻进效率具有重要意义。以花岗岩为研究对象,对不同温度(室温至600℃)遇水冷却后的岩样进行了压入硬度试验、摩擦磨损试验和室内微钻试验。试验结果表明:高温与快速冷却对花岗岩的可钻性产生了显著影响,可钻性上升明显;冷却后的岩样压入硬度减小,塑性系数增大,但600℃的花岗岩仍然处于低塑性阶段;摩擦磨损试验下对磨件胎体与岩样失重量随温度升高逐渐增大,花岗岩的研磨性越来越强;微钻试验下钻进速度加速增大,300℃前后的上升幅度分别为22.5%,110%,这是岩石力学性质劣化、结构破坏的突出反映。试验结果可以为干热岩等中深层地热钻井施工过程中的破岩和钻井技术提供理论指导。

井下动力钻具微钻试验装置设计研究

井下动力钻具微钻试验装置是为研制新型动力钻具提供试验条件的关键装备,该装备用于原理样机的试验测试,可降低试验成本并缩短研发周期,试验测试结果可为全尺寸物理样机的制造提供参考。本文依据井下动力钻具的工作特点和钻具试验装置测试原理,设计了一套井下动力钻具微钻试验装置,该试验装置区别于常规和传统的微钻实验台,其采用数控闭环控制钻井液动力循环和钻压,实现了水力驱动与钻压给进的精确控制,并验证了井下动力钻具微钻试验装置的可行性,为水力驱动的钻具样机试验研究提供了平台。

抽吸式微取心PDC钻头的研究与应用

常规PDC钻头切削产生的粉状或片状岩屑颗粒不便于地质录井,对此提出了一种新型抽吸式微取心PDC钻头。该抽吸式微取心PDC钻头取消了常规PDC钻头心部的主切削齿,设置特殊的水力结构,使钻头心部在钻进过程中形成一定直径的竖直岩心并适时折断,通过负压抽吸作用将断的微岩心从钻头体内部流道带离井底。结合破岩仿真与液固两相流理论,研究了在岩心、岩屑与钻井液混合流动的流场中,射流喷嘴直径的大小对取心通道中抽吸效果的影响规律。数值模拟结果表明,对于拟定条件下钻头直径为215.9 mm的微取心PDC钻头,当射流喷嘴直径为8 mm时,从排心孔排出的岩心、岩屑和钻井液的质量较高,其负压腔的抽吸效果较好。室内及现场试验表明:采集的岩心以柱状为主,岩心完整性和采集率高;在磨溪111井位嘉陵江组二段3亚段至长兴组上部地层,获总进尺805.65 m,平均机械钻速为4.57 m/h,最高机械钻速可达7.4 m/h;该钻头在嘉陵江组二段3亚段至飞仙关组一段(总进尺742 m)的机械钻速比该区块同层位的其他常规PDC钻头高出了50%以上。

微流量控压钻井系统的研制与现场试验

微流量精细控压钻井技术是当今世界钻井前沿技术之一,主要是通过进出口流量的微小变化、随钻环空压力监测、地面自动节流调整及压力补偿等手段,实现环空压力的实时监测与精确控制。通过微流量精细控压钻井系统的研制和现场应用,完善微流量控压钻井设备配套并形成技术体系,现场试验主要是利用"微流量控压钻井系统"及时发现和处理井下复杂情况,减少井涌、井漏和降低钻井非生产时间等,提高钻井安全性和经济性,从而提高复杂地层的钻井作业效率。其现场成功实践为复杂地层钻进积累了经验。

微钻试验台智能测控仪的设计与应用

为克服传统微钻试验台操作性差的缺点,以微控制器STC15F2K60S2为主控芯片,采用嵌入式系统为核心技术,设计开发了智能微钻试验台测控系统。结合互联网技术,实现了对关键参数进行实时控制和数据的实时采集及分析。此外,为便于分析不同区域的岩样数据,在传统测控仪的基础上添加了定位模块,通过UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)接口与联网模块以及定位模块通信,最终实现远程控制测控仪和获取测控仪数据的功能。该微钻试验台智能测控仪实现了远程定位与访问控制的功能,对于钻具的研发与优化具有应用价值。

PCB微钻钎焊工艺实验研究

对印刷电路板用微型钻头的钎焊工艺进行了探讨,实验采用硬质合金作为微型钻头的刀头材料,不锈钢作为刀体,通过高频感应钎焊的方式对两者进行连接,以抗弯强度作为刀具强度的检测方式。同时采用正交试验方差分析方法,通过实验找出影响微钻钎焊强度的显著因素,确定最佳生产条件。

0.2μm级硬质合金的制备及其应用性能

以厦门金鹭特种合金有限公司的超细WC粉、超细Co粉作为原料,分别采用普通压力烧结技术与热等静压(HIP)技术,在国内首次实现了0.2μm级硬质合金G0209的制备。在合适的HIP烧结温度、烧结压力、烧结时间下所生产的0.2μm级硬质合金的抗弯强度和由其制备的印刷电路板(printed circuit board,PCB)微钻抗冲击性能都优于普通压力烧结产品。同时作为参比,将一流硬质合金厂商住友生产的0.2μm级硬质合金棒材制备成PCB微钻,进行性能对比试验测试,结果显示,本研究生产的0.2μm级硬质合金品质达到了住友同系列产品的同等水平。