摘要:通过压力传递实验，对秀山龙马溪组页岩进行了不同浓度和不同类型盐溶液影响下的渗流试验，确定不同水活度盐溶液对页岩渗流规律和井壁稳定影响机理。结果表明：（1）在相同浓度的盐溶液中，阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递能力最强的盐类为HCOONa。（2）对于相同类型的盐溶液，最高的浓度并不总能具有最好阻缓能力。阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递效果较好的前5种盐溶液是20% HCOONa、5% HCOONa、20% KCl、20% HCOOK和5% NaCl。（3）相对于人工压制页岩，在粘土矿物含量（20%）一致时，盐溶液贯穿龙马溪组页岩孔隙时间平均长90.11%，平均渗透率低99.14%。（4）在粘土矿物成分一致时，盐溶液在人工页岩中的渗流规律与龙马溪组页岩的一致性较好，但对于实际渗透率和渗流时间、表征系数与真实页岩相差大于90%。（5）针对龙马溪组页岩，提出了基于水活度的单位距离渗流时间模型，以及不同盐溶液的水活度-渗透率规律。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供较好的理论和技术基础。

摘要:传统的地热井井身结构不适用于利用二氧化碳爆破技术进行干热岩储层建造，因此本文基于二氧化碳爆破致裂技术建造干热岩储层的新型井身结构工艺进行了进一步探究。结合该工艺水平井段（炮孔）钻进过程实际工况，对钻井后水平井段（炮孔）附近干热岩储层的物理力学性质变化规律及储层温度分布特征进行了岩石力学实验和数值模拟研究。研究结果表明钻井液降温产生的热应力作用是储层岩石性质发生变化、出现热损伤区的主要原因；冷却过程中炮孔附近储层呈现出“快速降温区-平缓降温区-未降温区”的区域性温度分布特征；储层初始温度和冷却时长对快速降温区温度分布以及热损伤区范围影响较大。本研究可以为二氧化碳爆破致裂干热岩储层建造提供理论指导。

摘要:天然气水合物储层具浅埋藏、弱固结、低渗透、高泥质、非均质等特点，钻采过程中易出现严重的出砂问题，是制约天然气水合物安全高效开采的“瓶颈”之一。现有的天然气水合物储层防砂技术主要来源于常规油气开采中常用的防砂方法，防砂精度控制和稳产增产矛盾突出。为此，本文提出了一种天然气水合物储层超声雾化防砂排水采气方法，配合挡砂介质在有效防住10 μm以上砂的同时，将水雾化成5 μm左右的小水滴产出，降低水的携砂能力并加速水气产出，进而实现连续排水产气。基于该方法搭建了简易实验模拟评价装置，进行了初步的模拟实验。实验结果表明该方法具有一定的可行性，水气可以通过雾化片的锥孔不断产出。但是由于储层砂中还存在大量直径小于雾化片锥孔直径的泥质成分，雾化装置还需针对泥质成分的存在做进一步优化，否则泥质成分将堵塞在雾化片锥孔附近降低雾化片的振荡频率，造成排水产气的中止。这些初步的工作可以为天然气水合物储层防砂增产提供新的思路。

摘要:为探查容城西部斜坡带地热田地热资源，揭露容城西部寒武系、蓟县系完整地层，中国地质调查局在雄安新区容城部署了地热勘探井D21井。该井设计井深3000 m，完钻井深3083.74 m。本文介绍了D21井钻遇地层情况、井身结构、钻探施工技术和抽水试验过程。总结了取得的钻探技术及成果。D21井获取了寒武系和蓟县系热储层水文地质参数，为容城西部斜坡带热储构造发育提供地质依据，服务于雄安新区地热开发规划。

摘要:ZK2井是重庆市秀山县的一口地热井，在钻进至1674.28 m已达到设计目的层娄山关组，而产水量未达到目的要求。为了增加产水量从而达到旅游开发的目的，根据地质资料和地质手段重新寻找新的含水靶区，并确定了在1674.28 m以深井段采用定向钻进的方案，用随钻测井仪配合弯螺杆，并以滑动钻进与复合钻进相结合的钻进方式调整井斜和方位，从而顺利钻至目标含水靶区内实现了增产增温的目的。

摘要:冲击钻进取样是支撑生态地质调查中松散地层优质高效、原状无污染取样的有效手段，但目前常见的便携式冲击取样钻机采用汽油机驱动，不能较好地适应安全生产与绿色勘查的发展要求。鉴于此，本文研制了一种以锂电池作为动力源的便携式电动冲击取样钻机及配套工具，详细介绍了钻机的电动冲击器、控制器、锂电池动力源及配套的取样器、锂电池液压起拔器的设计选型过程，并开展了钻机取样试验。实践证明该钻机及配套工具轻便可靠，可以实现5 m以浅松散地层的安全、高效、零碳排取样，是践行绿色勘查理念、推动浅层钻探装备电动化升级的有益尝试。

摘要:针对我国地质岩心钻探钻机培训的现状，综合分析国内外虚拟现实可视化现状，结合虚拟现实技术、Unity3D游戏引擎以及利用实物教具开发了一套区别于现有钻机仅限于钻机基本功能培训操作的模拟实训平台。平台由实物模型、可编程控制器、虚拟场景组成，本模拟实训平台一方面模拟操作钻机的相关动作；另一方面显示钻进过程中的相关数据，使学员熟练掌握钻进规程参数、孔内复杂事故的判断、预防和处理方法。经过多个虚拟场景的控制和实验测试，平台可稳定运行，学员可直观感受被控对象的运行，增强现场体验感，加深对地质岩心钻探的认识，降低了同程度下的培训成本。

摘要:声频动力头的隔振是保证其能否安全稳定工作的关键，本文基于单自由度系统有阻尼受迫振动理论建立了动力头隔振机构受迫振动模型，发现隔振橡胶刚度k、阻尼c以及施加外部激励力频率w等是影响动力头隔振性能的主要因素；在此基础上建立动力头的动力学模型，对其进行振动特性仿真研究。研究结果显示，动力头的隔振传递率与外部施加的激励力频率成正比，与隔振弹簧刚度成反比，与隔振弹簧阻尼成正比，且当弹簧刚度增大到一定值时，隔振传递率趋于定值。因此在实际工作时，可通过适当提高外部激励频率，隔振弹簧选择刚度较小、阻尼较大的橡胶材料等方法，以提高动力头隔振性能。研究结论可为设定声频钻机工作频率、优化设计动力头隔振机构等提供参考。

摘要:车装全液压钻机具有自动化程度高、工艺适用范围广、机动性好及施工效率高等优点，因此被广泛应用于煤层气抽采井、水井等钻井施工。桅杆作为钻机的重要构件，支撑着动力头的回转钻进工作，桅杆工作振动的稳定性对钻机工作的可靠性具有十分重要的影响。通过对桅杆进行模态分析，明确了桅杆的固有频率和模态振型，结果表明桅杆可能发生共振现象；通过对桅杆进行拓扑优化分析，并且根据桅杆的实际功能，得到优化模型，静力分析和模态分析结果均表明优化效果显著，满足结构强度要求且避免了共振的发生。桅杆的有限元分析，为桅杆的结构设计提供了理论支撑，同时提供了一种现代机械结构设计方法，具有一定的参考意义。

摘要:本文主要针对一种新型的可以保留钻杆旋转自由度的机械手，研究其运移钻杆时的稳定性和安全性是否满足要求。该机械手通过蓄能器提高了停泵保压效果，通过滚轮结构保留了钻杆的旋转自由度。本文建立了机械手的多体动力学模型及配套的液压控制回路，并进行机-液联合仿真分析。在分别改变钻杆直径和液压回路压力的条件下，观察机械手夹紧效果。通过仿真得到了钻杆的夹紧力变化曲线及钻杆重心位置变化曲线，确定了液压系统的许用压力范围，并验证了单机械手夹持状态下钻杆运移平稳性满足要求。

摘要:气举反循环钻进工艺具有钻进效率高、工艺配套简单、孔内干净等特点，广泛应用于工程实践中。但由于配套的双壁钻具结构设计主要依据经验进行，在理论研究方面不成熟，导致对工程应用中出现的问题缺乏深度分析。文章借助数值模拟研究方法对气举反循环技术中双壁钻杆环形空间与气水混合器两个重要部件的流场速度与压力特征进行数值仿真。结果表明：减少双壁钻杆环形空间的变径或增加变径长度更有利于减少压力损失和能量损耗，气水混合器完全对称的进气孔结构更有利于上返速度的均匀性，减少堵塞问题的发生。研究结果可为气举反循环钻具的设计及解决实际工程问题提供参考。

摘要:跟管钻进技术是解决复杂地层钻进的有效方法之一，针对跟管钻进过程中内外管环空间隙卡阻、钻具受力复杂、能耗大和套管连续下入深度有限、深孔干热岩花岗岩在热应力作用下破碎卡钻等技术难题，本文创新设计了一种双孕镶金刚石钻头跟套管连续钻进机构。理论分析表明：双钻头同心回转钻进岩屑小，避免内外管卡阻，极大地改善了钻具的受力状态，降低了钻具发生断裂的风险；内钻头通过齿轮啮合方式带动外钻头独立回转，相较于常规跟套管钻进能量消耗降低29.29%；外钻头采用高胎体交替式结构，有效避免了钻井液局部循环现象的发生，从而提高了套管连续下入的深度。该机构设计为跟套管钻进技术提供了一种新思路。

摘要:西藏甲玛3000米科学深钻项目是青藏高原固体矿产调查领域首个3000 m科学钻探项目，本文介绍了西藏甲玛3000米科学深钻的施工概况及所采用的关键技术。通过采用HXY-8VB型变频手自一体钻机、偏心纠斜钻头、自修正防弯钻具、“钻扩一体”钻头、环保冲洗液体系等工艺措施，解决了高原特深孔施工中的机具选型配套、孔深轨迹控制、复杂地层取心、绿色勘查等一系列施工技术难题。终孔孔深3003.33 m，创造了青藏高原小口径固体矿产勘查孔深纪录，为该地区深孔矿产成矿理论研究及资源勘查提供了详尽的实物资料，同时，也为高原特深孔钻探施工提供了技术借鉴。

摘要:南岭科学钻探NLSD-1孔位于赣南地区、武夷北东向构造带和南岭东西向构造带的交汇位置，钻遇岩层层理、板理、构造裂隙及劈理发育，钻孔内软硬互层、破碎带频繁出现，多处岩浆岩侵入，地质因素造成钻孔自然弯曲严重。为保证钻孔垂直度，采用了绳索取心式液动锤钻进、塔式绳索取心钻具钻进，以预防钻孔偏斜。遇强促斜地层，钻孔防斜技术工艺无法控制孔斜时，则采用定向钻进技术进行钻孔纠斜及侧钻，以达到人工干预钻孔轨迹的目的。经分析和研究，所采用的钻孔防斜和纠斜技术在深孔复杂、强促斜地层具有显著的防斜保直效果。

摘要:宁强县中坝外围预查区岩心钻探ZK1102钻孔地层裂隙发育，钻孔漏失严重。由于送浆时间不足，冲洗液未到达孔底即开始钻进，导致钻孔发生严重烧钻事故。烧钻事故发生后，通过尝试传统起拔、旋转等方法均无效后，结合便携式全液压钻机装备特点和地层条件现状，在能够确保找矿成果和事故处理的安全性、经济性以及可靠性的前提下，进行科学分析研判，甄选出了最佳事故处理方案，即利用BTW钻杆连接水力割刀切割事故段钻具，而后下入NTW钻具连接磨铣钻头研磨剩余钻具钻头，高效、经济、稳妥地解决了烧钻事故。在水力割刀实际应用中，分析总结了在不同操作顺序和切割参数下切割失败的原因，为施工人员积累了丰富的经验，为烧钻事故顺利处理打下了坚实的技术基础。本文对利用水力割刀处理岩心钻探烧钻事故进行了积极探索，为其他地区使用水力割刀处理类似复杂钻孔事故提供了参考。

摘要:基岩复杂地层因其地层稳定性差，易出现塌孔、掉块、缩径和漏失等问题，严重影响着水井钻探工程质量和钻探效率。膨胀管技术是解决复杂地层护壁技术难题的有效措施，但常规的膨胀管技术成本高、工艺复杂，不适用于水井钻探成井工作，基于此开展了封隔器式膨胀管技术研究工作。该技术使用封隔器作为膨胀机构，使薄壁金属管在目标层段胀开并紧贴井壁，达到护壁、堵漏和套管补贴的目的。本文介绍了膨胀管系统研发与施工工艺，并实施了膨胀管护壁与套管补贴修复现场试验，实现了膨胀管技术在水井钻探成井领域中的首次应用。

摘要:砂卵石地层具有地层结构松散、透水性高、粘聚力小、自稳能力差等特点，往往为工程施工带来许多难题。为了更好地研究砂卵石地层非开挖顶管施工时地表的沉降规律及相应的控制措施，以成都市华阳、万安、正兴片区雨污水管网W31-W32顶管段为研究对象，采用工法比较、数值模拟与现场实测相结合的方法，提出了适用于砂卵石地层地表沉降的控制措施。研究结果表明：在砂卵石地层中，采用袖阀管注浆加固管周土体与高压旋喷桩加固洞门的措施是合理有效的，加固后地表沉降量相较于未加固时降低了48.1%，洞门处的地表沉降量降低了51.1%，满足了地表沉降控制要求，验证了地层加固措施的效果，可为后续类似的非开挖顶管施工提供借鉴。

摘要:高海拔地区实施非开挖水平定向钻进时，裂隙发育地层的泥浆漏失不仅会影响泥浆的有效循环，还会形成大量的岩屑床，导致钻具过度磨损、摩阻异常增大、有效孔径减小等问题。针对西藏某地钻遇花岗岩裂隙，采用近景摄影测量技术对其进行量化表征，得到该区裂隙地层的缝宽<4 mm；提出采用玄武岩纤维作为裂隙封堵主剂，并建立随钻玄武岩纤维堵漏配方体系，实验结果表明：采用3、6和9 mm多级组合的玄武岩纤维堵漏效果最好，3 mm纤维复合惰性材料形成骨架结构，6和9 mm纤维可发挥一定强度的“加筋”作用。现场随钻实验结果表明：采用玄武岩纤维堵漏后，泥浆中固相含量下降幅度减少了13.14%，有效保障了长距离裂隙山体的有效、绿色、安全钻进。

摘要:地热资源的开发利用对减少CO₂排放和抑制全球气候变化能起到积极的作用。目前，国内浅层地热能地下换热主要有地下水换热系统和地埋管换热系统2种方式，其共同优点是能源利用系数高、安全稳定、零污染排放等，但在换热效率、开发利用条件、空间占用等方面各有利弊。本文叙述了浅层地热能地下换热系统适宜性评价指标，结合郑州市浅层地热能示范工程建设项目，分别进行了抽水与回灌试验、岩土热物性参数测试、地层热响应试验等现场试验，对浅层地热能2种换热方式的适宜性进行了分析比较，得出建设区岩土具有较高的导热系数和容积比热容，有利于热量的传导与保持；但区域水位埋深浅，现场试验回灌量仅107.37 m³/d，回灌能力较差。相比之后，优化设计并选择了更适用于建设区浅层地热能开发利用的地下埋管换热系统。

摘要:污染场地土壤地下水的勘查需要同时满足取样和建井需求，中空螺旋半合管具有一定的自攻性，能够在获取低扰动土壤样品的同时建立地下水监测井。本文首先分析了中空螺旋的技术特点，同时基于直推式环境取样装备，提出中空螺旋半合管直推取样建井工艺，并在砂土相对密实度为0.46~0.83（12~16 m）的第四系砂土类地层进行项目试验。试验结果表明，该工艺能够有效解决传统直推取样工艺在土壤密实区域难以到达预定深度的难题，且岩心采取率>90%，是一种值得推广的环境取样技术。