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钻探工程
中国地质调查局
钻探工程

中国地质调查局

李艺

月刊

2096-9686

tkgc@mail.cgs.gov.con

010-68320471

100037

北京市百万庄26号

钻探工程/Journal Drilling EngineeringCSTPCD
查看更多>>本杂志系国土资源部主管、中国地质调查局主办的国内外公开发行的技术类双月刊。主要报道我国探矿工程和岩土钻掘工程的新工艺、新技术、新方法、新设备的研究、推广、应用以及国内外有关信息。
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    深部硬岩钻探中孕镶金刚石钻头碎岩单元强化研究进展及建议

    王英李禹霄张凯李富强...
    1-11页
    查看更多>>摘要：随着深部矿产资源的勘探开发与利用的不断发展,孔底环境更加复杂,孕镶金刚石钻头作为地质钻探的专用工具,复杂的深部硬岩地质环境对孕镶金刚石钻头性能也提出更高的要求.孕镶金刚石钻头的碎岩效率及寿命与其碎岩单元性能息息相关,本文对深部硬岩钻进中孕镶金刚石钻头的钻进磨损响应研究现状进行综述,目前研究还不够完善,仍需进一步开展微观深入分析,厘清响应机制.在此基础上,讨论了近年来碎岩单元的创新设计进展,重点从胎体内部结构强化及异形孕镶唇面结构等方面总结分析不同强化方式对切削单元强度、磨损量、钻进效率的影响,研究结果表明确实可以有效提高深部硬岩孕镶钻头的切削效率和工作寿命.从延寿增效的角度讨论了适用于深部硬岩钻进的孕镶金刚石钻头碎岩单元强化方向,为深部地质钻探用孕镶金刚石钻头的设计与制造提供参考.

    深部硬岩孕镶金刚石钻头碎岩单元强化碎岩效率使用寿命

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    天然气水合物开采方法研究现状及展望

    刘姝李文杰李莉佳罗永江...
    12-23页
    查看更多>>摘要：天然气水合物是一种储量巨大的固态清洁能源,因此被认为是传统化石燃料的接替能源而备受关注.由于其赋存于低温、高压的海洋及冻土环境中,采用经济、高效的方法将天然气从天然气水合物储层中开采出来是实现天然气水合物商业开采的关键.根据实验室研究、数值模拟和现场试验等方面的研究现状,本文分析了降压法、注热法、注化学抑制剂法、CO2置换法、联合法等方法的开采效果,并对各种方法的优点和局限性进行了论述.已有的开采方法主要受到储层渗透率低、导热性能差等限制,未能实现长期连续产气.针对以上问题,提出储层原位电阻加热法提高热利用率;并认为水力压裂増透技术是提高储层渗透率以辅助降压法等开采方法实现高效产气的一种有效措施;关于水合物开采可能导致储层失稳等问题,认为利用CO2置换法可以加固储层,并且通过超临界CO2喷射技术能够提高CO2置换率.

    天然气水合物开采方法降压法储层原位加热法联合法储层增渗

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    自行走钻具给进系统中支撑机构的仿生增效研究

    高科刘正豪秦小琳闻育民...
    24-35页
    查看更多>>摘要：随着地下浅层资源的逐渐枯竭,人们逐渐向地下更深部位寻求能源.为应对钻井过程中地下岩层的恶劣环境,提出自平衡钻进系统和仿生自行走钻具给进系统,将压力驱动装置移至地下.本文为解决自行走钻具给进系统中支撑机构的增效问题,通过分析蜣螂头部表面非光滑结构对自行走钻具给进系统增阻机构表面进行仿生设计,并对其增阻性能以及对井壁的损伤进行了模拟仿真分析,同时对其摩擦磨损性能进行了实验测试,研究了不同仿生结构的增阻及减小磨损的效果.结果表明:蜣螂头部凸包间距与直径的比值在1.50左右,中间部位凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1∶142～1∶133,且在1∶138附近出现的概率较大,两边凸包的直径与对应蜣螂头部长度的比值在1:173～1∶158之间,且在1∶167附近出现的概率较大,中间部位凸包所占比例在45%左右,两侧所占比例基本相同;仿生结构设计的间距与直径比值在1.50附近时,有良好的增阻效果;相同凸包直径条件下,间距越大,对井壁的损伤越大;正三角形排布为仿生单元增阻效果最佳的排布方式,矩形排布会增大对井壁的损伤,同时降低增阻效果;同心圆形排布对井壁的损伤最大,增阻效果最差.

    仿生增阻自行走钻具增阻机构自平衡钻进系统给进系统

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    中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的研制与试验

    陈晓君宋刚王诗竣韩泽龙...
    36-44页
    查看更多>>摘要：针对大洋钻探硬岩取心钻具钻进效率低、取心效率低等问题,本文介绍了中国地质科学院勘探技术研究所研制的Ø185 mm规格中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的基本研制情况及陆地试验情况.研制过程中,通过理论计算和Ansys Workbench有限元仿真模拟,对中空式螺杆马达螺旋线型的结构进行了优化设计及动力学分析,并对万向节进行了受力安全分析,优选了材质,钻具攻克了多头小偏移量短节距中空转子和柔性中空万向节等关键技术,通过在陆地开展花岗岩块取心试验,验证了该取心钻具原理样机工作性能的可行性,为该钻具的工程应用提供了工作参数指导及匹配钻头的优选,也可为我国大洋钻探及深地科学钻探提供硬岩取心技术支持.

    孔底动力中空螺杆马达柔性万向节硬岩取心大洋钻探

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    大洋钻探过程钻速在线区间预测方法——以微型钻探船室内模拟实验为例

    张琦甘超曹卫华
    45-52页
    查看更多>>摘要：大洋钻探是从事海洋能源资源勘探开发和地壳构造演化研究的主要手段,常面临复杂海况扰动大、海底地层不确定性强等问题.本文提出一种大洋钻探过程钻速在线区间预测方法,以微型钻探船室内模拟实验为例开展方法的验证工作,为工程化应用奠定重要基础.首先,运用数据重采样、数据时深匹配、数据滤波等方法对多源大洋钻探数据进行预处理.其次,引入极限学习机、粒子群优化等方法建立钻速点预测模型.再者,利用非参数估计方法构造置信区间,建立钻速区间预测模型,并开展钻速区间预测.最后,通过滑动窗口方法在线更新区间预测模型参数,实现模型的在线学习和优化.微型钻探船室内模拟实验的对比结果验证了所提方法具有很强的钻速预测能力和鲁棒性,为大洋钻探过程钻速优化控制提供了新的工程解决方案.

    大洋钻探过程钻速区间预测室内模拟实验在线学习误差分析

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    深海钻探泥浆举升系统双泵协同机制研究

    秦如雷陈浩文李云军高洁云...
    53-58页
    查看更多>>摘要：深海钻探泥浆举升系统在无隔水管泥浆循环钻井(RMR)工艺中具有关键作用.为了提升举升系统的安全余量和适应性,本文对多泵串并联机制进行了深入研究,详细描述了泥浆举升泵的串并联结构设计和工作原理,探讨了串联和并联运行时流量与扬程的关系以及泵组串并联工况点的数解法和图解法步骤.进一步地,利用模型泵实测特性曲线,使用图解法获取了双泵串并联工况下的Q-H特性曲线和工况点,并提出了双泵协同控制的建议.

    泥浆举升泵多泵串并联数解法图解法双泵协同无隔水管泥浆循环钻井深海钻探

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    极地钻井液冷却用板式换热器设计及换热性能模拟研究

    王祖凡李亚洲杨甘生张凯...
    59-67页
    查看更多>>摘要：在极地开展冰下基岩取心钻探,对研究冰下地质构造、揭示冰盖演化历史、评估未来气候变化等均有重要的意义.在极地冰下基岩钻探过程中,钻井液在孔底循环后温度可能升高至0℃以上,进而在上返过程中融化冰孔孔壁,导致井壁失稳,甚至引发卡钻事故.为此,有必要研发极地钻井液冷却系统,在地表将钻井液冷却至较低的温度后再注入孔内,进而使钻井液在循环过程中始终保持在0℃以下.换热器是钻井液冷却系统的核心部件.本文选用板式换热器做为钻井液的换热部件,采用平均温差法确定了板式换热器的换热面积和基本参数,然后使用COMSOL Multiphysics 6.0软件对板式换热器的换热性能进行了数值模拟.研究结果表明,该换热器可将钻井液冷却至-4～-3℃;此外,模拟结果表明,钻井液的出口温度随载冷剂注入温度的降低和载冷剂流量的增大而降低;钻井液的类型对换热器的换热性能有较大影响,而换热板片的材质对换热器的换热效果影响不大.

    极地钻探冰下基岩取心钻井液冷却系统板式换热器

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    剪切增稠流体对裂隙地层的封堵特性试验研究

    邓盈盈孙平贺夏余宏烨徐勇...
    68-76页
    查看更多>>摘要：裂隙性地层存在的裂缝型漏失通道通常具有多尺度特性和不确定性,钻井液漏失问题在裂隙性地层进行地质钻探施工中尤为突出.剪切增稠流体(Shear Thickening Fluid,STF)作为一种新型智能材料,具备自感知、自适应和自修复等优良特性,目前已在多领域得到广泛应用.本研究将剪切增稠流体作为一种堵漏材料,通过API堵漏仪单缝管封堵试验,探究了剪切增稠流体在不同分散相浓度(56.9vol%、59.2vol%和61.7vol%)、缝宽(1、2、3、4、5 mm)和压力条件下对裂缝的封堵特性.封堵试验结果表明:漏失量会随着缝宽和时间的增加而增加;纳米SiO2浓度在56.9%～61.7%范围内增加时,会降低漏失速率并减弱缝宽对漏失速率的影响程度;当漏失压力为0 MPa时,剪切增稠流体不产生增稠效应,以液态形式从缝内漏失,压力小幅度增加时会激发其增稠效应,产生团聚状颗粒对缝管进行封堵降低漏失速率;当压力进一步增大超过封堵层承压能力时,剪切增稠流体以板状形态被挤出裂缝.研究剪切增稠流体在堵漏领域的应用,有望为裂隙性地层堵漏提供创新解决方案.

    剪切增稠流体纳米SiO2智能材料堵漏试验裂缝封堵

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    基于随钻关键参数的岩体智能探测方法研究进展

    柏君王胜赖昆徐世毅...
    77-84页
    查看更多>>摘要：在钻探施工条件的极端化和新一代信息技术发展引起的产业变革的双重影响下,钻探技术的智能化成为了钻探技术发展的必然趋势.文章聚焦于基于随钻关键参数的岩体智能识别这个最为关键的智能钻探难题,对基于钻进过程的不取心原位岩体测试技术进行综合阐述,最后对钻探工程的智能化发展进行展望.通过综述目前在该领域的最新技术和研究进展,提出了随钻过程-物理多模态信息深度融合的全新识别体系,以期实现钻探过程的岩土体智能识别能力,提高重大基础设施工程勘察质量和效率.

    智能钻探随钻关键参数岩体智能识别物理信息融合多模态融合工程勘察

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    基于扩展有限元的现场尺度水力裂缝扩展机制模拟研究

    曹志成陈秋崔俊艳解经宇...
    85-92页
    查看更多>>摘要：干热岩储层水力压裂形成复杂缝网对于建设增强型地热系统(EGS)至关重要.为了深入认识干热岩储层水力裂缝扩展机制,揭示工程参数和地质参数对水力裂缝扩展的影响规律,本文以青海共和盆地某干热岩储层为研究对象,基于扩展有限元(XFEM)数值模拟软件ABAQUS展开研究,建立现场尺度的干热岩储层模型,实现热流固耦合分析水力裂缝的扩展机制.结果显示:正断型应力状态下,裂缝发生了很明显的朝向Z轴的转向,走滑型应力状态下,裂缝扩展主要沿水平方向,有轻微倾向于Z轴转向的趋势,逆冲型应力状态下,裂缝沿水平方向扩展;随着弹性模量的增大,裂缝的起裂压力减小,裂缝延伸的注水压力也减小,弹性模量越大裂缝起裂的时间越早,泊松比越大水力裂缝的破裂压力越大,破裂压力整体呈现出正断型>走滑型>逆冲型;随着温度的升高,水力裂缝破裂压力减小,大约降低2～3 MPa左右,3个应力状态下都呈现出相同的趋势.本文丰富了干热岩水力裂缝扩展的数值模拟手段,相关研究成果可为干热岩储层中水力压裂扩展预测与不同参数对其的影响分析提供技术支撑.

    水力压裂储层裂缝干热岩扩展有限元现场尺度热流固耦合

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