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。

地质钻探铝合金钻杆材料研制及室内试验研究

与钢钻杆相比,铝合金钻杆具有比强度高、刚度低、耐腐蚀性好等优点,在实施钻探工程作业时,可增加现有钻探设备钻进能力,减少钻机动力消耗,降低钻探施工难度,减轻工人劳动强度。开展地质钻探铝合金钻杆研究,对提高我国难进入地区地质调查钻探工程效率、推动地质钻探科学技术进步以及节能降耗工作具有重大现实意义。本文介绍了7E04铝合金管材研制的关键技术、铝合金钻杆的结构设计,进行了钻杆热处理、基本力学性能、腐蚀特性的室内试验研究。研究结果表明7E04铝合金钻杆在一定热处理条件下,屈服强度可达585MPa、抗拉强度645MPa;在似盐水泥浆腐蚀环境下,具有较好的耐腐蚀性。

地质钻探高强度铝合金钻杆研制及其应用

铝合金钻杆的设计制造技术属高新技术范畴,世界上只有俄罗斯、美国等少数发达国家能够批量生产。简要介绍了我国地质钻探用铝合金管材研制、铝合金钻杆制造关键技术及野外试验情况,并对今后铝合金钻杆的研发和应用方向提出了建议。项目工作成果对今后我国开发特深孔铝合金绳索取心钻杆和超深孔铝合金钻杆具有重要价值。安徽彭桥煤矿区的铝合金钻杆钻探试验最大孔深超过1000 m,应用效果良好,开辟了我国地质钻探铝合金钻杆在中深孔应用的先河。

特深孔地质岩心钻探钻孔口径及管柱规格研究

针对5000 m地质岩心钻探基础准则与依据缺失,油气钻井与岩心钻探工艺及装备差异大等问题,本文梳理分析了国内外深部地质岩心钻探口径系列及管柱规格,厘定了基本外界条件及相互关联要求,开展了特深孔岩心钻探环空水力学计算与绳索取心钻杆的等强度设计,初步构建了以绳索取心钻进工艺为主体的5000 m特深孔钻探口径系列与钻(套)管柱规格。

深部钻探铝合金钻杆开发应用

铝合金钻杆具有质量轻、比强度高、钻进深度大等特点,开发并应用铝合金钻杆对提高我国难进入地区钻探施工效率、推动深部科学钻探技术进步以及节能降耗等具有重大现实意义。本文介绍了我国铝合金钻杆批量化、系列化开发与应用的现状,并重点分析了铝合金钻杆应用技术特点、试制关键技术、室内试验和推广应用情况;根据铝合金钻杆的实钻应用情况及研发趋势,提出了我国铝合金钻杆开发的新构想。

关于钻探工程中洗孔工艺的分析研究

洗孔是钻探工程中的重要环节。冲洗介质在孔内进行循环,可以达到清洗孔底、携带和悬浮岩屑、冷却钻头和保护孔壁的目的。不同的洗孔工艺可以产生不同的复杂情况。冲洗液孔底反循环,由于冲洗液是反向循环,与岩心进入岩心管的方向一致,因此可以提高在裂隙、破碎、性脆、软硬不均等复杂地层钻进时采取岩心的数量和质量。俄罗斯莫斯科国立地质勘探大学KULIKOV V.V.博士等人在洗孔方面做了很多的研究工作,提出了钻孔钻进时洗孔复杂情况的分类,对地质钻探中常用的无泵钻具钻进、喷射式钻具钻进和气举钻具钻进时的洗井工艺问题进行了分析与讨论,提出了相应的建议。

关于水文地质水井钻探工程中新型自动解垢过滤器的分析研究

水文地质钻探、水井钻探是探矿工程的重要组成部分。随着水资源需求量的增加和生态环境保护要求的提高,水文地质和水井钻探工程显得更为重要。在其成井过程中,常见过滤器腐蚀结垢,直接影响井眼进水量和抽水效果,甚至导致过滤器和井眼报废。俄罗斯南方国立技术大学ТретьякА.Я.教授等人发明了自动解垢过滤器,解决了过滤器腐蚀结垢问题。

铜陵科学钻探TLSJD-1孔钻探技术

TLSJD-1钻孔是位于长江中下游地区的科学钻探预导孔。根据该孔的地质概况和施工要求,正确合理地组织施工,采取了科学有效的施工技术。针对钻孔地层自然造斜严重的问题,在施工中多次使用螺杆马达造斜,且使用自行研制的五单元钻具稳斜,有效地控制了钻孔轨迹。为解决深孔大孔段泥页岩裸孔钻进孔壁不稳定的问题,在施工用水矿化度较高的情况下,总结了一套钻井液技术,保障了钻探工作顺利进行。

钻探用人造金刚石超硬材料的现状和发展

一、人造金刚石超硬材料发展历史的回顾超硬材料是现代钻探业所需要的重要材料。它的研制、生产和应用,从某种程度上反映了一个国家钻探业技术发展的水平。六十年代初人造金刚石仅为少数几个国家所掌握,其制造技术严加保密。从1963年12月6日我国成攻地研制成功第一颗人造金刚石起。二十几年来我国钻探用研制人造金刚石超硬材料从无到有、从小到大,高品级金刚石和聚晶烧结体。

耦合仿生孕镶金刚石钻头高效耐磨机理

将耦合仿生高效耐磨理论应用到孕镶金刚石钻头设计中,研制出耦合仿生孕镶金刚石钻头(简称耦合仿生钻头),其与普通孕镶金刚石钻头相比具有破岩速度更快、使用寿命更长等优点。从土壤动物体表非光滑高效破土和耐磨降阻特性入手,通过切削岩粉的微观分析结果和通过数值模拟有限元分析钻头在静态、动态两种作用力下与岩石接触产生的应力状态,揭示了耦合仿生钻头的排屑效果、冷却环境和岩石受力状态等方面均优越于普通金刚石钻头,具有显著的高效破岩和耐磨特性。

关于金刚石钻进规程参数合理配合的分析研究

机械钻速、钻头进尺和每米钻探成本通常称之为是钻探工程的主要技术经济指标。这些技术经济指标均与选用的钻头、所用钻进规程参数和操作技术紧密相关。选用的钻头应与所钻地层的硬度、研磨性(可钻性)相适应。操作技术主要取决于司钻人员的技术、经验和水平。而钻进规程参数的选取和确定及其合理配合则是非常重要的一个因素,不可忽视。提出了临界钻进规程的概念。临界规程是一条红线,不可逾越,否则就会发生事故。正常钻进规程时,钻压和钻头转速应该合理配合,冲洗液量宜保证岩粉处于正常规程状态,以得到理想的钻探工程技术经济指标。建议根据功率表读数变化来调整钻压和钻头转速的合理配合,利用流量计监控孔底的冲洗液数量,严格控制临界规程的形成,把经验打钻和科学打钻结合起来。

加强钻孔水力开采技术研究,拓宽探矿工程创新发展空间

钻孔水力采矿是钻探工程在采矿工程中的一种直用,是一个重要发展方向,具有拓宽创新意义。本文介绍了钻孔水力采矿的工作原理和工艺过程;讨论了石油喷射钻井射流和钻头的水力参数;探讨了钻孔水力采矿时破碎矿石的孔内射流碎岩器具及其结构参数;提出了有关改进这种技术的方法和手段的几点建议。钻孔水力采矿由于工程效益好、安全系数高和生态环境保护好等优点在国外一直在研究和使用。建议我国加强这方面的研究,以拓宽探矿工程的创新发展和服务空间。

S75-SF中深孔绳索取心钻具结构及应用

随着中深孔地质岩心钻探工作量的大幅增长,不仅对绳索取心钻柱提出了严格要求,对绳索取心钻具的功能和可靠性要求也越来越高。S75-SF绳索取心钻具采用了双弹卡结构,增强了悬挂机构的安全性,提高了内管总成的投放和打捞速度,减轻了孔内冲洗液压力波动,在正常钻进时可降低泥浆泵压力损失,有利于复杂地层孔壁稳定。内管总成机构与内岩心管采用插接的连接方式,拆卸方便,便于钻探施工人员采取岩心。该钻具在施工中效果良好,减轻了工人的劳动强度,提高了施工效率,可满足中深孔绳索取心钻探施工要求。

关于切削型多节式刮刀钻头的分析研究

刮刀(翼片)钻头在泥岩和页岩等软地层中可以得到高的机械钻速和长的钻头进尺,但是在硬地层和软硬交错地层,特别是在研磨性地层中,钻进效率低,钻头磨损快,钻头寿命受到影响。俄罗斯南方国立技术大学ТретьякА.Я.教授研制出了一种切削型两节式Д-2ВВ钻头。这种钻头包括2个圆锥形回转节:领眼钻进部分回转节和井筒形成部分回转节,彼此独立、布置同轴,通过行星齿轮传动机构驱动,可以按不同(相反)方向回转,保证镶有数个PDC复合片切削具的刀翼,不论其处于如何位置,在单位时间内行走的路程都是相同的,所以磨损是均匀的,因而提高了耐磨性,提高了钻探的技术经济指标。该项技术取得了俄罗斯发明专利。

深部各向异性硬岩钻进用新型金刚石钻头试验研究

我国正在进行深部地质找矿和深部矿产资源开发,"十三五"计划规定了对地下空间的利用和开发进行研究,这些都离不开深部钻探。深部钻探中遇到的岩石多为各向异性岩石,在这种岩石中钻进时,钻孔容易偏斜,影响钻探效率和质量。俄罗斯博士СкоромныхВ.В.教授等对此进行了研究,提出了钻头水口大小变化的设计思想。对比试验结果表明,这种新钻头钻进技术指标较好,值得研究和探讨。

纳米金刚石钻头试验研究

纳米技术(nanotechnology)是近年来发展起来的一种新技术,许多国家都在研究这种新技术及其应用。俄罗斯研制出了用爆炸法生产纳米金刚石的成套设备。乌克兰生产出了纳米金刚石。乌克兰超硬材料研究所设计出了纳米金刚石钻头,并进行了实验台试验。试验结果表明,纳米金刚石钻头是一种很有前景的破碎岩石工具,可以取得很好的技术经济效益,在地质勘探和采矿工业中应用前景广阔。建议我国加强对纳米金刚石钻头的研究并推广使用。

关于我国金刚石钻头生产技术的分析研究

我国金刚石钻进取得了很大的成绩,但是其技术经济指标尚不理想,与国外相比尚有差距,特别是其中关键的金刚石钻头性能指标更是如此。我国目前主要使用热压烧结技术生产金刚石钻头。但是,热压烧结有"短板",国外冷压浸渍烧结有强项,微波加热烧结有优点。建议试验研究冷压浸渍、微波烧结金刚石钻头,以便把我国的金刚石钻探技术经济指标提高到一个新水平。

深孔绳索取心钻杆质量控制措施

在优化深孔绳索取心钻杆结构设计、选用优质钢材基础上,制定合理的加工工艺和检测规程,配齐相应的检测器具。通过严格的工艺控制,确保钻杆质量稳定,满足深孔绳索取心钻进需要。

新型加长防斜减振PDC钻头的设计试验研究

PDC钻头在石油钻井和地质钻探中,在中等硬度和部分硬地层中钻进时,取得了很好的钻进效果,得到了满意的技术经济指标,生产单位也比较欢迎。但是,在复杂地层,如深孔软硬互层、裂隙互层和研磨性地层中钻进时,机械钻速变慢,钻头进尺降低,成了推广使用的"拦路虎"。俄罗斯钻探工作者针对上述地层钻探中存在的问题,设计出了加长型防斜减振钻头,经过实验室和野外试验证明,这种钻头是有效的,取得了很好的技术经济效果。

高钢级绳索取心钻杆管材残余应力的初步研究

有观点认为管材的残余应力是绳索取心钻杆非正常损坏的诱因之一。据此采用环切法对不同热处理和矫直工艺的冷拔绳索取心管材制造过程中的残余应力进行了检测比对,认为冷拔管材制造环节产生的残余应力是存在的,也是可控的。只要制造工艺措施得当,可以将高钢级合金管材的残余应力控制在可接受范围内;合格管材出厂时存在较高残余应力造成的钻杆折断等事故较为罕见。应从管材制造、钻杆加工、现场使用等方面入手,努力降低钻杆断裂事故。