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。

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。

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。

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?185 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

摘要:地热井开采过程中井筒热流体造成的瞬时高温条件下，对套管的力学性能有较大的影响。本文基于套管-水泥环-地层岩石稳态热传导数学模型计算井筒温压场，建立中深层地热开采放热与套管相互作用力学评价的数学模型，并对地热开采放热对套损的影响进行有限元计算和试验模拟，得到以下结论：在地热开采井筒放热作用下，使套管产生了较大的椭圆度，削弱了套管的抗挤强度。当内压达到90 MPa、套管内温度为30 ℃时，在地层径向压力不等的情况下，内壁面应力分布极不均匀，应力最大差值为560 MPa，应力沿周向分层分布，受到地层径向压力大的一侧出现大范围的应力集中区域。随着温度的升高，套管的位移云图变化不大，最大位移值略有增加。当温度达到120 ℃后，套管处于较为恶劣的热力环境，热应力的变大导致套管塑性变形严重，同时内压增大到120 MPa时，套管内壁整体呈高应力状态，更易导致壁面出现塑性破坏。研究成果对研究地热开采放热对套损的影响规律，对评估套管的受力环境、水泥环强度、水泥环微间隙宽度等参数提供指导意义。

摘要:新一轮找矿突破战略行动对钻探技术提出更高要求，利用浅钻技术在浅覆盖区进行快速查证是重要的技术手段。多工艺钻探可以为复杂地层钻探施工提供绿色高效的钻探技术支撑。围绕这一需求研制了TGQ-200RC型多工艺自动化钻机，制定了钻机的总体方案，研制了多工艺动力头、夹持拧卸装置、6自由度移摆管机构、车装集成式液压储杆库、电液控制及参数监测系统等钻机主要部件，规划了自动加减钻杆过程中多机构协同动作控制流程。实钻试验表明，TGQ-200RC型钻机钻进效率高，取样质量好，具有多工艺、机动化、自动化、数字化等特点，单次自动加减钻杆平均用时约90 s，配合无线遥控可实现孔口无人操作，有效降低劳动强度，提高施工安全性。TGQ-200RC型多工艺自动化钻机可以为构建绿色、高效、经济的快速查证钻探技术体系提供坚实支撑，为推动国内浅层钻探装备自动化升级提供有益借鉴。

摘要:随着近年来矿产资源勘查要求的提高，岩心钻孔的深度及地层复杂性也不断加大，为能精准的钻遇靶区矿体以实现地质目的，对钻孔轨迹控制的要求越来越高。雪峰弧构造带部分工作区地层倾角大、软硬交替频繁、地层破碎，实际施工中地层造斜情况严重，随着孔深增加导致终孔轨迹与靶区矿体偏差较大，影响矿产资源勘查的精度和质量。通过对该工作区地层造斜情况的深入分析，在ZK1001钻孔绳索取心钻进施工中采用初级定向孔技术和满眼钻具工艺，大幅度提高了钻孔孔身质量，较好地实现钻孔轨迹控制。并通过试验不同的岩心钻具组合，提出了满眼钻具组合的优化意见和建议，为工作区岩心钻孔轨迹控制提供技术参考。

摘要:小秦岭金矿田3500 m特深孔（ZK001孔）位于河南省灵宝市，是小秦岭构造带上深部探测的第一口全孔连续取心特深钻孔，该钻孔地层岩性十分复杂，软、硬、碎地层交互出现，护壁极其困难，钻进中伴随孔壁坍塌、掉块、水化分解造浆、高地应力断层泥缩径和微裂隙失水等多种复杂工况。本文针对地层变化调整冲洗液体系，上部采用低固相冲洗液，下部采用低固相聚合物防塌冲洗液体系，不断优化冲洗液配方，及时维护调整性能参数，有效解决了孔内各种难题。为小秦岭地区提供了一种可靠的深孔岩心钻探冲洗液技术。

摘要:川马页1井为部署在四川省马边地区的一口页岩气参数井，该井在钻进至3437.58 m时出现井内复杂，在第一阶段处理无果后对其进行了注水泥封井。针对川马页1井的复杂情况，提出了三开裸眼段侧钻方案。在分析了近钻头位置侧向力影响因素的基础上，结合实际情况优选了侧钻点、侧钻方式和侧钻钻具组合，确定了侧钻技术措施。经过2次侧钻施工，克服了邻井资料缺乏、侧钻深度大、地层复杂易垮塌、侧钻井段井温高、地层强度高、原井眼井斜小、侧钻方位限制等施工难点，最终侧钻出新井眼并钻达预定井深。为该地区后续钻井施工与复杂处理提供了借鉴。

摘要:井筒岩屑床堆积是制约水平井安全高效钻井的主要因素之一，研究表明环空钻井液螺旋流动能够有效提升岩屑清除效率。为此，应用CFD数值模拟与实验的方法设计了一种能够产生环空螺旋流的岩屑床清除工具并进行了现场应用，结果表明：V形叶片对岩屑运移的促进效果及对岩屑床的扰动能力均要强于螺旋形和直棱形叶片，是产生环空螺旋流的首选结构形式；V形叶片的叶片长度存在最优区间，叶片高度越大效果越好，叶片数量影响较弱；现场应用表明岩屑床清除工具在强度、硬度及叶片耐磨性均满足页岩气水平井现场作业要求，工具可随钻破坏并清除岩屑床，结合起钻过程中对岩屑床堆积重点井段进划眼作业，可将顽固性大颗粒岩屑床破坏清除，有效改善井眼清洁效果。

摘要:煤矿定向钻杆在孔内受弯曲、扭转、振动及拉压等各种载荷作用，施工过程中经常出现钻杆断裂事故，应力集中是造成钻杆断裂的重要原因之一，研究钻杆接头螺纹的应力分布对预防钻杆断裂具有重要的意义。本文以电阻应变测量为基础，搭建定向钻杆全尺寸实物应力测试实验平台，对钻杆接头进行了拉伸应力实验，并将各个实验数据绘制成应力分布曲线。研究结果表明：钻杆公接头应力大于母接头应力，公接头和母接头的最大应力均在齿3的位置。通过应力分布趋势和各齿应力值的方式验证了仿真模型的正确性，提供了一种验证钻杆仿真模型正确性的方法。本研究的实验数据和应力分布曲线为钻杆有限元仿真提供了可靠的数据支撑。

摘要:随着我国对深部地质资源勘探开发的不断深入，深部矿藏已成为地质找矿工作的重点。在深部找矿钻探过程中，高陡构造地层直井段保直问题，是一直困扰钻井技术人员的一个主要难题，严重影响深部矿藏的勘探效率。在易发生井斜段，单弯双稳螺杆钻具是最常用的防斜纠斜钻具组合。本文基于纵横弯曲梁法和平衡趋势原理建立底部钻具组合力学模型，通过模型分析各个因素对纠斜能力的影响规律，结合正交试验设计方法，确定主控因素；最后，基于多目标优化理论，建立防斜打快钻井控制参数多目标优化方法，获取最优参数组合。基于上述研究，形成一套防斜打直优化设计方法，提高高陡构造地层直井段钻探效率，推动深部矿藏的高效、低成本钻探和开发。

摘要:广西苗儿山地区铀矿找矿潜力巨大，但局部地区地层复杂，存在大厚度水敏性地层及破碎地层，钻探施工中频繁遇到孔壁坍塌及钻孔超径等难题，导致孔内事故频发，严重影响施工进度。因此，对该地区水敏性岩心进行了矿物成分和微观特征分析，分析结果表明水敏性地层含有大量蒙脱石、高岭石、水云母等粘土矿物，且微裂隙发育，水化膨胀严重。针对以上问题，通过室内实验评价，优选了新型成膜护壁材料，进一步研制了护壁性良好的成膜护壁冲洗液体系，其最优配方为：5%成膜A剂+3%成膜B剂+1.5%改性沥青+1%随钻堵漏剂+1%封堵剂+0.6%增粘剂+0.2%包被剂。该冲洗液API滤失量为5~8 mL，相对膨胀降低率达到87%以上，可有效抑制水敏性岩心水化膨胀，护壁效果明显。该技术在苗儿山地区3个试验钻孔成功应用，顺利钻穿水敏性地层，未发生岩心分散、孔壁坍塌等问题，取得了良好的应用效果，初步形成了针对该地区水敏性地层的成膜护壁冲洗液技术。

摘要:华北平原某地铁区间风井盾构接收端头所处地层从上到下主要为粉质粘土、粘质粉土、粉细砂，且地下水位高，流动性强。接收端头经高压旋喷注浆加固后水平探孔发现仍然存在涌水涌砂风险，盾构机刀盘在破除洞门时极易发生洞门间隙处涌水涌砂。为保证盾构机顺利贯通出洞，采取地表袖阀管注浆的方式，采用GX改性硅灌浆料固结粉细砂，对区间风井接收端头富水粉细砂地层进行针对性的补强注浆加固。经过处理后盾构顺利出洞，未发生涌水涌砂。

摘要:在各种钻探方法中，液动冲击回转钻进具有效率高、质量好、回次长、事故少、成本低等优点，而液动潜孔锤又是液动冲击回转钻进的技术核心。本文梳理了各种液动潜孔锤的结构特点及其与绳索取心钻具、孔底动力钻具相结合衍生的各种钻具，简要介绍了这一技术的典型应用案例，总结归纳了其下一步发展方向和技术难点，以期普及液动锤的应用，促进液动冲击回转钻进技术的进步。