2014, 41(9):1-6.
摘要:对国内外科学钻探实践进行了简要回顾,对超万米科学钻探工程面临的技术难题进行了分类描述。在此基础上,考虑沉积岩和结晶岩2种地层条件,提出了13000 m科学超深井的钻探技术方案。
2014, 41(9):7-12.
摘要:介绍了在复杂地层科学深钻施工时遇到的困难和问题,主要包括破碎地层钻进问题和强缩径地层钻进问题,讨论了解决这些技术难题时采取的应对技术方案和措施,涉及取心钻进工艺方法和器具、钻机、泥浆体系以及极破碎、强缩径地层的特殊钻进、固井工艺和器具。
2014, 41(9):13-17,22.
摘要:在简要阐述了动力头设计的作用及其设计应当满足的条件和动力头设计的一般过程的基础上,介绍了3500 m全液压岩心钻机动力头的设计过程和设计方案,并总结了该动力头的性能特点。
Чихоткин В.Ф. , 高申友 , 蒋国盛 , 彭莉 , 汤凤林
2014, 41(9):18-22.
摘要:孕镶金刚石钻头钻进时,孔底所剩岩屑数量直接影响钻进是否处于正常状态,正确设计岩屑规程可以保证钻头正常钻进。计算和实验证明,冲洗液流在钻进过程确实产生空化气蚀现象,对钻头磨损有严重影响。设计各个通道过水面积相等的钻头,可以基本解决这个问题。应该保证供给的冲洗液量与机械钻速之比保持在合理的范围内。
2014, 41(9):27-31.
摘要:鲁页参1井钻遇地层复杂,水敏地层造浆严重,二叠系地层坍塌掉块,出现卡钻事故,导致钻井施工进度慢,风险大。针对钻井施工中存在的技术难题,开展了一系列的技术攻关,确定了一开和二开以及取心段的钻井液体系,形成了一整套钻井液技术和工程技术措施。实践表明,该套钻井液体系解决了鲁页参1井钻井中出现的坍塌、掉块等难题,减少了井下故障的发生,提高了钻进速度,建井周期明显缩短,为以后的钻井施工提供了技术支持。
2014, 41(9):32-37.
摘要:为满足深部找矿和地球科学研究的需要,近几年,深度超2000 m钻孔数量在不断更新,岩心钻探深度记录也在不断打破。深部钻探由于科学目标更高、钻遇地层更多,压力层系复杂、钻进时间更长等客观实际,对钻探装备、工艺技术和管理提出了新的要求。针对不同地域和区块,深部钻探均有不同的典型难点问题和技术挑战性。SinoProbe-05深部探测项目自2009年启动以来完成了西藏罗布莎、甘肃金川、云南腾冲、安徽庐枞、安徽铜陵和于都赣县等钻探任务,通过集成该深部探测项目过程中的技术问题,从装备、工艺、材料到机具等10个方面总结了该深部探测项目的成果,并结合近几年国内其他深部钻探项目一些经验,进行了策略研究和风险规避探索。
2014, 41(9):38-42.
摘要:深水浅层钻井过程中可能遇到浅水流、浅层气以及天然气水合物层分解等3种浅层地质灾害(简称“三浅”)。要规避这些风险,必须需要开展浅水流、浅层气和天然气水合物成因机理、识别特征及工程危害等方面的研究。国外利用地球物理识别技术和数值模拟方法,结合深水油气钻井测井开展了这方面的研究,在“三浅”地质灾害的形成机理和控制因素方面取得了较为重要的研究进展。目前国内学者利用地球物理方法在南海北部深水区LW3-1大气田的周围发现了超压系统、浅层气和天然气水合物。深水水道砂体的发现也推断南海北部深水区具有“三浅”地质灾害发育的地质条件。随着深水油气勘探开发的不断深入,评估和预测南海北部深水钻井的“三浅”地质灾害十分迫切。
2014, 41(9):49-51,57.
摘要:随着海上油气作业量的不断增加,自升式钻井平台的就位风险也在日益增大。在对海洋石油282就位SZ油田WHPN平台作业难点、风险分析的基础上,通过优化就位方案、布锚方案、渤海地区首次采用全回转拖轮辅助自升式平台就位等技术措施,成功实现就位作业。
2014, 41(9):52-57.
摘要:为加快我国近海工程地质勘探质量与国际标准接轨,降低勘探成本,参与海外市场竞争,开展了海(水)上船载式钻探平台创新设计及工程应用工作。介绍了一种拥有我国完全自主知识产权,并具有国际竞争力,集单侧悬臂式勘探系统、潮间带钻探、海上原位试验为一体的成套技术。整套系统革新了近海工程地质现有勘察技术,形成了一套适应于滩地、湖泊、河流、海(水)上区域勘探与原位测试技术,且勘探质量达到了国际标准。这对我国企业突破欧美核心技术垄断,跨出国门分享海外勘探市场份额具有现实意义。
曹品鲁 , 陈宝义 , 刘春朋 , 杨成 , Pavel Talalay
2014, 41(9):58-62.
摘要:极地冰心分辨率高、记录时间尺度长、信息包含量大,直接记录着远古时期的大气组成,蕴藏着珍贵的古气候和古环境信息,获得年代久远的深冰心,对于重建地球的历史演化以及预测全球气候、环境的变迁具有重要意义。因此,世界各国都在竞相寻找年代久远的冰心,开展深冰心钻探工程。实践表明,由于极地冰盖深部“暖冰”层冰的熔点低而温度高,某些冰层的温度接近甚至达到冰的压力熔点,以至钻进速度慢、取心率低、卡钻事故频发。详细介绍了极地深冰心钻探“暖冰”层钻进实践,深入分析了“暖冰”层钻进存在的技术问题,对钻具回转切削产生的切削热对钻进的影响进行了探讨,据此提出了“暖冰”层钻进技术对策以及今后的研究方向,以期为我国即将开展的深冰心钻探工程和冰下基岩取心钻探工程提供一定借鉴。
范晓鹏 , Pavel Talalay , 张楠 , 刘刚 , 张奇 , 刘旭超 , 冯敏强
2014, 41(9):67-70.
摘要:极地冰层硬度特性对铠装电缆电动机械取心钻具反扭装置设计和使用具有重要意义。针对冰层特殊的物理性质,结合材料硬度测试原理,设计了一套可在模拟极地冰层低温条件下测量冰硬度特性的硬度试验台。该试验台由低温冷柜、硬度测试台和数据采集及控制系统3部分组成,其中,数据采集及控制系统隔离在常温环境中,降低了元器件对环境温度的要求。利用该试验台对硬度压头压入冰层的压力和深度进行数据检测,换算得到相应的硬度值。对设计的试验台进行初步实验表明,该试验台工作状态良好,数据准确,可满足对低温材料硬度特性的检测。
2014, 41(9):71-74.
摘要:地外天体采样是研究地外天体起源、演变的重要手段。详细介绍了国内外地外天体采样技术的发展情况,从资源约束、对象特性、重力与温度环境等方面,分析了地外天体采样任务的特点,梳理了钻取采样、铲挖采样、地面验证等方面的关键技术,研究结果可以为我国地外天体采样技术的发展提供参考。
2014, 41(9):75-80.
摘要:月球探测对于我国各方面综合实力的提升均具有巨大的推动作用。当前我国各研发机构对月球采样的研发重点集中于采样机具的设计制造上,对采样机具和月壤之间相互作用却研究较少。与地球土壤相比,月壤的形成环境与条件完全不同,从而造就了其较为特殊的物理力学性质。在利用与真实月壤类似的模拟月壤进行的薄壁圆筒贯入试验中,发现存在月壤滞留和月壤附壁现象,从而分析得出在采样机具表面与月壤相互作用的理论分析中,除了传统的摩擦力理论外,还可通过最大抗剪强度进行分析。通过对试验现象和数据对比摩擦力理论和最大抗剪强度理论发现,最大抗剪强度理论更加符合实际情况。故将最大抗剪强度理论引入已有的月球螺旋钻进采样的理论模型中,通过计算得出基于最大抗剪强度理论计算的螺旋临界转速低于基于摩擦力理论计算的临界转速,在一定程度上能够降低采样机具的能耗。
2014, 41(9):81-84.
摘要:月球钻探取样具有钻进对象松散、钻机功率小、质量轻、钻进过程无冲洗介质等难点,螺旋钻进因其连续排屑和干式回转钻进的能力,成为最具可行性的月球钻探取样方式之一。为确保在设备能力和月表环境限制下实现深层月壤钻探取样目的,针对月壤/模拟月壤物理力学特性,对螺旋钻探取样过程进行力载特性分析。分析表明,月球钻探具有螺旋叶片宽度窄、回转速度高的特点,可采用钻屑颗粒模式求得临界回转速度,然后选择合理的钻进工艺。螺旋钻进功耗包括钻头切削月壤的功耗和钻进排屑功耗,可根据功耗模型研究各变量对功率的影响规律,从而为钻具结构优化和钻进参数优选提供理论指导。
2014, 41(9):85-88.
摘要:切削机理模型是研究岩石钻进切削过程中的切削力以及切削热的基础。在分析岩石切削机理模型的基础上,基于摩尔理论和裂纹扩展理论,分析中硬岩石切削状态,认为在中硬岩石切削过程中岩石存在着脆性切削和延展性切削2种方式,在此基础上得到新的中硬岩石切削机理模型。以砂岩、大理岩和花岗岩为钻进对象,开展微钻实验研究。结果表明:切削过程为岩石在刀具的扭矩和推进力作用下发生破坏,导致小岩屑、大切屑不断循环产生的过程,小大切屑形成主要源于岩石挤压变形和裂纹生成扩展。实验结果与岩石切削机理表现出较好的一致性。
2014, 41(9):109-113.
摘要:护壁技术是解决复杂地层钻探难题的关键技术之一。介绍了一些特殊的套管护壁技术在WFSD-4号孔钻探中的应用情况,包括在小间隙条件下下大直径套管技术、复杂钻孔活动套管护壁取心技术和用于强缩径地层的两阶段下套管固井技术等。
2014, 41(9):126-129.
摘要:介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目4号孔(WFSD-4)取心钻进施工情况,对破碎和缩径地层的取心钻进工艺和技术措施及其应用效果进行了分析和总结。
2014, 41(9):130-132,138.
摘要:介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4孔强缩径地层钻进的技术问题。在分析地层缩径机理和影响因素的基础上,提出了强缩径地层的钻进工艺措施。措施在WFSD-4孔中实施取得了显著的效果。
2014, 41(9):133-138.
摘要:汶川地震断裂带科学钻探工程钻遇地层非常复杂,地层破碎、膨胀缩径,坍塌、掉块严重,多次出现卡埋钻等事故,同时复杂地层取心率偏低。WFSD-2孔在取心率很低井段,为补取岩心运用套管开窗侧钻技术;而在WFSD-4孔施工中,套管内出现卡钻事故,为绕障采用套管开窗侧钻技术。介绍了复杂事故井套管开窗侧钻从准备到实施的工艺流程和技术措施。套管开窗侧钻的成功应用为后续工程实施节约了时间和成本,对今后类似作业具有很好的指导和借鉴作用。
2014, 41(9):139-142.
摘要:汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)项目地层极端复杂,主要表现在强破碎、强水敏和高地应力,施工难度极大。在理论分析的基础上,提出了对这些问题的解决对策。在WFSD项目几个钻孔的钻探施工中,选用并演化了改性磺化、LBM-GLA、钾铵基聚磺以及钾石灰聚磺4种不同的钻井液主体系,并取得了良好的应用效果。对各钻井液体系的特点与适用范围进行了总结。此外,提出了在深孔复杂地层钻探施工钻井液应用的一些体会与建议。
2014, 41(9):146-150.
摘要:汶川地震断裂带科学钻探项目4号孔(WFSD-4)地层极其复杂,钻探施工难度极大,对钻井液技术要求较高,据此优选钾石灰聚磺钻井液体系为该孔的钻井液主体系。介绍了钻井液技术在各开次的使用维护情况,同时还详细介绍了该孔中的特殊工艺钻井液技术及复杂情况下钻井液应对措施等。
2014, 41(9):151-157.
摘要:我国在建国初期就建立了探矿工程专业,60年来为国家培养了大量人才,为不同行业和领域经济建设做出了重要贡献。如何进一步提高探矿工程类专业教学质量和如何把学生培养成新形势下社会主义的合格建设者和接班人,是个非常迫切而现实的问题,值得研究和思考。教学计划往往能够反映教学的培养目标、课程设置和教学过程,对于了解和评价教学质量和效果具有一定意义。对中国地质大学(武汉)探矿工程类专业(勘查技术与工程〈钻探与钻井〉)教学计划和国外(只有俄罗斯设有类似专业)类似专业教学计划进行了对比研究,从中提出相关的建议。
2014, 41(9):158-162.
摘要:马坑铁矿——福建龙岩野外基地是全国首次以深部钻探关键技术研究为课题的科研基地,是以“福建马坑外围——大田深泉全国47#整装勘查组之一”为依托,全面收集、消化吸收前人研究成果,综合应用国内外先进、成熟的钻探工艺技术,结合马坑矿区、石岩坑矿区钻探施工研究解决钻探技术难题,探索出深孔钻探技术组合优化的集成、创新性成果。建设具有科研、教学、培训和科普功能的深孔钻探技术应用示范与科研基地并建有应用示范与成果展示服务于社会。介绍了基地立项及建设情况,以及马坑铁矿钻探实践成果及技术创新。