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。

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。

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。

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。

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.

复合冲击相位差对破岩效率影响数值模拟研究

现有复合冲击破岩效率的研究均未考虑轴向冲击和扭转冲击载荷相位差对于破岩效率的影响,为此,进行了复合冲击载荷相位差对破岩效率影响的研究。建立了轴-扭复合冲击钻具PDC钻头单齿破岩数值模型,分析了轴向和扭转冲击应力波不同相位差对钻齿侵彻深度、切削面下岩石损伤以及钻后形成岩屑形态及数量的影响规律。研究结果表明:在轴向和扭转冲击载荷等振幅条件下,当相位差为50%时,侵彻深度最佳,切削面以下岩石损伤的程度更为明显;当轴向振幅较大,相位差为75%时,对于岩体侵彻深度效果的提升最为明显,破岩效果最佳;相位差为100%时,侵彻深度较深,且钻齿波动较小,产生的岩屑颗粒较小。研究结论可为复合冲击钻具结构的优化和运动参数的调整提供理论基础。

基于单齿多维度冲击破岩机理仿真研究

扭转冲击钻井破岩模式的提出及应用提高了对井筒周向岩石的切削效率。为了提高复合冲击的破岩效率及轴向冲击频率与扭转冲击频率的最优配比,建立了复合冲击系统的三维有限元数值模型,模拟了PDC单齿与岩石的动态相互作用;通过灵敏度分析,研究了复合冲击中牙齿扭向冲击速度、动态扭转冲击载荷幅值、扭转冲击与轴向冲击频率配比对切削力和切削深度的影响。研究结果表明:扭向冲击速度越大,切削力越大,切削力的幅值越大;切削力随着冲击时间先增大后减小,随着动态扭转冲击载荷幅值的增加,切削力的振幅增大,切削力越快达到峰值;随着扭向冲击速度增加,切削深度幅值和切削力幅值均增大,切削深度曲线呈阶跃特征,牙齿最大切削深度随动态扭转冲击载荷幅值增大而增大;扭转冲击频率与轴向冲击频率的配比关系存在一个最优值。所得结论可为复合冲击破岩工具的后续开发和优化提供理论支持。

弯曲井段钻杆接头螺纹力学性能分析及结构优化

建立了三维数值仿真模型,分析了API NC38单台肩和双台肩螺纹在复合载荷下的力学特性,发现两种结构的最大应力均出现在第1啮合螺纹牙根部,且第1啮合螺纹牙圆周应力分布不均,容易出现应力集中。基于此,提出了不等锥度钻杆接头螺纹的连接方案,对比分析了3种螺纹结构(单台肩、双台肩和不等锥度)在复合载荷下的力学特性。结果表明,不等锥度螺纹力学特性及第1啮合螺纹牙圆周应力分布均优于API单、双台肩螺纹,其中不等锥度Ⅱ型性能最优,在相同载荷条件下,相较于单、双台肩螺纹结构,最大Mises应力分别减少了16.6%和8.28%,圆周应力分布更加均匀,有效提高了钻杆接头的使用性能。

抗高温抗复合盐支链型聚合物降滤失剂的合成及其性能

针对深井钻探中钻井液处理剂抗温抗复合盐性能不足的问题,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、N-乙烯基己内酰胺(NVCL)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、烯丙醇聚氧乙烯醚(APEG)为单体,以过硫酸钾和亚硫酸氢钠作为氧化还原体系进行自由基共聚反应,合成了一种支链型聚合物降滤失剂(PAANDA)。通过实验优化确定了最优合成条件为:n(AM)∶n(AMPS)∶n(NVCL)∶n(DMDAAC)∶n(APEG)=50∶20∶5∶10∶15,反应温度为50℃,反应时间为4 h,引发剂用量为0.3%。利用傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)确定了聚合产物的分子结构,通过热重分析(TGA)测得PAANDA热分解温度大于300℃,表明其具有良好的热稳定性。同时,应用于水基钻井液中,进一步评价PAANDA对水基钻井液流变和滤失性能的影响。结果显示,当PAANDA加量为2.0%时,180℃老化后API滤失量为4.0 mL,高温高压滤失量为22.6 mL(180℃),同时具有抗复合盐能力,抗盐钙能力优于国外同类产品Driscal D。

扭力冲击器复合钻进工艺在干热岩钻井中的试验应用

扭力冲击器在石油、天然气行业钻井中得到广泛应用,具有提速增效的作用。而干热岩钻井工作环境不同于油气钻井,面临着高温、高压、硬岩、强研麿性以及深井、超深井等问题,因此对扭力冲击器进行了针对性设计,并进行试验应用。在扭力冲击器2次入井试验中,对硬-极硬岩地层进行了不同钻具组合下的钻进试验,确定了扭力冲击器对钻进效率的影响机理。结果表明:(1)扭力冲击器能够消除螺杆钻具因离心惯性力造成钻具的横向振动,验证了扭力冲击器与螺杆钻具组合应用的可行性。相比未使用扭力冲击器井段,机械钻速提高29.59%。(2)从碎岩机理和地层适配性上,相比PDC钻头,牙轮钻头在扭力冲击器+螺杆钻具+转盘复合钻进的方式下,有着较高的钻进优势。试验成果可为扭力冲击器与牙轮钻头匹配性研究和扭力冲击器与螺杆钻具的耦合性研究提供较好的技术基础。

基于三维复合冲击的延长气田钻井钻进参数自动控制技术

在钻井过程中受到多方面参数的影响,导致钻机钻速波动,为此提出三维复合冲击下延长气田钻井钻进参数自动控制技术。根据气田地层对钻压的敏感程度选择钻头,计算钻头的扭矩变化、轴承的磨损速度以及钻头磨损系数,利用PID控制算法,获得泥浆的消耗量参数、孔深参数、钻压参数、漏水状态参数、烧钻参数以及岩层的软硬变化参数所对应的电流和电压信号,得到标准的参数数据,自动调整钻速、遇到岩石层增大扭矩、降低钻压以及确认钻井的方向,实现自动控制技术。实验证明技术可有效降低钻速的大幅度波动,提升工作效率。

微小孔电火花–钻削无变质层复合加工技术研究

为实现航空涡轮叶片气膜孔的无变质层加工需求,研制了电火花–钻削复合加工系统。基于复合加工需求,优化设计了数控系统架构,以实现电火花加工主轴和钻削主轴的双轴协同控制,进而确保电火花加工与钻削加工的互不干涉;同时实现电主轴转速自动控制和进给轴速适配性调节。基于复合加工系统,开发了无变质层的微小孔复合加工工艺技术。加工过程中,首先由电火花加工主轴完成微小孔加工,然后通过钻削刀具将电火花加工完成的小孔进行扩孔加工,以完全去除微小孔孔壁变质层。基于该工艺技术,开展了直孔和20°斜孔复合系列加工试验。在微小孔直孔复合加工中,公差范围为(0.315±0.003)mm。试验结果表明,电火花–钻削复合加工具有加工效率高、孔壁无变质层、孔型精度高等优点。

耐磨型钻具螺纹脂的评价研究

定向钻、深井和超深井等苛刻工况中钻具螺纹承受了较大的扭矩,钻具螺纹会发生磨损和粘扣等失效事故。针对该苛刻工况,开发了耐磨型钻具螺纹脂TAG-50,并对该TAG-50螺纹脂的理化性能、抗粘扣和抗过扭矩粘扣等使用性能进行试验评价。结果表明,该耐磨型钻具螺纹脂理化性能符合SY/T 5198—2020《钻具螺纹脂》标准的要求,在-20℃的条件下能均匀地涂敷在钻具螺纹表面,滴点为200℃。按照标准扭矩进行了20次上卸扣后,涂敷了TAG-50螺纹脂的钻具内螺纹和外螺纹表面没有发生粘扣。当上扣扭矩是标准扭矩的2.0倍时,涂敷了TAG-50螺纹脂的钻具接头上卸扣后内螺纹和外螺纹表面没有发生粘扣。该TAG-50耐磨型钻具螺纹脂具有较好的耐磨性和抗粘扣性能。

油基钻井液高效除硫体系优化实验

目的解决川东北含硫气藏在钻井过程中存在的H2S污染油基钻井液、H2S溢出造成的安全风险问题。方法建立了H2S污染油基钻井液室内评价方法和评价参数,优选了油基钻井液用高效除硫剂和复合除硫体系配方。结果除硫效果优异的单剂为液体除硫剂YT-1、碱式碳酸锌JD-2、醇醚酰胺CLC,饱和度分别为56.48 mg/g、21.13 mg/g、5.8 mg/g,高温老化除硫率分别为90.10%、82.60%和75.23%,与油基钻井液配伍性良好。优化形成的复合除硫体系配方4%(w)YT-1+2%(w)JD-2,在质量浓度为75 mg/L的H2S污染油基钻井液后,出口质量浓度达到0.015 mg/L所用时间仅为1.21 min,加入复合除硫体系后,该时间则达到171.8 min。污染后的油基钻井液高温老化后H2S质量浓度为0.078 mg/L,加入复合除硫体系后,H2S质量浓度为0 mg/L,除硫率达100%。结论除硫单剂协同作用提高除硫效果,为川东北地区高含硫地层“安全、高效”钻井提供了技术保障。

复合冲击破岩数值模拟研究及现场应用

为了探究复合冲击载荷作用下聚晶金刚石复合片钻头(PDC)的破岩机理,利用ABAQUS有限元软件建立了PDC单切削齿-岩石相互作用的数值模型,模拟研究了常规切削、单轴向冲击、复合冲击下岩石破碎过程,分析了复合冲击破岩机理。结果表明:在复合冲击作用下,轴向载荷分量能够增加切削齿切削深度,同时切向载荷分量的剪切作用使岩石产生大体积破裂。相比于常规钻进,应用复合冲击钻井后机械钻速提高了26.2%。研究成果可为复合冲击钻井技术的现场应用提供理论参考。

复合砂岩含水层下掘进巷道顶板富水异常区探查技术

为了探查掘进巷道前方顶板含水层的富水异常区,给矿井防治水工作提供依据。结合掘进巷道顶板隔水层较薄和含水层较厚的特点,并且复合含水层之间存在水力联系,采用长距离定向钻探结合瞬变电磁法进行掘进巷道超前探查,利用长距离定向钻孔对巷道上方进行全覆盖,根据钻孔在钻进过程中水量的增加幅度绘制富水性指数等值线图,用来定量表征巷道顶板含水层的富水性情况。在巷道掘进过程中采用瞬变电磁法对顶板含水层的富水性进行探查,圈定富水异常区。利用工作面构造及疏放水情况对富水异常区圈定结果进行验证,结果表明,含水层在断层发育区域的富水性较强,并且富水异常区范围内的疏放水钻孔水量较大,说明长距离定向钻孔和瞬变电磁探查可以作为掘进巷道顶板含水层富水异常区圈定方法。

东海X区块钻井提速研究与应用

东海X区块地层可钻性较差,导致机械钻速低、钻头进尺短、井眼浸泡时间长、钻具遇阻遇卡,钻井效率低下,在对区内历史井地层特性、岩石抗压强度及钻头使用情况等分析的基础上,开展了钻井提速研究。结果表明,钻头优化、使用复合冲击器、井身结构优化的配套系统性提速方案可提高钻井效率、缩短钻井周期、降低复杂情况、加快油气勘探进程。其中,根据复合冲击器的工作原理和寿命优化井眼轨迹,对钻头设计时使用中等抛物线、加强肩部布齿密度,可解决区内钻头磨损严重、单个钻头进尺少需3~4趟钻完成一个井段作业、深部地层平均机械钻速低于10 m/h等一系列难题。该提速方案现场应用,减少了卡钻、井眼垮塌等井下复杂情况,实现了各开次井眼一趟钻工程,缩短钻井周期6~8 d,并在该区块创下了单只钻头进尺和机械钻速等多项新记录,钻井效率明显提高,为东海油气勘探提速增效探索了一条可行的技术路线。