中国大陆科学钻探CCSD-1井钻井液流变模式的选择与循环压力降

针对CCSD-1井的钻进方法、井身结构和泥浆体系,通过2000m取心钻进的实施情况和采集的钻井液性能检测数据,采用数理统计和回归分析的方法,优选了卡森流变模式,计算CCSD-1井不同井深的循环压降。结合现场的生产实际,分别测定了螺杆马达、液动潜孔锤和双管取心钻具的循环压降,最后,确定了钻井液循环通道各部分的压力分布。

CCSDS Proximity-1及其在编队飞行小卫星群中的应用

讨论近距离空间链路协议 Proximity- 1的层次结构和传输帧 Version- 3构成 ,分析包括 CCSDS标准包和用户自定义数据的数据业务及定时业务。针对编队飞行小卫星群的星间数据交换和自主测控 ,对 Proximity-

近距-1协议在星间测距中的应用

针对近距航天器测距的需要,将CCSDS(空间数据系统咨询委员会)近距-1协议的定时业务与微波双向单程测距法相结合进行测距。该法以直序扩频技术来获得高精度传输帧ASM(附属同步标识)最后1位下降沿的时刻,并以时间码形式,通过帧数据域在测距星之间相互对传,综合考虑协议给出的信号物理特性,对所给出的方法进行了误差分析。分析表明,航天器之间距离不远,相对速度不大时,该法具有较高精度,且与数据通信共用1套设备,降低了成本。

CCSDS Proximity-1空间链路协议吞吐量性能研究

Proximity-1空间数据链路协议是CCSDS推荐的4个空间数据链路层协议之一,是专门为邻近空间链路制定,一般用于航天器之间近距测控通信任务。为了提高临近航天器之间通信的吞吐量,本文分析了Proximity-1协议中的COP-P处理过程,并对其的不足之处进行了改进,推导出吞吐量与误码率、帧长等参数关系公式,并进行了仿真验证,得出误码率不同时,选用不同的帧长,吞吐量最多可提高20%,证明选用不同的帧长发送,可以提高系统吞吐量,为空间数据链路协议的应用提供参考。

火星探测UHF频段原位通信关键技术研究

火星是人类探索太阳系的下一个里程碑,由于地球和火星之间的距离非常遥远(最远距离约4亿千米,光行时约22 min),为了最大限度地完成火星车和地球之间的高效通信,火星车和火星环绕器之间的器间原位中继通信技术就显得尤为重要。针对大椭圆轨道下器间通信信噪比低、信号参数变化快、全自主要求高及质量功耗约束极为严苛等难点,提出了一种UHF频段器间原位通信技术,主要包括超高灵敏度高动态自适应信号解调、高精度多普勒测量、基于CCSDS Proximity-1的协议一体化集成融合和面向火星复杂环境的高集成度高收发隔离产品工程化设计,实现了捕获灵敏度优于-141 dBm、解调灵敏度(1 kbit/s)优于-134 dBm、频率动态范围优于±26 kHz、多普勒测量精度优于10 mHz、收发隔离大于180 dB、弧段内全自主高可靠高吞吐率通信及基于架构统型的系统/单机极限优化,相关指标优于美国系列火星探测器中的“Electra”。经祝融号火星车和天问一号火星环绕器、ESA“Mars Express”火星轨道器在轨实际测试,测试数据符合预期,为中国首次火星探测的圆满成功做出了重要贡献。

“科钻一井”钻探施工技术概览

文章介绍了中国第一个硬岩、深孔、连续取心钻探项目———中国大陆科学钻探工程科钻一井的钻探实施情况,涉及该井的钻探技术设计、钻孔结构和套管程序、进行取心钻进、扩孔钻进和纠斜钻进时采用的方法和技术。此外,还介绍了科钻一井的施工过程以及在钻进施工遇到的各种技术难题和采取的解决措施、获得的主要技术经济指标。总的来说,科钻一井施工采用了许多特殊和新型的钻探技术,施工获得了高效、优质和低成本的好效果。

射流式液动锤回转冲击孕镶金刚石钻头钻进的实践与分析

金刚石本身力学性质、金刚石钻头结构特点及射流式液动锤冲击力特点决定了射流式液动锤带金刚石钻头进行冲击回转钻进是可行的。经射流式液动锤在科学钻探主孔先导孔中的应用实践,证明了由于液动锤冲击动载作用钻头底唇面与岩面微量间隙有规律地变化,改善钻头金刚石颗粒受力状况、碎岩状态,提高钻头金刚石颗粒切入深度,改善胎体磨损状况、钻头冷却,成倍地提高了榴辉岩、片麻岩等坚硬地层中钻进回次进尺、机械钻速及钻头平均寿命。

科钻一井取心钻进技术研究

根据科学钻探对岩心的特殊要求,认为金刚石取心钻头是科学深钻取心钻进较理想的选择。推导了提钻取心和绳索取心两种钻进方法的时间和成本计算公式,进而建立了临界井深计算模型。以设计井深5000 m的科钻一井为例,对提钻取心和绳索取心进行了技术经济分析,认为科钻一井的首选为绳索取心钻进方法,但如能将回次长度提高到9 m左右,提钻取心钻进方法也不失为一种经济实用的选择。对科钻一井采用的井底马达驱动金刚石钻头冲击回转取心钻进方法的钻具组合、钻进参数和使用效果进行了详细介绍。

基于异步通信链路的AFF星间基线测量技术研究

星间基线的精密测量是自主编队航天器(AFF:Autonomous Formation Flyer)实现多星协同任务的关键技术。基于CCSDS Proximity-1协议,提出一种在AFF星间全双工通信链路中利用双向异步传输帧实现非相干扩频测距和时间同步的方法,给出算法的计算公式和理论误差模型。技术验证系统的实验结果表明提出的方法性能指标先进、信道资源利用率高、功能集成度高。

利用月面链路的月球车定位体制

提出一种利用月面月球车-着陆器UHF(Ultra High Frequency)近程通信链路的高精度测距、测角的新方法,实现月球车的精密定位.该体制采用直序扩频和CCSDS(Con-sultative Committee for Space Date Systems)Proximity-1协议实现月球车-着陆器之间的数据交互,利用双向异步传输帧非相干扩频测距方法实现精密测距,利用着陆器双天线形成短基线实现对月球车方位角的精密测量.讨论了用于测距的CCSDS Proximity-1协议帧结构、双向异步传输帧测距原理、方位角的载波相位差分干涉测量原理,以及建立月面着陆参考系并给出月球车精确定位的方法.研究表明,所提出的方法功能集成度高、信道资源利用率高、设备简单、性能指标满足月球探测二期月球车的月面定位、通信任务需求.

AFF组网通信与测距/时间同步的新体制研究

研究了自主编队航天器(AFF,autonomous formation flyer)的组网通信与测距/时间同步体制,提出了一种基于频分+码分组合多址模式和CCSDSproximity-1协议实现AFF组网通信,利用通信链路的双向异步传输帧实现AFF的任意两颗成员星之间的精密测距与时间同步的新方法。重点讨论了FDMA/CDMA组网体制下星间双向异步传输帧非相干扩频测距与时间同步的技术原理、计算公式推导和测量误差分析,给出了星间异步通信与测距技术的全功能地面实验系统设计、实验结果及其分析讨论,实测结果获得了满意的性能指标。

KZ型单动双管取心钻具的研制与应用

中国大陆科学钻探工程中心经论证与实钻试验,决定采用高速螺杆马达井底驱动液动锤提钻取心钻进方式完成500 m取心任务。为此专门研制了KZ型单动双管取心钻具．采用了轴承置钻具外总成、全泵量开式强制润滑与局部微循环清污的设计方式,具有结构简单、单动可靠、拆卸组装方便、回次进尺长、整机连续工作寿命长、成本低等优点,适用于完整的硬地层与坚硬的破碎地层。该钻具在科钻一井共取心钻进4 633．77 m,平均岩心收获率 86．35％．机械钻速1．05 m／h,在螺杆钻与液动锤的高频复合震动下整机平均寿命大于80h。详细介绍了该钻具研制的必要性、钻具的特有结构以及在科钻一井中的应用效果。

科钻一井侧钻作业设计与施工

科钻一井主孔取心钻进至井深3 665 m时发生扩孔器折断事故,由于井内掉块严重,导致多次打捞失败。在进行扩孔钻进前起出活动套管时又有大量套管扶正器扶正钢板落入井内．扩孔钻进时又有3个扩孔钻头的导向体落井,加上井眼局部严重扩径,落鱼打捞或处理难度非常大,决定侧钻绕障。由于水泥塞强度与地层岩石强度差别大,开新井眼困难,经慎重设计、精心施工,采取了合理选择侧钻点、正确设计造斜率和选配马达弯角以及采用小直径开窗、大直径扩孔、小钻井参数钻进等技术措施使得侧钻绕障一次成功,为主孔后续正常钻进奠定了良好基础。

科钻一井套管和钻进施工程序设计技术

套管程序和钻进施工程序设计遇到的主要问题是:1)1000m以深地层未知,地球物理方法用于结晶岩的效果差,推断的结果可信度低,进行套管程序设计缺乏依据;2)要求5000m全部取心钻进,选择合理的取心钻进施工程序成为难题。为此,在借鉴世界上主要硬岩深井取心钻进项目设计的先进思想和宝贵经验的基础上,制定了一种“灵活的双孔钻进”方案,其要点是:1)全井采用一种直径(小直径)取心钻进;2)预先不确定套管程序,钻进中视地层稳定情况扩孔下套管;3)按照双孔(先导孔+主孔)设计,钻完先导孔后再根据情况决定是扩孔钻主孔, 还是移井位钻主孔。在分析该井套管和钻进施工程序难点的基础上,介绍了采取的“超前孔裸眼钻进方法”,给出了 8种套管和钻进施工程序。

科钻一井钻探施工技术路线和钻探施工概述

简单介绍了中国大陆科学钻探工程科钻一井的钻探施工技术路线和钻探施工情况,提供了一些原始数据和科钻一井钻探施工完成的技术经济指标。

科钻一井钻探施工技术总论

介绍了中国第一个硬岩、深孔、连续取心钻探项目——中国大陆科学钻探工程科钻一井的钻探实施情况,涉及该井的钻探技术设计、钻孔结构和套管程序,进行取心钻进、扩孔钻进和纠斜钻进时采用的方法和技术。此外,还介绍了科钻一井的施工过程以及在钻进施工中遇到的各种技术难题和采取的解决措施、获得的主要技术经济指标。

基于异步通信链路的星间基线精密测量技术研究

卫星成员之间信息共享、星间基线测量是分布式航天器(Distributed Spacecraft,DS)实现多星协同完成天基虚拟探测任务的关键技术。该文提出一种分布式航天器星间通信/基线测量的综合链路体制,重点研究了基于星间异步通信链路的双向异步传输帧非相干扩频测距的方法,详细给出算法的计算公式推导和模型误差分析。技术验证系统的实验结果表明该文提出的方法性能指标先进、信道利用率高、功能集成度高,为型号任务提供了一种先进的设计理念。

“科钻一井”一开泥浆技术

“科钻一井”一开井段采用了钠膨润土 -高粘CMC泥浆体系 ,视漏失情况添加GD -Ⅲ随钻堵漏剂 ,满足了施工携带岩屑和堵漏防漏要求。介绍了该井一开井段的泥浆技术 ,并对泥浆成本进行了分析。

“科钻一井”主要技术方案实践与认识

介绍了“科钻一井”主要技术方案及目前施工进展 ,根据实际情况 ,对“科钻一井”

绳索取心螺杆钻具应用中憋泵问题的分析

科钻一井φ139．7 mm绳索取心钻具现场试验采用螺杆钻具驱动时出现频繁憋泵的问题,换用φ88．9 mm 普通钻杆后,却很少出现憋泵,而且螺杆钻具本身并没有质量问题。分析认为,其主要原因为:1)两种钻杆的内通径不同,压力变化产生的钻压变化不同;2)在悬吊划眼状态,泵压变化导致的伸长量不同;3)扭矩变化时导致的管内外压差不同。给出了解决憋泵问题的方法:采用井口油缸给进加压方式,精确控制钻压;在井底钻具组合中加入一套可实现井底恒压给进的推进器。