软硬交错倾斜煤层下煤矿钻孔机器人钻杆系统振动特性研究

煤矿钻孔机器人钻杆系统振动特性的研究是钻进轨迹预测及控制的重要前提。考虑水平钻进过程中钻杆系统与煤层交互约束的复杂机制,搭建煤矿钻孔机器人钻进实验平台及振动监测系统,开展不同软硬煤层及煤层倾斜角度下的水平钻进实验;采用经验模态分解方法对采集数据进行分解、滤波和重构处理,以消除噪声干扰,进而研究软硬交错倾斜煤层下钻孔机器人钻杆系统振动特性。研究结果表明:钻孔机器人无论是在硬→中硬→软煤层还是软→中硬→硬煤层中钻进,钻杆系统的纵向、横向、扭转振动幅度均随煤层倾斜角度的增大而增大;同一煤层倾斜角度下,钻孔机器人在软→中硬→硬煤层中钻进较在硬→中硬→软煤层中钻进时,钻杆系统的纵向、横向及扭转振动幅度更大;煤层倾斜角度较小时,软硬交错煤层对钻杆系统振动特性的影响较大,煤层倾斜角度较大时,煤层倾斜角度对振动特性的影响大于软硬交错煤层的影响;较大的砂石对钻杆系统振动产生一定影响。

软硬交错地层地基处理施工新技术实践与应用

软硬交错地层具有很多危害,为了保证地基的质量,需要采取一定的措施进行处理。针对软硬交错地层地基加固处理导致成桩难、成桩质量差、返工频繁等诸多问题,文章充分利用软硬交错地层的特点,创新提出了1种快速成孔的螺杆桩结合灰土挤密桩对软硬交错地层地基进行加固处理的方法,并对其工艺流程进行了详细分析。应用后的结果表明,此方法充分发挥地基土层本身的特性,可以满足建筑物的设计要求。

基于Abaqus的软硬交错地层钻进过程仿真及动态特性分析

随着钻探技术向深部地层发展,研究钻进过程中钻头与深部复杂地层的动态特性及参数响应规律成为研究中的重难点。采用数值模拟和响应面分析相结合的方法,研究了聚晶金刚石复合片(PDC)钻头与典型复合地层在钻进破坏过程中的动力学特性,并对其进行了参数分析;以带倾角的软硬交错地层作为典型复杂地层为研究对象,基于Abaqus建立了全真尺寸的PDC钻头与软硬交错地层之间的动态破坏有限元仿真模型,得出了钻头在钻进过程中受到地层反力的动态特性;通过正交试验进行了数值仿真试验,研究了在不同的地层参数及钻进参数下PDC钻头的动力学特性;采用单一因素分析法和响应面分析法对钻进参数及地层参数与钻头受到地层反力之间的关系进行了建模与辨识,得到了多参数下钻头受到的地层反力变化趋势及回归模型。研究结果表明:软硬地层倾角越大,钻头受到的地层反力平均值和冲击峰值亦越大。随着地层软硬程度比的增大,钻头受到的平均反力和峰值反力大幅增长。在一定范围内,增大转速会降低钻头受到的反力冲击。研究成果可以为深部复杂地层钻进时钻头反力的预测提供依据,同时对深部复杂地层钻进轨迹控制起指导作用,对地质深部钻进有重要意义。

软硬交错地层中的定向钻穿越施工技术

随着西气东输二线管道工程的建设,水平定向钻穿越施工的管道管径也随之增大。在大口径水平定向钻穿越施工中,软硬地层交错处产生的扩孔台阶是影响定向钻施工成功率的关键因素。文章通过理论分析,采用了一种使扩孔器承受的垂直向下合力减小的施工方案,从而有效地避免了在软硬地层交错处产生扩孔台阶。工程实践证明该方法可行。

软硬交错地质盾构空舱模式下土体改良和加固技术

下部硬上部软地质是轨道交通盾构施工棘手问题之一。结合南京轨道交通4号线蒋王庙站-岗子村站区间工程实例,对下部硬上部软地质盾构施工面临的难题进行分析,针对软硬交错地质盾构受力不均、容易形成泥饼、刀具受损率高和施工效率不高等困难,采取空舱模式施工,通过泡沫剂进行土体改良、地层加固技术和防止刀盘被“抱死”的包裹膜技术,以减少泥饼产生。

预弯曲钻具组合在软硬交错地层的应用

油气井的防斜打快问题是石油钻井面临的一大难题。川西地区中浅部地层岩性软硬交错程度显著,导致钻井易井斜的问题,前期主要通过国外垂钻系统解决该问题,钻井成本高。预弯曲钻具组合是一种低成本防斜打直技术,但是在软硬交错地层的应用尚缺乏科学的适用性评价方法。提出了一种考虑地层软硬交错特征及地层倾角影响的易斜地层预弯曲钻具选择方法,实现了软硬交错地层的造斜力计算,进而选择能提供相当防斜力的预弯曲钻具组合进行防斜应用。分析结果表明,在川西地区,地层倾角小于25°、软硬交错指数小于3时,预弯曲钻具组合可以提供足够的防斜力。应用该技术进行了现场应用,预弯曲钻具组合取得了较好的防斜提速效果,证明这种评价方法力学原理明确,模型准确可靠,应用简单,可以为软硬交错易斜地层低成本防斜打快技术提供可靠参考。

混合钻头对软硬交错地层破岩特性的仿真研究

为了研究PDC-牙轮混合钻头的破岩过程及其钻进软硬交错地层时的工作特性,根据Drucker-Prager准则构建软硬交错岩石模型,并对混合钻头和传统PDC钻头进行钻进仿真对比分析。结果表明:钻进过程中距井眼轴心约2/3井眼半径部位的岩石所受应力较大;在软硬交错地层中,混合钻头比PDC钻头的机械钻速高28.8%、钻速波动值低27.0%、径向载荷峰值低27.6%。混合钻头利用PDC切削齿与牙轮切削齿进行协同破岩,相比PDC钻头能够更加快速、稳定地钻进软硬交错地层。

水敏性软硬交错地层瓦斯抽放孔PDC钻头的设计与应用

贵州地区煤炭资源中瓦斯突出灾害非常严重,矿下掘进前的瓦斯抽放工程量巨大。在瓦斯抽放孔钻进施工过程中,由于现场操作的不熟练和使用钻头的盲目性,使用的钻头数量不仅非常大,而且效果较一般。针对当地复杂地层,对钻头进行了改进设计,取得了良好的效果。钻头寿命由原来的166.5 m提升至399 m,钻进效率由8m/h提高到12.4 m/h左右。

软硬交错地层冻结法施工联络通道温度场演化规律

为了研究软硬交错地层的联络通道冻结加固工程温度场演化规律,通过室内试验和数值计算方法,对于淤泥质土-砾质黏土-强风化花岗岩3种地层下的冻结温度场进行分析,讨论了温度场、冻结壁厚度、冻结扩展速度和交界面锋面形态等问题。研究结果显示:①软硬交错地层的冻结效果差异明显,工程中需要区别对待。②软硬交错地层的冻结壁厚度差异主要集中于积极冻结前期,在冻结后期这种差异性将得到保留,但不会过度扩大。③计算结果显示冻结锋面在软硬过度段呈明显改变,呈近似折线型分布。

西二线广南支干线龙江河穿越施工技术

本文结合国家重点工程西气东输二线广南支干线龙江河穿越工程，通过对施工特点及技术难点的分析，并针对施工技术难点采取的相应措施，保证了穿越一次成功，为在地层软硬交错区域、大口径、长距离水平定向钻穿越施工提供一些参考。

锥形齿PDC钻头研制与应用

哈萨克希望、扎那诺尔油田石炭系地层抗压强度高、均质性差、软硬交错易导致常规PDC钻头崩齿早期失效,钻井速度慢、钻头寿命短等问题,通过开展锥形齿结构与室内切削效率评价,优选出最佳锥形齿结构与平面复合片多级击碎线混合布齿,同时优化水力结构,成功开发出81/2KS1652DRY钻头,在扎那诺尔区块26#井下二叠统P1s-a-石炭系KT1使用,单趟进尺1157m,平均机速5.71m/h,一趟钻完成81/2水平段得到客户高度认可,在哈萨克希望、扎那诺尔油田广泛推广使用。

大口径管道定向钻穿越复杂地层的设计与施工

西气东输二线举水定向钻穿越工程中,采用原定向钻单穿设计方案施工时,管道拖至覆盖层与岩层交界面处时受阻致使回拖失败。按照顺气流方向向右平移10m后重新进行穿越,实施对穿方案,并在原设计方案的出土端采用开挖、夯套管及注浆加固处理松软覆盖层的方法,最终成功穿越。分析首次穿越失败原因:未加固覆盖层、穿越管径过大以及扩孔器较重等因素共同作用导致扩孔时出土端覆盖层下沉,覆盖层与岩石交界面处形成台阶,使管道回拖卡阻。总结施工经验,在大管径定向钻穿越软硬交错复杂地层的设计与施工中,务必加固上部覆盖层,且扩孔、修孔、洗孔、回拖过程应连续进行,在特殊情况下,停止回拖时间不宜超过4h。