Effect of aluminum content on machining characteristics of AZ31 and AZ91 magnesium alloys during drilling

Magnesium(Mg)and its alloys are now becoming the promising choice for various structural applications due to their low density and high specific strength compared with other light metals such as aluminum and its alloys.Among all Mg alloys,AZ(aluminum and zinc)series is the most widely used alloy system for various structural applications.But,machining of magnesium and its alloys involves certain issues due to their brittle nature and risk of inflammability unlike other nonferrous metals.Particularly,alloys with considerable amount of secondary phase may exhibit different machining characteristics during metal cutting operations.In the present study,two AZ series alloys AZ31 and AZ91 were selected and drilling operation was performed to assess the effect of the secondary phase amount and distribution on machining characteristics.Drilling operation was carried out at different sets of process parameters and cutting forces were obtained and the chips which have been produced during drilling were analyzed.From the results,it can be clearly understood that the presence of secondary phase(Mg_(17)Al_(12))has a significant influence on cutting forces.Increase in cutting speed has reduced the required cutting force and load fluctuations in all the cases.

复式大蒜种子方向控制装置设计与试验

为提高大蒜播种机对杂交蒜的播种正芽率,提出串联使用大蒜种子重心靠下和大蒜种子芽尖细长特征进行种子方向控制的方法,即在排种器运种阶段设计分段式护种槽,利用大蒜种子重心靠下特征提高种子直立进入定向器的概率,在换向阶段设计弧形开口定向器,使大蒜种子芽尖尽可能露出定向器,提高短芽尖大蒜鳞芽的正芽率。以定向速度和种子芽尖长度为试验因素,正芽率为试验指标,进行台架试验,结果表明,蒜瓣芽尖长度对播种机正芽率影响较为明显,正芽率随定向速度的增加而降低。以金乡杂交蒜为试验对象,对定向系统进行田间播种性能试验,试验结果表明:行走速度为0.14~0.19 m/s时,金乡杂交蒜的正芽率达85%,整体满足大蒜播种农艺要求。串联使用大蒜种子两种物理特征从作业原理上可提高大蒜种子定向稳定性,为大蒜播种机械化发展提供参考。

底板灰岩定向钻孔高效钻进技术实践

针对新安煤矿底板灰岩定向钻孔采用常规滑动定向钻进工艺施工钻效低的问题,提出了应用复合定向钻进技术和减阻加压定向钻进技术来提高钻效的试验方案,分析了复合定向钻进技术原理和优缺点,介绍了水力振荡器和水力加压器,根据工具的技术特点制定了钻具组合方案。利用该技术在新安矿15150工作面下部底板巷底板奥灰探查治理工程中进行了应用试验,其中,1^(#)孔在390~501 m孔段试验了复合定向钻进技术,综合钻效为16.6 m/小班,较常规滑动定向钻进工艺时钻效提高46%;2^(#)孔在387~510 m孔段试验了减阻加压定向钻进技术,综合钻效为17.6 m/小班,较常规滑动定向钻进工艺时钻效提高了39%,为矿方底板灰岩探查治理提速增效提供了可行的技术支撑。

吐哈油田胜北区块地层特性及钻井液技术对策

吐哈油田胜北区块钻井过程中遇到井壁失稳引起的下钻遇阻、划眼、卡钻等井下复杂情况,制约了钻井提速提效。以胜北508H为代表井,对不同层位岩屑样品的矿物组成及理化性能进行了测定,进而分析了上部地层和下部地层的主要特性和井壁失稳机理。研究表明,地层中普遍存在泥岩,泥岩中粘土矿物含量较高且其组成主要以伊蒙混层和伊利石为主,同时也含有蒙脱石,这些是导致井下发生复杂情况的地层因素。针对上部地层泥岩易水化分散造浆、缩径,提出了采取聚合物强化包被性能以及复合盐强化抑制性能的钻井液技术措施,优化后钻井液的滚动回收率高达88.40%,膨胀率为1.17%。针对下部地层泥岩易剥落掉块、坍塌,提出了通过微-纳米全尺寸封堵并结合复合盐的活度控制及聚胺强化抑制性能的钻井液技术措施,优化后钻井液的平衡压力时间大幅延长,达160 h。钻井液活度低于0.76,钻井液72 h浸泡泥岩岩心的强度降幅减小。优化后的钻井液在胜北区块SH5s21-2和SH5s13-2两口井应用中取得了良好的效果,钻井过程中未发生复杂事故,实现了维持井壁稳定、提高钻井时效的目的。

复合盐钻井液对钻具腐蚀分析及控制对策

主要探讨了复合盐钻井液对钻具腐蚀的影响及控制对策。首先,分析了复合盐钻井液的成分和化学性质特点,以及钻具腐蚀的机理,包括电化学腐蚀、腐蚀参数影响因素和特殊环境条件下的腐蚀。针对这些问题,提出了相应的控制对策,包括加强材料选择和表面工艺,优化复合盐钻井液参数,以及加强技术管理和控制措施,从而降低钻具腐蚀几率,提高钻井作业的效率和安全性。

深埋复杂矿体盐矿山卤井钻井优化设计方法

四川盆地岩盐矿床成矿时代早,埋深较深,盐层厚度不大而变化较大,矿层围岩力学性质较好,但节理裂隙以及盐构造非常发育。在一些矿山,因地质情况复杂多变和老卤井长期采卤对采区的影响,使得建设高质量新井组变得困难。只有充分研究地质、构造、资源和卤井溶腔等各方面存在的问题,优化钻井设计方案,才能确保新井组顺利投产和长期稳定生产。

高阶碎软煤层氮气/空气复合定向钻进技术研究

针对晋城矿区无烟煤碎软区域瓦斯抽采钻孔施工难度大、成孔率低、CO超限和孔内着火的问题,提出了氮气/空气复合定向钻进技术。从技术原理、工艺方法入手,分析了风压和供风量等工艺参数对复合定向钻孔施工的影响。在长平煤矿4326工作面进行现场试验,共完成42个主孔,累计进尺6454.5 m,300 m及以上的钻孔成孔率为79.5%,200 m及以上的钻孔成孔率为85.7%,150 m及以上的钻孔成孔率为94.5%,效果显著。

复合盐成膜钻井液技术研究

为解决松辽盆地长岭断陷长裸眼硬脆性泥页岩井段的塌漏失共存的技术难题,在优选活度调节剂和成膜封堵防塌剂的基础上,研制了复合盐成膜防塌钻井液体系。该体系流变性能可控,滤失造壁性能佳,抑制和防塌性能优异。在腰登15HF井的现场应用中,成功解决了长裸眼硬脆性泥页岩井段的塌漏失共存的问题,起下钻、电测和下套管作业无遇阻,推广前景广阔。

利用水力脉冲空化射流复合钻井技术提高钻速

水力脉冲空化射流复合钻井技术是指在复合钻井过程中将水力脉冲空化射流发生器安装于钻头与螺杆钻具之间的一种新组合钻井方式,可以综合利用机械能量及水力能量来提高钻速。水力脉冲空化射流复合钻井的提速机理是:将常规复合钻井的高转速破岩与水力脉冲空化射流的有效清岩相结合,从而提高钻速。分析了在新疆英买、轮南区块4口井水力脉冲空化射流复合钻井的现场试验,结果表明水力脉冲空化射流复合钻井比常规复合钻井钻速平均提高12.67%,比常规钻具结构钻井钻速提高26.2%～55.36%,该技术具有较大的推广应用价值。

复合钻井技术在川东北地区的应用

复合钻井作为海相地层提高钻井速度的有效手段之一,已在川东北地区逐步推广应用,但从前期应用来看,在各区块应用的总体效果参差不齐,尤其是在提速的同时,井身质量不能得到有效保障。针对以上难题,为保证井身质量,提出了一套从井眼尺寸相匹配的螺杆选型、典型的复合钻井钻具组合优化,以及复合钻井的技术方案。试验表明:所提出的复合钻井技术方案在提高机械钻速的同时,能有效地控制井身轨迹,具有较高的实用价值和推广应用价值。建议在钻井工程设计中推广应用复合钻井技术,将PDC钻头、螺杆钻具和MWD的费用列入钻井成本。在上部陆相地层(侏罗系上沙溪庙组—三叠系须家河组底)开展与之相适应的PDC钻头或高性能的三牙轮钻头进行复合钻井试验,探索出具体的经济适用井段,进一步挖掘复合钻井技术在川东北地区的钻井潜力。

复合钻井技术提高深井钻井速度

复合钻井技术是大幅度提高钻井速度的主要手段之一 ,是近几年来机械钻速飞跃的关键技术。随着井下动力钻具性能、型号的完善 ,再加上适合各种地层的高效PDC钻头的蓬勃发展 ,复合钻井技术大规模推广应用的时代已经到来。中原油田从 2 0 0 0年开始 ,全面铺开复合钻井技术 ,平均机械钻速提高 1 36m/h ,钻井周期大大缩短 ;同时 ,采取复合钻井 ,井眼轨迹平滑 ,井下钻具结构最大程度地简化 ,能一次性完成造斜、增斜、稳斜、降斜、扭方位等施工 ,比常规钻井能更好地控制井身质量 ,保证井下安全 ,其潜在效益是巨大的。

PDC钻头复合钻进破岩机理及个性化设计探讨

在复合钻进工况下,地面和井下马达的复合驱动虽能使PDC钻头的钻速能得到显著提升,但钻头寿命也会显著缩短。通过研究定向井、水平井下部钻柱的受力变形特性,建立了复合钻进下PDC钻头的运动学模型,研究了转速比、布齿位置、下部钻柱几何状态等对切削齿切削轨迹的影响规律。在此基础上,改进了PDC钻头破岩数字仿真系统,并利用该系统研究了PDC钻头在复合钻进工况下的运动学、切削力学规律以及井底形态特点。研究结果表明:除了高转速因素以外,复合钻进钻头破岩效率增高的主要原因在于PDC钻头切削齿的不平行刮切特性,以及螺杆弯角所导致的钻头牙齿的不均衡切削状态。针对PDC钻头在复合钻井条件下的破岩机理和失效特点,探讨了复合钻进PDC钻头个性化设计的技术思想和实施方法,为复合钻进条件下PDC钻头工作性能的改进提供了理论依据和技术手段。

沿煤层定向钻进技术的研究

首次在煤矿井下使用稳定组合钻具、螺杆钻具和绳钻钻具，调整钻进工艺参数，成功地解决了沿煤层走向钻进工艺的技术难题，在中厚缓倾斜煤层中沿煤层定向钻进，总进尺２２１３．５６ｍ，最大孔深达３０２ｍ，取得了明显的经济效益。

深部高应力岩巷快速钻爆施工技术

在新汶矿区地应力测试结果的基础上,分析了深部高应力岩巷快速钻爆施工的难点。基于现代爆破理论、断裂力学、岩体力学,通过实施技术创新,采用CMJ17A全液压凿岩钻车代替传统风钻,提出新型岩石定向断裂控制爆破技术、双空孔楔形-筒形复式掏槽技术,形成了一套深部高应力坚硬围岩巷道快速钻爆新技术。工程实践应用表明,该套快速钻爆新技术,可大大减少钻孔数量以及支护和爆破材料消耗,提高炮眼利用率,改善巷道成形效果和围岩稳定性,提高循环进尺和掘进效率,实现平均月进尺122 m,最高月进尺155 m,达到了深部高应力岩巷"长进尺、高效率、弱扰动、少欠挖、小超挖"的快速钻爆施工目的。

无土相复合盐水钻井液的研究与应用

长庆气田水平井斜井段将钻遇石千峰组、石盒子组易坍塌地层以及山西组、本溪组易垮塌煤层,以往使用的三磺钻井液防塌能力差,井径扩大率大,为了稳定井壁,提高钻井液密度和黏度后,又导致机械钻速降低,泥饼质量和润滑性变差,摩阻增大。针对以上情况,开发了复合盐水钻井液,其可由聚合物体系和抗盐三磺体系直接转化,使用甲酸钠、氯化钠和氯化钾3种盐,复配抗盐降滤失剂、提黏剂、超细碳酸钙、阳离子乳化沥青粉等材料。室内研究和现场应用结果表明,该体系具有抑制性好、防塌能力强、密度高、滤失量低、固相含量低、润滑性良好、性能易于控制等特性,有效地解决了钻进中地层掉块、垮塌、岩屑携带及阻卡等问题,起下钻畅通,下套管顺利,井径规则,平均井径扩大率在10%以内,控制了井下复杂情况的发生,满足了水平井安全钻井的需要。

铝络合物钾盐强抑制性钻井液的应用

东濮凹陷兰聊断层下降盘白庙、前梨园、桥口等区块 ,从沙一段下部到沙二段有大段地层含有蒙脱石、伊利石及较多的伊蒙混层 ;沙三段为含伊利石的硬脆页岩 ,钻井液滤液易沿层理面的微裂缝渗入地层 ,引起井壁剥蚀垮塌。常规的聚磺钾盐钻井液有时不能有效稳定井壁 ,易引发井下复杂情况 ,钻井时效低 ,因此引入了新型抑制剂有机铝络合物LWJ 1 ,组成了铝络合物 钾盐钻井液。现场应用表明 :该钻井液抑制性强 ,防塌效果好 ,井径规则 ,与同区块使用聚磺钾盐钻井液的井相比 ,平均井径扩大率低 1 1 .3% ,钻井速度大大提高 ;膨润土容量限高 ,为 5 5g/L ,对流变性能影响小 ,钻井液性能稳定 ;抗高温能力强 。

机械式旋转冲击钻井工具研制及试验

PDC钻头与螺杆钻具配合使用效果较好,但由于其主要依靠剪切作用破岩,在钻进中硬以上地层时钻速较慢,使用效果不理想。为此,研制了一种旋转冲击钻井工具,形成了旋转冲击破岩方式,改善了钻头的工作状态,提高了定向钻井效率,大幅度提高了机械钻速。工具动力输出特性参数测试和冲击性能测试结果表明,工具空载压耗为4.2 MPa,整体动力输出特性参数满足现场复合钻进工况要求。现场试验结果表明,该钻井工具在同井相同地层机械钻速提高了2倍以上。机械式旋转冲击钻井工具的成功研制,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本具有积极的作用。

综合录井技术在实时监测钻井事故中的应用

综合录井技术在钻井作业过程中实时采集地质参数、钻井液参数、工程参数等信息,进行快速数字化处理,直观地展现随钻过程中的钻井情况,并实时监测钻井事故。结合大庆地区的钻井工程实例,重点阐述了综合录井技术在实时监测井漏、井涌、油气水侵、井塌、溜钻、顿钻、放空、卡钻、遇阻、刺钻具、刺泵、掉水眼、堵水眼、掉钻具等钻井事故中的重要作用。结果表明,该技术在钻井作业过程中实时监测井下复杂情况的准确性较高。

综合录井技术在川西地区钻探中的应用

综合录井仪在提供地质参数的同时,对钻井施工过程中钻井液参数、工程参数信息的实时采集和快速数字化处理,直观地展现随钻过程中的钻井实况,起到了明显作用,这是在地质录井技术发展新的一方面。以川西地区天然气钻探中的川江566井为例,阐述该井应用综合录井技术在钻井过程中发现油气的情况,即经录井发现气测异常,并解释为气层的,经完井测试90%以上获得工业性天然气气流。

复合盐层井壁失稳机理及防塌钻井液技术

针对两伊(伊朗、伊拉克)边境A&M油田复合盐层钻井过程中存在的稳定井壁技术难题,采用X线衍射、扫描电镜、滚动分散及膨胀实验测试复合盐层的矿物组构和理化性能,分析井壁失稳机理。制定"强化封固井壁作用—抑制复合盐层溶解及水化—化学位活度平衡—合理密度支撑井壁"多元协同防塌钻井液对策,优选出适合复合盐层钻井的封堵剂和无机、有机复合盐等关键处理剂,构建密度为2.3 g/cm3的多元复合盐水钻井液。研究结果表明:该钻井液黏度低,切力适中,有效地控制当量循环密度;高温高压(120℃,3.5 MPa)下滤失量为7.0 m L,滤失造壁性优良;不同矿物组成的复合盐层岩样在钻井液中的回收率均在90%左右,有效抑制复合盐层的溶解、分散;对宽度为200μm的裂缝的封堵承压能力达到5.5 MPa以上,具有优良的随钻封堵性能,可满足复合盐层钻井技术需求。