超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置研制及应用

为研究超深部岩芯的变形与破裂行为,研制了超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置。该装置主要用于测试超深钻岩芯加工的试样(25 mm×25 mm×50 mm)在真三轴应力下的全应力-应变行为、循环加卸载破裂行为和时效变形行为,解决了试样变形测量不准确、加载系统低刚度、高油压与作动器压力互相干涉等技术难题。利用该装置完成了山东黄金集团三山岛金矿西岭副井工勘孔岩芯真三轴应力下力学行为的测试,发现:循环加卸载弱化了试样的脆性破裂特征,诱导3个方向的变形表现出各向异性;分级蠕变试验中,试样3个方向的变形均表现出初始蠕变、稳态蠕变、加速蠕变,且3个方向的蠕变速率均随偏应力的增加近似线性增加。

特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范

特深孔地质岩心钻探技术装备是由中国地质科学院勘探技术研究所牵头、国内多家单位合作参与研发成功的我国深部矿产资源勘探技术装备,是“十三五”国家重点研发计划项目“5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范”的研究成果,形成的主要研究成果总体实现了特深孔地质岩心钻探工程设计标准化、钻探装备轻量化、钻进控制智能化、孔口操作自动化、孔内钻具系列化、泥浆体系绿色化的目标。以JZ04地热地质勘探井为示范平台,完成了特深孔地质岩心钻探技术装备集成及示范应用,重新构建了新的地质钻探小口径钻孔结构,创造了?114mm绳索取心钻进应用深度、下入?146 mm地质套管深度两项亚洲纪录,初步形成了以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探技术装备体系。

基于自然图像的钻探岩心识别

传统的现场岩心识别与编录主要依赖技术人员的经验,不确定性因素较多,使用手机或相机拍摄自然图像是采集岩心信息最为便捷的方式。通过搜集大量的岩心样本,采用薄片鉴定的方式确定岩心的类型和名称,然后在不同的光照、尺度条件下拍摄岩心图像,形成图像和名称标记相对应的卷积神经网络的训练数据集。为解决数据增强和不同训练批次在不同测试数据集上产生的识别准确率的差异性问题,提出基于多训练模型的岩心联合识别方法,同时采用多个模型对图像进行识别,综合确定识别结果。选择8个数据集对模型进行测试,使用4个模型联合识别的准确率比单模型无数据增强时最大提升20.34%,平均提升9.13%;比单模型有数据增强时最大提升4.41%,平均提升2.75%,对每个测试集的识别准确率均有明显提升,总的识别准确率达91.56%,有效避免了使用单模型识别时对部分数据集识别效果好,而对部分数据集识别效果差的问题。为了在现场快捷使用岩心识别模型,采用TensorFlow Lite框架研发了岩心识别手机APP,通过手机拍摄图像,并进行识别。在河北省保定市博野县地热勘探中的测试结果表明,该APP的现场识别准确率可达85%,较实验室测试时有所降低,说明野外的拍摄环境与岩心状态比实验室测试时更加复杂,不过,其依然可以作为一个辅助工具为现场工作人员提供重要的参考。研究表明,通过选用更复杂的卷积神经网络、不断扩大岩心图像数据集、采用更有效的数据增强方法和策略、建立某个区域的专有岩心识别模型等手段,可以进一步提升岩心图像的识别准确率,为智能钻探的决策提供更有效的信息。

震击型中空螺杆取心钻具钻进效率分析

针对深海硬岩取心钻进过程中钻进效率低、取心率低、扰动大、事故率高等问题,本文以深海硬岩为研究对象,通过有限元数值分析软件,探究深海硬岩在回转、冲击复合工况下的破碎机理。研究结果表明:旋转冲击的破岩方式可有效的提高深海硬岩钻进效率;钻进取心过程中可优选15~25 kN钻压,凸台高度可优选4~6 mm,此时钻进速度较快、获取岩心质量较高、能量利用率高;在震击部件强度允许的条件下,冲击频率越接近最优频率,钻进效率越高。

寨上金矿复杂地层深孔岩心钻探技术

ZK4816孔是首个在岷县寨上金矿区实施的千米以深钻孔。针对矿区复杂地层钻进难、护壁难等问题,通过实施深孔岩心钻探工程,同步开展了钻探技术研究与实践,成功应用了广谱冲洗液、加大口径钻具、定向钻进等技术措施,钻进深度达到1172.88 m。广谱冲洗液与植物胶冲洗液相比护壁周期提高了3倍,采用加大口径钻具钻进可形成大环状间隙,大幅提升冲洗液携带粗颗粒岩粉的能力,“广谱冲洗液+加大口径钻具”技术的应用有效保证了深孔施工。为下一步复杂地层深孔岩心钻探工作提供了参考依据。

胶西北深部绳索钻探取心关键处理技术

随着近年来胶西北地区开展深部找矿工作,3000m以深钻孔施工项目陆续进行,深部钻孔的取心技术尤其对提高施工效率和钻孔质量起到关键性作用,现总结“山东招远水旺庄3000m金矿深部科学钻探项目”、“山东招远林家埃子3000m金矿深部科学钻探项目”、“山东大尹格庄3000m金矿深部科学钻探项目”的施工经验,通过进行施工方案可行性论证,提出取心内管提不动解决方案,并得到有效推行,达到成功取心的目的。最终,总结深部钻探绳索取心的要点和方法,为相同类型的施工提供参考。

小秦岭整装勘查区综合普查钻探技术

小秦岭国家级整装勘查区综合物探科研钻探专项,旨在查清小秦岭地区深部地质结构及隐伏矿体的储存特征,因勘查区内没有施工过深孔,深部地质资料缺乏,施工未知因素较多,综合该钻探专项基本情况、地层岩性、钻孔深度及终孔直径,选择一套实用的钻探设备和以绳索取心钻进、LBM冲洗液体系为主要钻进工艺来满足施工需要;在施工过程中,遇到上部地层取心率低、涌水、吸附卡钻、掉块卡钻、孔内漏失、片麻岩地层防斜、起拔套管困难等技术问题,针对出现的技术问题,制定了切实可行的解决方案,对今后该矿区或类似地层钻探施工具有一定的借鉴意义。同时总结、形成了一套针对破碎、胶结性差地层的泥浆体系,在维护孔壁方面取得了良好的效果,有效预防深孔重大孔内事故,提高了施工效率,节约了钻探施工成本。

河南鹿邑深部大口径页岩气调查井钻探施工技术研究

大口径页岩气调查井鹿页1井部署在南华北盆地鹿邑凹陷区,设计井深3360.00m,完钻井深3506.50m。钻探目的是查明地层层序,探索上古生界页岩发育特征及含气性,兼探致密砂岩气和煤层含气性。介绍了鹿页1井的钻探施工情况,针对区域内地层复杂,构造发育,山西组及上石盒子组泥岩层段较多,施工中易出现坍塌、掉块等孔内复杂情况,以及目的层垂深大,泥岩、煤、砂岩互层,取心难度大等技术难题,优配了ZJ40石油钻机,研究并实践了PDC钻头+螺杆+MWD无线随钻高效复合钻井技术、复杂地层高密度、高黏度钻井液体系和深孔PDC筒式取心钻头+川8-3取心筒绳索取心技术,建成了1口可供地层含气性测试的合格井,为该区同类钻井工程提供了有益借鉴。获取了岩心等实物资料,查明了该井区地层结构,太原组、山西组、下石盒子组钻遇51层油气显示,为南华北盆地鹿邑凹陷页岩气资源评价奠定了基础。

绳索取芯钻孔不起大钻压水试验技术

压水试验是水文地质测试方法之一,是水利水电工程勘察设计的一项重要工作内容。现市场上销售的压水试验装置,都是双回路气压式或水压式栓塞,需要下两套管子,对小口径金刚石钻孔不适用,且操作费时,超过130m以后,双回路水压式栓塞存在胶管放水困难的问题。使用气压式双回路栓塞,存在诸多缺点。为解决上述问题,研发了绳索取芯不起钻进行压水试验技术,有助于绳索取芯技术在水利水电行业的推广。

深部钻探绳索取心跨口径钻具的应用研究与拓展

在深部地质岩心钻探中,绳索取心是最常用的钻进工艺。由于绳索取心钻进环状间隙小,需要采取加大钻头的方式,解决泵压高、“激动”压力大造成孔壁失稳等问题。深孔施工在不下套管的情况下直接将钻头加大到上一级口径,可以解决环状间隙问题,还能多出一级备用口径。通过对绳索取心钻杆能力进行分析,研制了跨口径系列绳索取心钻具,并在实践应用中不断改进,为深部地质岩心钻探的钻孔结构设计和复杂地层钻进提供了保障,应用效果良好。为满足地热钻探的长孔段取心要求,提出了大口径绳索取心钻具的设计方案,进一步拓展了绳索取心工艺的使用范围。

罗布泊盐湖深部钾盐科学钻探2号井钻完井工艺

罗布泊盐湖深部钾盐科学钻探2号井(LDK02孔)完井深度为1200 m,是罗布泊盐湖区第一口深部钾盐参数井。通过对松散层取心、高矿化度卤水钻井液、闭合定深取样技术的成功应用,解决了卵砾石层及砂层取心、粘土层井段易缩径卡钻,钻井液盐浸井壁掉块不稳定、坍塌等恶性孔内事故。同径止水工艺简化了钻孔结构;定深取样技术保持水样原组分相对稳定,对研究本区不同深度富钾卤水分布及时空演变奠定了基础。

辽宁丹东3000 m科学深钻施工技术

辽宁丹东3000 m科学深钻项目是国家重点研发计划“辽东/胶东矿集区深部矿产勘查与增储示范”项目下设子课题的核心任务工程。本文介绍了辽宁丹东3000 m科学深钻的施工概况及其应用的多项关键技术。通过采用HXY-8VB改进型变频立轴钻机、加长钻具配套防堵内管及快速打捞矛等新机具,开展高效金刚石取心钻头研究及应用,进行深部地质钻探钻进过程流式大数据分析与动态预处理系统的应用,优质高效的完成了全部钻探施工任务,创造了辽东地区非煤固体矿产勘查第一深孔纪录。为验证该地区成矿条件,评价区域3000 m以浅金资源潜力提供了有力支撑,同时,也为特深孔钻探施工提供了技术借鉴。

中国深部岩心钻探钻井液技术应用现状及研究方向探讨

出于深部找矿与科学钻探的需要,岩心钻探由浅孔向深孔迈进,钻遇易坍塌地层、硬岩地层、高温高压地层、盐膏层等复杂地层的几率增加,从而对深部取心钻进钻井液技术提出了更高的要求。在总结各类深部复杂地层取心钻进钻井液使用现状的基础上,分析并归纳了强抑制防塌钻井液、强润滑减阻钻井液、高温钻井液、饱和盐水钻井液、高密度钻井液的研配要点及难点,提出了针对性钻井液体系的性能调控思路以及研究重点,为深部岩心钻探钻井液体系选用提供借鉴依据及参考。

相山铀矿田西部深钻岩心成像光谱编录及蚀变分带特征

相山盆地西部是目前相山铀矿田攻深找盲的重要潜力区域,其深部具体的蚀变分带仍有待进一步的研究。成像光谱岩心扫描技术为揭示深部蚀变信息提供了一种新的手段。通过对相山西部牛头山地区的科学深钻进行岩心成像光谱扫描和数据处理,完成了5类蚀变矿物的岩心填图,采用像元分类统计算法获得了整个钻孔的蚀变矿物相对含量编录曲线。通过与地质岩性编录和物探测井曲线的对比,印证了岩心成像光谱编录蚀变信息的可靠性。根据深钻岩心成像光谱编录结果,基底以上可划分为3个蚀变带:上--绿泥石化为主,中--高岭石+地开石化和伊利石(主要是短波伊利石)化为主,下--伊利石(长波伊利石多、短波伊利石少)化为主。钻孔上、下2段铀矿化具有明显不同的蚀变矿物组合特征,反映不同波长伊利石的形成环境具有相对差异性。短波伊利石形成于相对偏酸性的流体环境,与酸性蚀变主导的铀成矿密切相关,长波伊利石形成于相对偏碱性的流体环境,与铀成矿的相关性不高。深钻蚀变分带特征反映了偏酸性的流体活动晚于偏碱性的流体活动,并作用于后者之上,铀伴随着后期的钾交代和偏酸性的流体活动逐渐富集;深部碱交代作用的演化具有钠交代→钾交代→酸交代的总体演化规律。

我国西部地区超深井钻井取心技术

超深井取心收获率的高低受地层岩性、取心工具及工艺技术措施等因素影响很大。针对我国西部地区超深井段钻井取心地层可钻性差,研磨性强,井温高,循环压力高,井底沉砂造成堵心,井深复杂情况多且判断困难、地层裂缝发育、取心工具失稳等方面的难点,根据超深井取心的实践,总结了在该区超深井取心作业中涉及取心前准备、下钻、树心及取心钻进、割心、起钻等各个环节的技术措施,介绍了塔深1、元坝3、于奇6等3口井在超深井段取心工具选择、取心措施制订、取心层位岩性确定、钻具组合优选、钻井参数优化、提高岩心收获率等方面所取得的经验;进而提出旨在提高我国西部地区超深井段取心收获率的建议:①优选取心工具和取心钻头;②制订具有针对性的技术措施;③选用动力工具进行取心等。

深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备发展历程与趋势

海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。首先对世界深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程进行了梳理,重点介绍了目前世界上几种典型的海底岩芯取样钻机性能、结构和技术特点;然后,分别对海底岩芯取样钻机中的稳定支撑及调平技术、取芯技术、钻杆钻具接卸存储技术、液压系统与压力平衡技术、光纤动力复合电缆供电与通讯技术、下放与回收技术等关键技术进行了分析;最后,分析和预测了深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备的发展趋势——将朝着大型化、多用途化、智能化、专业化和便利化以及高保真取样方向发展。

深孔取心钻探装备的优化配置

首先介绍了不同的钻探技术指标对钻探施工效率的影响作用,提出了"开展钻探装备优化配置是以获得最佳的钻探技术指标和最佳的钻探施工经济性为目标"的观点;然后逐项对深孔取心钻探装备的要素,包括钻机、钻进方法、绳索取心钻杆、钻头、定向钻进器具和泥浆泵,进行了分析,提出了对各要素优化的建议;在此基础上,形成了对深孔取心钻探装备优化配置的建议。

国内外绳索取心钻具研发应用概况及特深孔钻进问题分析

随着钻孔深度的不断增加,对绳索取心钻具的使用性能提出了更高要求。在分析了国内外绳索取心钻具研发现状、结构设计特点及特深孔应用情况的基础上,整理了特深孔钻进绳索取心钻具使用存在的技术问题,定位机构打捞可靠性、到位报信提示可靠性、堵心报信机构工作稳定性、单动机构使用寿命均有待提高,并相应地分析了原因,为5000 m特深孔绳索取心钻具优化设计打好基础。

普光2井密闭取心技术

普光2井是目前国内最深的密闭取心井。该井目的层埋藏深、地层破碎、孔隙度大、压力高、气层含H2S浓度高、井底温度高、循环压力大、裸眼段长、施工难度大。通过工具优选、参数优化、钻井液、密闭液体系优选及强化技术措施,取心收获率83.68%,密闭率95.15%,为以后深井密闭取心提供了经验。

岩心钻探深孔钻进技术研究

深孔钻进是当前地勘行业岩心钻探工程中所面临的一个新的课题,本文从对金刚石钻头与扩孔器、钻进参数、护壁材料、深孔钻进操作等几方面对胶东招平断裂带岩心钻探深孔钻进施工进行了系统总结和归纳,对类似工程的施工提供了可靠的借鉴。