极地钻探用铝合金双壁钻杆结构强度的有限元分析及试验研究

为了实现钻穿冰盖、直接获取冰下基岩样品的科研目标,本文设计了一种极地钻探用铝合金双壁钻杆,使钻杆可以满足极地上覆积雪层、冰层、冰岩夹层和冰下基岩等不同地层的空气反循环、水力反循环、绳索取心钻进相配合等钻进需求。依据铝合金双壁钻杆在极限拉伸、极限拉扭组合工况下的受力情况,开展了双壁钻杆的有限元分析,并对双壁钻杆外管与钢接头连接试样进行了拉伸试验与扭转试验。双壁钻杆有限元分析结果表明:在极限拉伸和极限拉扭组合工况下铝合金双壁钻杆中产生的最大应力分别为183.8 MPa与161.9 MPa,均小于铝合金材料的屈服强度489.99 MPa。双壁钻杆外管与钢接头连接试样强度试验结果也表明:拉伸试样破坏时的极限可承载拉力为399.5 kN,远大于提升1000 m双壁钻杆所需的拉力(208.11 kN);扭转试样破坏时的极限可承载扭矩为8264.7N·m,同样大于钻杆在正常钻进过程当中所承受的最大扭矩(1990.56 N·m)。上述结果表明,极地钻探用铝合金双壁钻杆设计方案可以满足极地钻探使用要求。

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。

工程勘察装备及工艺方法研究

随着近年来工程勘察和环境调查工作量的大幅增加,传统工勘钻机取心(样)质量很难满足实际需求,相比进口环境钻机采用多工艺手段取得的心(样)基本满足工程需求,但两种工艺方法体系缺少高效率、高质量、低成本的融合,对于实际施工作业造成突出的矛盾。本文以我国现行工程勘察标准、规范为出发点,分析XY-1、DPP100、GDC100、GDL-1等多款国产工程勘察装备与美国GP公司生产的多功能钻探装备,以及对比现行的工程勘察取心(样)多采用回转钻进,在复杂地层受到工艺方法和标准体系限制取心(样)质量相比国外发达国家开展的多工艺、多手段工程勘察明显存在差距。综合笔者的对比分析和实际研发工作,提出以开展多功能勘察装备的研发为前提,搭配多工艺取心钻具和工艺方法的配套性研究,结合数字化工程勘察理念,以实现精准勘察、高效勘察的目标。