连续循环系统在科学超深井中的需求分析

作为"入地"重要手段的科学深井、超深井工程是研究深部地质学的重要方法,被誉为"伸入地壳的望远镜"。科学超深井井内超高温高压成为钻井作业中突出的技术难题之一,其对钻井液、井底动力机具、井下检测仪器、铝合金钻柱提出了极为苛刻的要求,致使工程难度增大、风险提高、工期加长。通过对科学超深井钻井工程特点的总结,分析了钻井液连续循环对井眼稳定性和井底温度的影响,得出了连续循环系统对于科学超深井钻井作业具有较强的技术需求的结论。对我国未来万米科学超深钻计划提供了技术支持。

13000m科学超深井钻探技术

对国内外科学钻探实践进行了简要回顾,对超万米科学钻探工程面临的技术难题进行了分类描述。在此基础上,考虑沉积岩和结晶岩2种地层条件,提出了13000 m科学超深井的钻探技术方案。

地层温度对科学超深井井壁稳定的影响

井壁稳定问题包括井壁坍塌和地层破裂2种基本类型,科学超深井钻探的目的层是处于高地应力、高地温和高地层压力的深部岩层,井壁稳定问题更加突出。以12000 m科学超深井为例,从地层温度入手,分析钻井液循环温度变化所引起的当量静态钻井液密度和环空压力当量密度的变化,以及温梯应力、温差应力对井壁稳定的影响。

万米科学超深井钻完井现状与展望

概述了美国、苏联、德国、日本、冰岛、中国及其他国家科学钻探工程项目情况,指出了万米科学超深井钻完井存在的难题,主要包括地质条件复杂、地层温度高、钻井周期长、井斜控制难、井身结构设计困难、超长钻杆柱适应性等问题。针对存在的难题,分析了地质工程一体化技术、高效破岩技术、高温钻井液技术、高温固井技术、井身结构设计优化技术、精细控压钻井技术、复合钻柱设计技术、膨胀套管技术、井斜控制技术、激光钻进技术、钻井工程自动化及信息集成技术、钻井工程智能化技术、钻井工程无人化等关键技术在万米科学超深井钻完井中应用的发展趋势。

超声波冷锻与微弧氧化处理铝合金钻杆的耐腐蚀性能

目的采用超声波冷锻与微弧氧化技术处理形成包裹于铝合金表面的细晶层和微弧氧化膜层用以提高铝合金钻杆的耐腐蚀性能。方法用超声波冷锻技术(Ultrasonic Cold Forging Technology,UCFT)和微弧氧化技术(Micro Arc Oxidation,MAO)处理形成包裹于铝合金表面的细晶层和微弧氧化膜层,从而强化铝合金钻杆材料(2024)。通过模拟铝合金材料在科学超深井“高温–高压–力学–化学”的服役条件和环境,并使用失重法、电化学方法、扫描电子显微镜以及X射线衍射等测试方法,研究了细晶层和微弧氧化膜层对铝合金钻杆腐蚀行为和腐蚀规律的影响。结果通过电化学测试结果可知,经UCFT+MAO处理的铝合金的耐腐蚀性能随着弹性拉应力的增加而逐渐下降。但在300 MPa的弹性拉应力作用下,经UCFT+MAO处理的铝合金仍能维持较低的腐蚀速率(10^(‒2) mm/a),并且耐蚀性能仍大于未经UCFT+MAO处理的铝合金。通过失重法和扫描电子显微镜测试结果可知,在100 MPa的弹性拉应力条件下,经UCFT+MAO处理的铝合金的腐蚀速率随试验温度的升高而明显上升,并且表面的腐蚀形貌也变得越来越不平整,凸起程度增加。当试验温度超过125℃时,经UCFT+MAO处理的铝合金的腐蚀速率随温度的增加而显著上升。通过XRD测试结果可知,在100 MPa的弹性拉应力和不同温度条件下,经UCFT+MAO处理的铝合金表面的化学组成主要以Al和Al^(2)O_(3)为主。结论经UCFT和MAO处理形成的细晶层和微弧氧化膜层能够有效保护铝合金基体,提升铝合金的耐腐蚀性能。

大陆科学钻探工程技术发展动态及趋势分析

钻探是直接获取地下实物资料和提供测量通道的唯一技术方法,科学钻探是人类解决所面临的资源、灾害、环境等重大问题不可或缺的重要手段。本文简要回顾了大陆科学钻探技术发展概况,通过对大陆科学钻探新技术发展动态前沿问题及发展路线进行调研,梳理总结了大陆科学钻探工程面临的高温、高压、高地应力、井斜、取心等技术难题,并提出了以高度集成化、智能化的绿色钻探技术为研究方向的发展路线图,为大陆科学钻探工程进一步发展及组织实施提供参考。

基于COMSOL的铝合金钻杆腐蚀分析

为预测科学超深井钻探工程中铝合金钻杆耐腐蚀性能,运用COMSOL软件,建立多物理场腐蚀分析模型,开展“松科二井”铝合金钻杆“应力-温度-电化学”作用下的腐蚀规律仿真分析。分析结果表明:腐蚀体系达到平衡时,铝合金电极一侧的电解质电位偏高,钢接头电极一侧电解质电位偏低,靠近钢接头电极一侧铝杆体电流密度高;随着钻杆所受应力、温度的增加,腐蚀速率加快,相对于温度的影响,载荷对腐蚀影响较小;腐蚀速率和井下工作时间成正线性相关;离钢接头的电偶腐蚀处越近,铝合金钻杆的界面电流密度越大,并成指数关系,外壁强影响区域大约在距电偶腐蚀处0~200 mm,内壁为0~110 mm。研究成果将为铝合金钻杆的工程防腐提供参考。