地质钻探装备智能化升级——以小型工勘钻机和电动水源钻机为例

近年来,我国地质钻探装备在国家、省部等各级科技计划的支持下取得了较快的发展和进步,各类型钻机已初步实现由可编程逻辑控制器、执行机构、检测元件等构成的基础自动化。但是,上述装备在面对具有复杂地质条件的工程勘察、地热资源勘探、深部钻探等任务时,仍存在安全性和效率不高等问题。本文提出一种分层(基础自动化层、状态监测层、智能决策层)递阶式地质钻探装备智能化升级方案,并分别以小型工勘钻机和电动水源钻机为例进行了详细分析和说明。实例结果证明了改进方案的有效性和工程适用性。

机械水源钻机自动化升级的研究及应用

传统水源钻机的加压送钻等操作受到操作者经验的影响较大,工作环境和安全条件也较差。为更好地满足中深层地热井施工的需求,对现有一台TSJ-3000型水源钻机进行了自动化升级改造。增加了司钻房;运用伺服控制系统,实现触感式摇杆提钻下钻功能和自动恒压送钻功能;采用自动传感式换挡模组,在司钻房内实现快速换挡、变速,使司钻房远离钻机转盘;采用工控屏触摸方式集成现场主要电柜控制器;实现了自动化和手动操作两个独立的操作系统。现场试验和应用表明,自动化升级后钻机运转参数能够实时监控和集中显示,为判断、预防井内事故提供科学依据;能满足3000 m水源钻机钻具悬重800 kN条件下的提、下钻工况需求,钻进效率比改造前提高了61%;降低了劳动强度,改善了操作环境。本项目顺应了钻探设备自动化、数字化、智能化发展趋势,具有良好的应用前景。

TSJ-3000型水源钻机在煤层气L型井施工的改进应用

L型水平井是煤层气开发的主力井型,目前国内煤层气L型水平井施工设备均为标准石油钻机,但石油钻机设备配置和安迁移运成本较高。而水源钻机购置成本低,且很多地勘单位原来都配备有水源钻机。为此,本文在研究总结常规水源钻机、石油钻机的设备原理、主要参数、差别特点的基础上,对TSJ-3000型水源钻机进行了4项改进设计,以达到标准石油钻机性能。同时,结合煤层气水平井地质条件、作业环境、施工工艺等特点,对改进TSJ-3000型水源钻机进行了4项提升设计,对随钻录井装置、液压大钳、潜水排污设备、气动绞车等进行改进,以满足煤层气L型水平井施工要求。应用改进TSJ-3000型水源钻机有效提高了钻完井工作效率和经济效益。

浅谈TSJ-2000水源钻机底座设计

针对TSJ-2000水源钻机在盐井施工过程中,常会出现盐卤伴生气(低压天然气),发生井涌、井喷现象,有毒有害、易燃易爆气体常常威胁作业人员和环境的安全。原有TSJ-2000水源钻机底座太矮,不能安装单闸防喷器来密封伴盐卤生气。正是基于以上原因,我们按照盐业钻井工艺要求,重新设计TSJ-2000水源钻机底座,消除安全隐患。

TSJ-2000水源钻机转盘承载梁静力分析

转盘承载梁是转盘载荷的直接承受结构,其结构的强度、刚度条件直接影响到钻机施工安全。本文利用Workbench对TSJ-2000水源钻机新制转盘承载梁进行有限元静力分析,得出:转盘承载梁在最大负荷下的最大组合应力为53.933MPa,最大剪力为,最大总变形为0.73699mm,且都满足相关规范标准,为转盘承载梁安全承载提供了理论依据。

水源钻机在超深土层绳索取心钻进中的应用

山西省清徐县区域地质调查项目设计800、2000、3000 m科学钻探孔,以调查填补新生界底板埋深控制空白区,各孔钻入基岩30 m完钻。要求全孔取心,岩心采取率≮85%,岩心直径≮60 mm,采用塑料保护管采取原状岩样。针对超深软土层、各组地层特性及厚度未知、钻遇基岩完钻深度未知、大直径高保真全孔取心、项目价格远低于目前市场成本等难题,经过“水源钻机+大提钻取心+长裸眼孔段”实施800 m孔、“岩心钻机+绳索取心+套管固井”实施640 m参数对比孔,创新性使用“水源钻机+绳索取心+长裸眼孔段”工艺完成了2000 m孔的施工。该工艺岩心采取率达到93%,孔径和孔斜符合地质要求,为3000 m孔顺利施工打下了坚实的基础,为同类型项目提供了经验和借鉴。

基于Workbench的TSJ-2000水源钻机底座模态分析

为验证TSJ-2000水源钻机新设计底座的安全性,根据钻机特点,利用Workbench建立了底座的三维模型,并对其进行了模态分析。模态分析表明,底座的固有频率远大于转盘的工作频率;底座的振动变形位移较小,且主要表现在底座下部结构,满足底座振动安全要求,为底座能够安全工作提供了理论依据。

TSJ－1000型水源钻机改装成工程、水文两用钻机

ＴＳＪ－１０００型水源钻机改装成工程、水文两用钻机河北省城乡勘察院董书彬自１９９１年至今，根据工程需要，同时考虑节省开支，我们依次将本单位６台ＴＳＪ－１０００型水源钻机改装成了工程钻机。改装后的钻机具有以下特点：扭矩大（４５ｋＮｍ），转速低，如将改动...

河北永明地质工程机械有限公司DBS35型电动水源钻机

DBS35型电动水源钻机是河北永明公司自主研发的一款新型电动钻机,具有以下技术特点） （1）绞车和转盘采用独立模块化设计,结构紧凑,体积小,方便拆装运输; （2）可选配不同型号石油转盘,配套惯性刹车和滚子补芯;

用TSJ-1000型水源钻机施工地热井

我院自１９９３年以来，已施工地热井数十眼，积累了一定经验。现就我院近年使用的ＴＳＪ１０００型水源钻机施工地热井技术作一探讨。１钻井工艺分析１钻井方法该钻机设计采用８９ｍｍ钻杆，可完成１９１ｍｍ钻孔１０００ｍ，而地热井成井终孔口径一般＞２００ｍｍ。...

煤层气L型水平井钻井工艺在山西郑庄区块应用与研究

煤层气L型水平井能够最大限度的沟通煤层微裂隙和裂隙系统,增加井眼在煤层中的波及面积和泄气面积,较定向井能大幅提高单井煤层气产量。在煤层气L型水平井钻井过程中,涉及钻井工艺较繁琐,通过优化井深结构、控制井眼轨迹、合理钻具组合、改进泥浆性能、提升钻井技术等方法,可有效提高了钻进效率,缩短钻进周期,提高工作效率和经济效益。2022年,通过TSJ-3000水源钻机在沁水盆地郑庄区块煤层气L型水平井钻探实际应用,以钻井周期20.1d,完井井深2033.94m,钻机月速2991.67m,创造了华北油田煤层气该区块同类型井钻井周期和钻机月速的双记录。

深厚覆盖层绳索取心钻探工艺实践

山西省清徐县测区(清徐县幅、徐沟幅)1:5万区域地质调查项目ZK03钻孔设计孔深3000 m,要求全孔取心,岩心采取率≮85%,岩心直径≮60 mm,采取原状岩样。针对深厚覆盖层、大直径高保真全孔取心等难题,通过分析所钻地层特点、可能存在的孔内事故、应用CHD127型绳索取心钻具、优化钻具结构、采用稳压钻进技术、加强现场泥浆使用管理等多措并举,创新性探索出“水源钻机+绳索取心+长裸眼孔段”工艺,高质量完成了施工任务。现场实践表明,深厚覆盖层连续取心施工使用“水源钻机+绳索取心”工艺要优于立轴式岩心钻机;绳索取心钻具内管加PVC管可以满足岩样保真及采取率要求;高质量低固相泥浆性能可以实现深厚覆盖层全裸眼钻进。“水源钻机+绳索取心+取心钻具内衬PVC管”工艺可以在岩土工程勘察、中硬以下岩层水文地质孔、煤层气勘探深孔中推广应用。

大口径工程孔中随钻定向钻探的使用方法及应用效果

普利门DST有线随钻测井仪、φ120螺杆钻具在大口径工程孔定向钻进中配合使用,可精确控制钻孔轴线方向,进行随钻定向钻探,成功实现遥控钻进。