摘要:与其他主要的可再生能源相比，地热能是唯一能够提供基本负载电力的能源。干热岩是指不含原生水或含少量水的高温深部岩体，可通过水力刺激改造形成增强型地热系统储层，从而提取数量可观的地热能。干热岩型地热资源的开发面临两方面主要技术挑战，一是花岗岩和玄武岩等极坚硬岩石对机械钻速的限制，二是钻井所处地层温度超过随钻测量和旋转导向等工具电子设备的运行温度上限。近年来，美国能源部资助的FORGE计划犹他州项目为测试新的钻头技术和优化钻井作业流程提供了机会，以逐步提升机械钻速并降低钻井成本。本文综述了美国能源部地热技术办公室近年发展规划中对地热钻井技术研发的部署，重点分析了犹他州项目在钻井实践过程中对基于物理限制因素重新设计的工作流程的应用，总结了美国能源部围绕地热钻井技术开展的多次规划编制以及部署实施的相关项目涉及的主要领域，以及犹他州项目在探索和实践钻井作业流程优化方面取得的认识。

摘要:随着我国油气对外依存度逐渐加剧，致密油气、页岩油气等非常规油气能源成为了我国能源发展的重点方向。井工厂压裂技术因其可以改造低渗透性地层、大幅降低施工成本、缩短施工周期、提高设备利用率、节约用地而被广泛应用于非常规油气开发之中。本文在论述井工厂压裂技术发展现状的基础上，介绍了丛式水平井的井筒走向、水平段长度、井筒间距等井网部署特点，统计分析了水平井分段分簇的裂缝长度、簇间距和射孔簇数等关键技术参数特点；介绍了丛式水平井井工厂压裂常用的压裂方式，包括双井同步压裂、双井拉链式压裂和多井组合压裂等，对比分析了各种压裂方式的利弊。建议有针对性的发展立体井网井间裂缝干扰预测、井丛压裂孔簇设计等理论，为我国非常规油气储层井工厂压裂技术发展指明了方向。

摘要:针对高寒和干旱极端生态环境水循环变化对国家生态安全的重要性，需要开展水循环关键参量监测设备与技术研究。本文重点围绕水循环关键参量野外原位/移动/非接触式、自动、稳定监测等技术难点，开展了一系列监测生态系统水-土-气-冰-雪的关键参量的新技术设备研究。通过构建基于物联网的天地一体化生态系统监测体系，打破行业技术壁垒，促进工程技术、地质学、计算机科学等不同领域的跨学科合作，共同开展极端生态环境水循环关键参量监测技术研究与创新，并将实现对重要生态功能区的大范围、全天候、立体化监测，对推进我国生态文明建设具有重要支撑作用，促进并实现我国生态监测技术的综合应用和发展。

摘要:直推钻进技术具有无冲洗介质、速度快、扰动小等优点，但是易受到有机污染场地土体工程性质差异等因素干扰，造成钻孔倾斜等现象。有机污染物会改变土体微观结构，导致土体工程性质发生变化，进而降低直推钻进取样点位精度。选取典型的有机污染物甲苯和四氯乙烯，制备不同污染浓度（甲苯浓度：75、120和672 mg/kg；四氯乙烯浓度：11、53和183 mg/kg）的土样来模拟钻遇的有机污染地层。通过XRD、扫描电镜、接触角和低温氮气吸附脱附试验探究土样在不同有机污染物浓度影响下微观结构的变化规律。SEM图像分析与氮气吸附脱附试验结果表明：甲苯、四氯乙烯对土样的包裹作用和化学破坏作用会让土颗粒团聚、比表面积减小、小孔隙数量明显增多、土体孔体积减小；其中粘粒含量最高为30.28%的2号土样在受672 mg/kg甲苯和183 mg/kg四氯乙烯污染后比表面积分别减小了30.70%和33.40%，Pearson相关系数r=0.382说明粘粒含量与比表面积减小率存在一定的正相关性。由于非极性分子甲苯、四氯乙烯对土颗粒的包裹作用，隔绝了土样的亲水性基团，导致土样亲水性变差、接触角增大。本研究表明有机污染物会导致土体微观特征的改变，最终会导致有机污染地层非均质性增强，进而会对直推钻进轨迹产生影响。

摘要:以潇水某盾构掘进工程段为案例，研究解决岩溶地质条件下注浆材料配比的关键问题。在试验前期使用粘土、砂石和水泥等原料开展了一系列预实验，在此基础上通过就地取土的方式进行膏浆配比因素的正交试验。试验结果表明，干土和水胶比是对膏浆抗压强度影响最大的因素；膏浆坍落度的主要影响因素是水胶比，而干土和砂的掺量对坍落度的贡献相当；在抗压强度方面，贡献度依次为水胶比>干土>砂。综合考虑膏浆性能参数和经济性，建议选用6号（A2B1C3）膏浆作为本次施工的填充注浆材料。研究结果表明，利用施工现场的粘土和机制砂制备膏浆可以满足设计院对岩溶填充材料的性能指标要求。

摘要:藏东贡觉县高原浅丘红层区降雨条件有限，泥石流发生、发展主要受控于物源条件及沟道条件，属“物源控制型”泥石流。通过地质调查及统计分析的方法，详细分析了泥石流形成条件、形成机制及活动特征，得出了以下结论：流域面积<1.0 km²、沟道纵比降100‰~300‰的沟道容易发生泥石流；受构造、冻融风化及含石膏岩的影响，泥石流物源相对丰富，物源类型以坡面侵蚀为主，具有“点多面广”的分布特征，补给形式表现为“零存整取”的特征；受控于物源补给形式，泥石流形成主要包括：坡面冲刷起动→沟床汇聚堆积→揭底侵蚀3个阶段；受物质来源的影响，区内泥石流流体性质以粘性-过渡型为主，泥石流具有多期次、中低频率、单次泥石流规模较小的活动特征。

摘要:为全面发展“人防+技防”的地质灾害防治技术体系，构建以普适型监测仪器为主的地质灾害监测预警体系，以云贵高原地区中的云南省保山市大园子滑坡为例，详细介绍了滑坡从方案设计到数据筛选及模型设计等各环节，主要选取降雨、位移变形和裂缝三类参数模型在监测预警体系中的应用，通过采集地质灾害体的关键信息，优化监测预警模型及调整阈值，及时捕捉地质灾害体的变化信息，依靠平台判据模型自主触发预警，完成了普适型监测预警体系建设的关键环节，从而实现了普适型监测预警的效果，极大的提升了地质灾害防治体系的自动化和智能化能力。

摘要:裸露型岩溶区岩溶强发育、水文地质条件复杂，受污染的地下河系统通道隐蔽性强、污染防治难度大。本文以坪桥地下河系统污染防治工程为例，在近污染源的主径流通道实施“地下水防渗帷幕+污水抽排”工程措施实现近源截排。施工面临岩溶破碎地层易掉块卡埋钻、钻效低及岩溶强发育段浆液扩散距离远等难题。通过配备适宜的钻进工艺，采取纯压式灌浆、水泥砂浆灌填溶洞、低压限量及速凝浆液灌注等灌浆控制措施，保证了工程进度质量，实现了源头治理污染地下水的目的。“近源截排”对类似水文地质条件下地下水污染防治提供可借鉴的地学治理模式。

摘要:激光钻进采用气体作为循环介质进行清孔，合理的气体流动特性是高效清孔的保障，气体喷嘴是影响气体流动特性的直接因素，其结构设计不合理会严重影响激光钻进的效率。针对激光钻进实验平台中的气体喷嘴，构建喷嘴基本型态，对影响气体清孔效率的喷嘴结构尺寸进行分析，制定仿真方案，通过Fluent模拟气体流场，对清孔效果进行分析，采用神经网络分析喷嘴结构及仿真结果，训练神经网络模型，得出最佳清孔效率时的喷嘴结构参数并进行验证，为喷嘴结构设计提供参考。

摘要:钻屑是在钻井工程中产生的一种固体废弃物，通常利用水泥对其进行固化处理。然而，水泥的生产过程伴随着大量二氧化碳的排放，这不仅增加了温室气体的排放量，也对环境保护造成不利影响。针对上述情况，本文提出了微生物诱导碳酸镁沉淀固化钻屑新方法。微生物诱导碳酸镁沉淀固化钻屑力学性能研究表明，固化体的强度随着含水量和尿素浓度的增加而降低，随着活性氧化镁浓度和养护时间的增加而升高。最低强度0.21 MPa，最高强度3.5 MPa，充分说明了优选配比的重要性。FTIR、XRD和SEM等表征结果发现，微生物诱导碳酸镁沉淀产物为玫瑰花状水菱镁石（4MgCO₃?Mg（OH）₂?4H₂O）和针状水碳镁石（MgCO₃?3H₂O）；产物以致密的碳酸盐网络状结构将松散的颗粒胶结成结构完整的固化体，从而阐明了微生物诱导碳酸镁沉淀固化钻屑的作用机制。

摘要:天然材料因其易降解、环境友好、来源丰富和价格低廉等优势，成为环保型钻井液处理剂研发的重要方向。在天然柚子皮的基础上，通过化学合成引入酰胺基和磺酸基，形成了一种可满足高温地层绿色、安全、高效钻进的改性柚子皮降滤失剂，并对其抗温性、抑制性和抗盐抗钙性能进行了评价。柚子皮富含植物酚和聚糖等活性成分，改性后的柚子皮抗温能力强，在150 ℃的滤失量降低率超过70%；滚动回收实验结果表明，在加量为0.3%的情况下，其抑制效果优于KCl；抗污染实验表明，改性柚子皮降滤失剂抗盐抗钙效果好，0.3%的加量下，在淡水基浆、盐水基浆、饱和盐水基浆中均能使滤失量保持在10 mL以下，在CaCl₂含量为3%时，滤失量降低率达到82.22%。改性后的柚子皮具有良好的降滤失性能，为环境友好型钻井液处理剂的开发提供了新的技术思路。

摘要:干热岩（HDR）是一种清洁可再生能源，主要通过增强型地热系统（EGS）进行开发。在EGS工程中，无论是注入井还是生产井的建设都需要采用地热钻井技术，而高温高压钻井过程中地层破裂、井壁坍塌等现象是干热岩钻井施工面临的重要问题。在温差作用下，岩石的矿物颗粒由于其热膨胀、冷收缩特性的差异性，矿物颗粒之间产生温度应力，导致岩体发生热破裂。本文借助RFPA数值模拟软件，对干热岩开采过程中井筒花岗岩冷冲击作用下的裂纹扩展进行研究。结果表明：井筒模型在冷冲击过程中，岩石表面拉应力随着冷冲击时间的增加，先升高至峰值后缓慢下降。裂纹扩展可以大致分为前、中、后期。冷冲击前期，井筒周围出现环形拉应力区，开始出现均匀的微小裂纹。冷冲击中期，随着时间的增加，拉应力区逐渐向井筒外围扩展，裂纹随着拉应力区向外扩展。冷冲击后期，拉应力大小逐渐降低直至小于模型抗拉强度，裂纹扩展速度减缓直至停止扩展。围压、井径、温度对井筒围岩冷冲击时的破坏损伤效果影响显著，其中，温度对冷冲击裂纹扩展起到促进作用，围压对冷冲击裂纹扩展起到抑制作用，井径对冷冲击裂纹扩展起到促进作用。

摘要:当前近水平定向钻孔轨迹测量位置滞后于钻头位置，无法实时获取滞后区钻孔轨迹实际参数，施工过程中控制轨迹时需要人工预测该部分轨迹并为下一步轨迹调整提供依据。为了降低人为因素影响，提高轨迹预测的准确性，基于BP神经网络建立了用于煤矿井下近水平定向孔轨迹控制的孔底空间参数预测模型。选取随钻测量仪器位置及其之前12 m范围的倾角、方位角等13个钻孔空间和轨迹控制参数，经过变换后作为输入参数，构建了一个具有11个输入参数和2个输出参数的4层BP神经网络预测模型，该模型以不同矿区的6个钻孔502组数据为训练样本，得到了网络预测模型参数，并将12组测试数据的预测结果与24名从业技术人员的经验预测结果进行了对比分析。研究结果表明：采用logsig激活函数和（9×6）节点的双隐含层BP神经网络模型，对孔底空间参数（倾角、方位角）的预测绝对误差平均值分别达到0.51°和0.68°，且预测误差服从正态分布，预测结果绝对误差平均值较从业5年以上的技术人员低了35%，现场应用效果较好，满足煤矿井下定向钻进轨迹控制的需要，并为定向钻轨迹智能控制提供了理论与实践基础。

摘要:PDC钻头在石油天然气钻井和地质勘探钻进中得到了广泛的应用，取得了很好的技术经济效果。但是，钻进中产生的PDC切削具非正常磨损，影响了这种先进方法的机械钻速和钻头进尺的提高。俄罗斯史密斯钻头（Smith Bits）公司研发了一种钻进过程中可以沿着自身轴线回转的ONYX切削具，抑制了PDC切削具的非正常磨损，具有创新性和实用价值。Нескоромных B.B.教授等对镶有ONYX切削具的钻头的结构和性能参数进行了分析研究。试验表明，这种ONYX切削具的耐磨性比常规固定式PDC切削具的耐磨性好，钻头钻进效果也比较好，俄罗斯正在积极推广使用，建议中国有关专家和部门对此进行研究和试验。

摘要:针对钻杆内壁结垢严重制约绳索取心安全、优质、高效实施的技术难题，开展了金刚石绳索取心钻进钻杆内壁的结垢机理与影响因素综合研究，结果表明：当钻具结构与钻井液性能一定的情况下，钻井液中的固相含量与颗粒大小是影响钻杆内壁结垢的主要因素。金刚石岩心钻进所产生的岩屑粒径在5~100 μm之间，总体偏细，难以依靠自然沉降清除。为此，研制了TGLW系列小型离心机，现场试验表明：该离心机可使钻井液中固相颗粒的峰值从5~80 μｍ降到3~10 μｍ，固相粒度中值从11.189 μm降到3.513 μm，固相清除率达90%以上，控制钻井液固相含量在0.5%以下，既维护了钻井液性能、又预防了绳索取心钻杆内壁结垢。

摘要:为了提高绳索取心钻杆的性能，对直连绳索取心钻杆的受力情况、结构特点以及传统处理工艺进行分析，提出了分区热处理的工艺。通过对两端进行热加工处理，使钻杆中间管体区域和两端热处理螺纹区域性能出现差异，提高两端综合强度的同时改善螺纹部分的受力状态，可使钻杆柱既具有高强度又兼具柔性，大幅提高钻杆机械性能以及耐磨性。其中调质硬度HRC33~38能在保证管体延伸率与正火、回火基本一致的情况下，强度提高37.7%，硬度提高40%，抗冲击性提高46.7%。调质硬度HRC38~42时，材料的耐磨性提高9.1%。更适合全液压钻机施工及深孔钻进，为钻探施工提供了钻机、钻杆配套性的优选方案。

摘要:油气井漏失是钻井中常见的问题，解决这种问题最常见的方法是利用水泥进行封堵。然而，普通水泥自重大易导致堵漏失败，低密度水泥由此在堵漏中得到了快速推广。应用中认识到低密度水泥与缓凝剂的适配性尤为重要，缓凝剂会严重影响水泥性能。针对上述问题，制备了一种低密度水泥用缓凝剂。红外和热重结果表明，缓凝剂的制备达到了理想效果，抗温性能为450 ℃。高温高压稠化仪测试结果显示，在120 ℃、68 MPa条件下，0.4%缓凝剂的缓凝时间为225 min，具备良好的缓凝效果。通过使用六速粘度计、稠化仪和无侧限抗压仪，研究了缓凝剂对低密度水泥浆液常规性能的影响，实验结果证实，不同浓度的缓凝剂对水泥的流变性和抗压强度不产生显著影响，温度的升高会缩短水泥浆液的稠化时间。制备的缓凝剂与低密度水泥一同进行了现场应用，结果证明，该缓凝剂效果优异，满足现场施工需求，值得进一步推广。

摘要:为研究井陉县奥陶系灰岩所蕴藏的浅层地温能，在井陉县的河谷内实施热响应试验钻孔一眼，测试了其岩土体物理力学、热物性参数及地温场特征，发现该地区10 m以深平均地温达到了16.77 ℃，夏、冬季工况测试条件下单位延米换热量分别为68.38、65.78 W/m。通过选取地下水位埋深、地下水流速等8项指标对井陉县进行了地埋管地源热泵适宜性评价，将评价区划分为较适宜区、适宜区和不适宜区，其中较适宜区面积为244.12 km²，占总面积的16.82%。在此基础上对较适宜区进行了资源潜力评价，计算了其资源潜力及节能减排能力。为了更好的验证井陉县奥陶系灰岩所蕴藏的浅层地温能具有开发利用价值，安装了相关配套应用工程及监测设备，监测了在不同工况测试条件下的耗能量，通过与普通家用空调耗能量进行对比分析，使用地埋管地源热泵年运行成本约为使用空调成本的55%，具备开发利用价值。

摘要:在钻探工程施工过程中，不可避免地会出现机械故障。采用故障树分析其原因是常用的方法之一。但工程施工中，往往数据不足或不注意保存这些数据，实际应用时难以赋值，只能进行定性分析。针对工程施工机械出现故障的模糊性和不确定性，用模糊数描述底事件的发生概率，提出一种基于三角模糊数的工程施工机械故障树分析方法。该方法通过专家、现场技术人员及操作人员的经验构造三角模糊数描述各底事件发生的概率区间，通过计算三角模糊数的中位数重要度，按重要度大小对故障原因排序，作为制定预防措施的依据。最后将其应用于长螺旋钻机成桩混合料堵管的原因分析，按模糊重要度对故障有针对性地制定预防措施。结果表明：重要影响因素排序与现场技术人员及操作人员的定性分析与判断相符。

摘要:近几年，锡铁山主矿带逐步进入深部找矿，在矿井下主要借助坑道钻探查明深部矿床分布与储量，在实施坑道钻探过程中面临机场硐室支护、破碎地层钻进、水敏地层护壁取心、涌水地层处理等挑战，如果处理不当会造成机场硐室掉块、坍塌，钻孔出现卡钻、埋钻、坍塌等事故，严重时造成钻孔报废，制约了找矿进程。针对上述复杂地层钻进技术难点，开展加强硐室支护、选择合理钻进参数、优化钻孔结构、制定复杂地层冲洗液配方以及使用速凝水泥封堵等技术措施研究，保障了坑道机场的施工安全，有效解决了该区多种复杂地层的钻进难题，降低了孔内事故发生率和钻孔报废率，提高了钻探效率和钻探质量，为后续相似地层钻探施工提供了参考。

摘要:近年来，作为入地最为关键手段的钻探所面临的地层越来越复杂，钻孔垮塌、掉块、缩径和超径等事故发生概率增加，严重制约了钻探工程质量与效率的提升。护壁堵漏材料是钻探工程不可或缺的关键性工程材料，护壁堵漏技术则是保证钻进工作安全、快速以及持续进行的重要技术环节，是复杂地层钻孔处理的主要内容。本文从科普的角度介绍了护壁堵漏材料的基本概念与组成、冲洗液护壁堵漏作用、水泥基材料护壁堵漏作用、护壁堵漏材料的进一步发展空间等，以期加深对护壁堵漏材料的认识，促进新型护壁堵漏材料的研发和应用。