深井大直径井段的钻井问题研究

随着我国深井数量的增加，深井上部大直径井段钻井速度慢的问题日益突出。在系统分析了大直径井段中普遍存在的钻井问题的基础上，指出当前深井大直径钻井技术的根本问题，是钻具、钻头、钻井装备与大直径井眼的工艺要求不相适应。在软地层中主要表现为：沿程水力损失很大，水功率利用率极低，导致井底比水功率很低，井底和钻头清洗不良，影响机械钻速。在硬地层和砾石层中主要表现为：钻压不足，导致机械破岩能量明显不足，同时大尺寸钻头齿面结构设计不合理，破岩效率低。文中提出了解决深井大直径钻井问题的具体措施，对提高深井钻井速度具有一定的指导意义。

中原油田文东高压油气区大直径井眼钻井实践

中原油田文东地区属于典型的盐间高压油气藏，油气层埋藏深，上部大直径井眼井段长。因而，如何提高大井眼钻井速度，是文东高压油气井钻井的重要课题。经过大量的实践，提出了解决这一问题的途径。从优选喷嘴组合，喷嘴类型和水力参数，增大双喷嘴直径差，配备大功率泥浆泵，降低钻井液水眼粘度等几个方面入手，以多种途径提高泵压和钻头水马力，从而提高了水力破岩能力。同时，优选钻头类型，总结出适合文东高压油气区快速钻进的三套钻头系列，从而充分发挥了钻头的工作效率，并使用合适的钻具组合及钻井参数，在满足井身质量的前提下，大幅度地提高了钻井速度，有效地降低了钻井成本。

全角曲率理论在指导下入深孔大直径井管中的应用

利用测斜资料，采用全角曲率理论来计算钻孔弯曲曲率、曲率半径及大直径井管的弯曲应力，以指导在深孔中安全地下入大直径井管，避免井管折断事故。

深井大直径井段钻井技术优化问题

随着我国油气田的开发 ,深井数量不断增加 ,由深井上部大直径井段机械钻速偏低引发的问题越来越引起了广泛的关注。其根本原因在于钻井设备、钻头、钻具与大直径井眼的钻井工艺不相适应。现文提出了解决这些问题的基本思路和措施 ,对于提高深井上部井段机械钻速有一定的意义。

深井大直径井段的钻井问题研究

随着深井数量的增加,深井上部大直径井段钻井速度慢的问题日益突出。在系统分析了大直径井段中普遍存在的钻井问题的基础上,指出当前深井大直径钻井技术的根本问题是钻井工具、钻头、钻井装备与大直径井眼的工艺要求不相适应。在软地层中主要表现为:沿途水力损失很大,水功率利用率极低,导致井底水功率很低,井底和钻头清洗不良,影响机械钻速。在致密地层和砾石层中主要表现为:钻压不足,导致机械破岩能量明显不足,同时大尺寸钻头结构设计不合理,破岩效率低。提出了解决深井大直径钻井问题的具体措施,对提高深井钻井速度具有一定的指导意义。

大直径塑料检查井结构力学性能分析

大直径塑料检查井具有壁薄容腔大、结构刚强度比传统砖砌检查井小的特点。针对此问题进行了力学分析及计算,建立有限元模型,利用ANSYS软件进行静力学仿真、结构优化和模态分析,并搭建试验平台进行最大变形量试验。结果表明:仿真验证变形量最大位于与支管连接处的两侧;应力最大位于与支管连接处的底部。通过L_(16)(4^(4))双指标综合评分正交试验优化分析,四因素对综合评分影响次序为:井体壁厚>筋距>筋宽>单侧筋厚,在最优加强筋布置方案下,井体变形率均小于2%,应力最大值均小于许用值。井体结构前6阶模态固有频率受外部结构及尺寸影响较小,与外部环境振动频率没有重叠,无共振现象发生。通过井体受力变形量试验,结果与仿真趋于一致。分析为大直径塑料检查井结构制造及施工提供了理论依据。

大直径盾构隧道盾构井环框梁设计分析及构造措施

大直径公路隧道盾构井在施工阶段承担着盾构机吊装、盾构掘进始发和接收的重要功能。后期运营阶段盾构井承担隧道运营、设备布置、故障检修、事故安全疏散等多种工况的功能要求。本文以深圳妈湾跨海通道盾构井为研究对象,结合盾构法地下快速路的特点,针对大直径公路隧道盾构特点设计盾构接收井结构。利用Midas Civil有限元软件建立荷载-结构法盾构井三维计算模型,分析了盾构接收井在盾构吊装阶段、施工后浇结构及后期运营阶段的环框梁受力特点,同时总结了大直径盾构井环框梁构造措施,对于以后指导大直径盾构井结构设计及施工有重要意义。

基于深度相机的大直径救援井三维模型重建研究

大直径钻孔救援是一种有效的矿山灾害应急救援方法,通过向人员被困位置施工大直径救援井,采用提升舱将被困井下的人员通过大直径救援井安全可靠提升至地面。大直径救援井的结构参数及其变化对提升舱的通过性能具有重要影响,实时获取大直径救援井的结构参数是大直径钻孔救援科学操作与决策的基础。为了满足大直径救援井结构参数的监测需求,研制了基于双目结构光原理的Intel RealSense D435i深度相机和ROS操作系统的大直径救援井结构参数检测与三维模型重建系统。针对大直径救援井井筒纹理光滑不明显的问题,对比分析了SIFT、SURF、ORB三种图像特征点提取算法提取大直径救援井井筒图像特征点的效果;采用ICP-PNP混合算法,估计深度相机的位姿,并根据相邻帧之间的运动误差筛选关键帧,优化三维点云模型;最后基于大直径救援井提升过程模拟试验平台进行了大直径救援井三维模型的重建试验。研究结果表明:在大直径救援井井筒纹理结构不明显情况下,相同时间内SURF算法具有更好的特征点提取效果;根据相邻帧之间的运动误差筛选关键帧图像,可以稳定地构建大直径救援井三维模型;对大直径救援井三维点云模型进行截面采样,与实际井筒半径误差在2%以内;基于最小二乘圆法对大直径救援井三维点云模型的采样截面进行圆拟合,与实际井筒半径误差在0.4%以内。重建的大直径救援井三维模型能够准确地反映实际大直径救援井的结构参数,为地面应急救援提升的科学操作和决策提供了保障。

大直径塑料检查井支撑结构设计与力学性能分析

针对大直径塑料检查井填埋施工存在的变形、断裂问题,提出井内安装支撑结构的施工方法。支撑结构能够有效减少填埋后检查井的变形量,支撑结构检查井最大变形量关系为:“王”字形<鸟笼形<X形<三角形<无支撑结构;填埋下检查井最大变形量为0.556 mm,“王”字形支撑结构检查井仿真下最大变形量为0.062 mm,较无支撑结构检查井最大变形量减小了88.8%,且“王”字形支撑结构塑料检查井前六阶模态频率与沥青路面自振频率均无重叠,不会出现共振现象,说明了该结构的合理性;支撑结构检查井最大变形量测试试验结果趋势与仿真一致,“王”字形支撑结构检查井试验下最大变形量为0.098 mm,较无支撑检查井最大变形量减小了83.1%。

狭小地下空间引水竖井大直径反井钻机一次成型施工技术研究

【目的】反井钻机已成为竖井开挖的首选工法,但在复杂狭小地下空间内大直径反井钻机施工技术尚不成熟。【方法】以以礼河水电站复建工程新建引水竖井工程为背景,提出了一种狭小地下空间内大直径反井钻机一次成型施工技术,并采用三维数值计算论证了工艺的可行性,最终将研究成果在工程中得到示范应用。【结果】研究结果表明,反井钻机一次成型施工减少了爆破作业工序,能够显著提高施工效率;新工艺施工过程中顺利稳定无异常,围岩稳定、变形均匀、变形量小,4.5 m引水竖井支护结构的最大主应力、最小主应力均小于混凝土结构极限强度限值。【结论】随着国内外类似工程项目的增多,提出的狭小空间内大直径反井钻机一次成型施工技术具有广泛的推广应用价值。

大直径塑料检查井抗浮力分析及结构设计

为解决大直径塑料检查井在雨季或地下水位较高条件下安装和使用时抗浮力差的问题,提出一种大直径塑料检查井抗浮力结构设计方案。通过对大直径塑料检查井进行受力分析和抗浮力理论分析,采用正交试验法对其进行抗浮结构设计,得到了大直径塑料检查井抗浮力结构最优设计参数组合。利用ANSYS对遴选出的参数组合进行有限元仿真,通过分析不同方案对检查井底部隆起的影响,得出了解决检查井底部隆起问题的最佳方案。

超深长斜井反井钻机大直径导井一次成型施工技术

浙江缙云抽水蓄能电站超深长斜井具有复杂的地质条件,导孔和导井的施工难度比较大,而且还很容易产生偏斜问题。因此通过分析超深长斜井反井钻机大直径导井一次成型施工技术,解决了超深长斜井导井施工施工中的各种问题,顺利贯通大直径导井,提高整体施工质量和安全性。

大直径地面钻井采空区采动区瓦斯抽采理论与技术

地面钻井抽采采空采动区瓦斯技术在世界范围内的应用越来越广泛,然而仍存在着瓦斯流量和浓度偏低以及钻井稳定性差的问题。基于淮南矿业集团和澳大利亚的应用实践,开展了大直径地面钻井提高瓦斯抽采效果的理论与技术研究。通过对围岩采动影响和瓦斯抽采效果的数值模拟,参考瓦斯高效抽采范围的高位环形体理念,进行了抽采管径分别为244.5 mm和177.8 mm的大直径地面钻井设计和抽采瓦斯试验。试验结果表明:大直径地面钻井在抽采效果、控制工作面瓦斯涌出以及钻井稳定性上均明显优于普通钻井,瓦斯抽采总量可达316.7万m3,瓦斯纯量达170万m3,服务时间达106 d,能够有效地控制工作面回风瓦斯浓度;地面钻井布置于回风巷一侧在抽采效果上优于进风巷一侧,前者瓦斯抽采量和浓度分别高于后者33.7%和75.3%。

大直径反井钻机及反井钻进技术

为了满足煤矿快速建设采区风井需要,大直径反井钻机研制和反井钻井施工技术需进一步发展。针对大直径反井钻机技术关键,对大直径反井钻机技术参数、主机系统和钻具系统进行分析说明。介绍了国内大直径反井钻机开发研制情况,并给出工程实例。

大直径救援井高效钻井技术及装备现状与展望

大直径救援井能够连通地面与矿井下被困区域,快速构建井上下救援通道,是矿山应急救援的重要途径,但地层复杂性、工艺与装备适应性等诸多局限,限制了救援通道的构建效率。为进一步提升大直径钻孔救援通道构建能力,推动矿山应急救援技术发展,分析了主要复杂地层对大直径井钻井过程的影响,总结了大直径救援井钻井"钻得稳、钻得准、钻得快"的技术特点,系统分析了大直径救援井不同井段优快钻井技术与装备的现状。首先,对比分析了覆盖层桩孔施工工艺,介绍了适用于复杂覆盖层的全套管钻进工艺与装备,研究了基于超声测距的大直径井井底位移计算方法;其次,归纳总结了以精确定向和复合钻进为核心的先导孔钻井技术、以大直径潜孔锤钻进为核心的基岩层段钻井技术,简要阐明了集束式潜孔锤井底软密封式反循环形成机理与配套装备,针对安全、精准透巷技术难题,研发了高精度随钻测量仪器与安全透巷钻井工艺。此外,以救援通道高效构建为目标,阐述了多领域多工艺技术融合应用,模块化和智能化钻探装备开发,区域适应性优快钻井技术研究与应用,大直径救援井钻井信息系统构建与不断完善,是下一阶段大直径救援井钻井技术与装备的发展方向。

大直径工程井气举反循环钻进施工常见问题与改进对策

由河南省煤田地质局自主研发的Φ219.1/168.3 mm大口径气举反循环钻具已成功应用于大直径工程井钻井施工,并取得了较好的经济效益。但该套钻具样品在生产试验时出现的一些如气道短路、漏浆漏气及岩心堵塞等常见问题。通过反复试验研究,有针对性地采取了在结构设计时,将内管接箍上端面与外管下端面之间间隙由原来8 mm缩小到1 mm以内,在加工工艺上,分别从材质、硬度、表面光洁度等方面对螺纹部分进行耐磨处理;在原来的连接座基础上增加一道防线,将空气盒中的压缩空气通过迷宫形式的特殊通道引入到钻井液密封区;对取心牙轮钻头,割心楔块材质选择硬度高、耐磨性好的材料,对PDC钻头,严格控制进入钻头排渣口岩屑粒径等一系列改进对策。改进后的一批钻具在新密和成煤矿瓦斯抽排井施工现场得到成功应用,运行效果良好,故障率大幅降低,纯钻时间得以延长,取得了非常好的经济效益。

大直径工程井成井下管方法探讨

根据用途不同，大直径工程井成井后套管直径一般在450～1300 mm范围，井眼和套管尺寸大、套管质量大是该类工程的显著特点之一。简要介绍了大直径工程井常用下管方法、套管连接方式及大直径工程井套管强度设计原则。结合工程实例，阐明了只要科学地进行套管柱强度设计、采用合理的下管方法和套管柱连接方式，选用提升力100 t的钻机也能安全实现重约300 t套管的下管作业。

煤矿大直径风井反井钻井法施工技术

为了实现王台铺煤矿1#辅助回风立井的安全、快捷、经济施工,根据该立井的地质结构特点,采用反井钻井法施工技术,研究了反井钻井法的施工方法、施工工艺。实践表明,利用新型反井钻机施工煤矿大直径风井的成功经验值得借鉴。

气举反循环工艺在大直径工程井中的应用探讨

以实际工程为例,介绍钻机、空压机、Ф219.1/168.3 mm大直径双壁钻杆、Ф168.3 mm内平单壁钻杆、气举反循环水龙头等器具配备及组合情况。研究了气举反循环工艺在大直径工程井钻进中的排渣效果、钻进速度、孔斜控制等参数的动态变化。经计算钻具内钻井液上返流速一般值为2.0 m/s时,排渣效果好;Φ444.5 mm钻头气举反循环钻进较Φ311.1 mm钻头正循环钻进,钻进效率提高了74.3%,碎石效率提高了2.56倍,且孔斜控制效果好。气举反循环新工艺能减少扩孔的次数,钻井成本及能耗大幅度降低,降低了事故发生率。同时,也暴露出专用工具配套不全,钻具修理保养难度较大,钻机适应性较差等不足之处。