摘要:在极地开展中深及深冰芯钻探项目，对获取古气候信息、揭示冰盖运动规律以及预测未来全球环境变化等方面均具有重要意义。从20世纪60年代开始，世界各国已经在极地完成了26个中深冰芯钻探项目和14个深冰芯钻探项目。目前，仍有Dome A、Beyond EPICA、MYIC、Dome Fuji和Hercules Dome等5个深冰芯钻探项目正在实施中，且俄罗斯正在筹划Dome B的深冰芯钻探项目。目前，我国仅实施过1个中深冰芯钻探项目，而深冰芯钻探项目的深度刚突破800 m。与欧洲、美国、日本和俄罗斯相比，我国在中深和深冰芯钻探技术领域施工经验少，装备自主化程度低，技术水平落后。为此，我国应积极研发具有自主知识产权的深冰芯电动机械钻具，加快实施Dome A深冰芯钻探工程，开展中深冰芯钻探及古老蓝冰钻探项目，突破冰层快速钻探和定向取芯钻探等关键技术，从而促进我国极地冰芯钻探技术的发展，提高在极地冰芯科学领域的影响力。

摘要:冲击回转钻进是一种重要的钻进方法，在地质钻探中得到了广泛应用。传统上，冲击回转钻进中冲击脉冲是垂直的，不是偏心的。俄罗斯专家提出利用偏心冲击产生的冲击脉冲来破碎岩石，以提高其破碎效果，这是一个新的理念，是一种创新。试验研究证明了偏心冲击回转钻进中，在岩石中不仅产生垂直正应力，还产生切向剪应力，有利于岩石破碎效果和钻进效率的提高。在偏心距E=1~2 mm冲击脉冲钻进粗粒玄武岩和大理岩条件下，机械钻速和钻头每转进尺比E=0 mm时都有大幅度的提高。此外，还研发了与之配套的偏心冲击回转钻进用钻头，并取得了发明专利，使偏心冲击回转钻进在地质勘探中的效果和作用得到了进一步的加强。建议中国对偏心冲击回转钻进进一步研究。

摘要:地下原位转化是油页岩工业化开发的必然趋势，自生热法是实现油页岩地下原位转化的一种复合高效加热方法。为探究预热阶段不同高温载气对油页岩自生热原位转化效果的影响，以我国吉林扶余地区油页岩为例，分别在预热阶段注入氮气、空气、蒸汽、二氧化碳4种高温气体进行数值模拟分析，对比最终油气产量和能量回收率的差异。以预热阶段注高温氮气组作为对照组，结果表明注高温空气、蒸汽和二氧化碳完成开采所需时间分别降低22%、39%、12%，最大能量回收率分别提高55%、86%、23%，总油收量分别降低5%、提高18%和降低11%。从开采完成时间、能量回收率及总油收量角度来看，注蒸汽预热效果最佳。因此，综合对比可得，注蒸汽预热的自生热开采方法可有效增大油收量、降低开采所需时间、提高能量利用率。

摘要:保压取心技术可以使取出的岩心保持在原位状态下，最大限度地减少岩心重要数据的丢失，进而准确获取地下矿产资源储量和地层参数。本文利用数值模拟研究保压取心钻具的球阀机构，探索其动力学特性，优化球阀机构，增加其密封可靠性。分析结果表明，随着关闭推力的增大，球阀关闭时间缩短，产生的振动增大，易造成密封失效，需选择较小的推力提高密封的可靠性；随着接触面摩擦系数的降低，产生的振动反而增加；翻转到位后球阀在30 MPa条件下，其应力、应变皆在球阀的许可范围内，满足使用需求。该项研究对于指导球阀机构的优化设计及提高其工作可靠性具有重要的意义。

摘要:地质钻探过程中面临着诸多挑战，其中井漏问题尤为突出，特别是在破碎地层中，井漏问题的发生频次更高。因此，研制适用于松散破碎地层的钻井液体系维持破碎地层快速钻进具有重要的实际意义。通过优化实验确定了适用于破碎地层堵漏的惰性材料及配方，采用水溶液聚合法制备了高吸水树脂（Super Absorbent Polymer， SAP），0~100 ℃条件下的吸水倍数在100倍以上；使用无渗透钻井液漏失仪对SAP的粒径及浓度进行了优选，0.3%的4~8目SAP为最优选择，最终优选出破碎地层堵漏钻井液体系配方：水+8%膨润土+0.1％黄原胶+0.6%HV-CMC+2%核桃壳+1%云母片+2%特种纤维+0.3%的4~8目SAP。该钻井液体系能够完全封堵10~20目砂粒充填床，在0.69 MPa压力下漏失量为0 mL，在0~60 ℃范围内具有良好的流变稳定性，表观粘度25~48 mPa·s、动切力6~18 Pa、API滤失量为7~11 mL、润滑系数0.311，在松散破碎地层堵漏中体现出了良好的应用前景。

摘要:随着以“慧磁”钻井中靶导向系统为代表的主动磁测技术的不断提升和应用范围的不断扩展，未来将更多应用在地热开发井、深部矿产资源勘探井等高温井中，高温会成为限制仪器在上述领域应用的“瓶颈”问题。为进一步提升“慧磁”系统的耐温性能，提出采用被动热管理方式，通过使用有限元方法对保温筒相变储热特性进行仿真计算，探究了吸热体最佳耦合长度并横向对比控温能力最佳的相变材料，分析了保温筒内部轴向温度和吸热体相态随时间变化情况。结果表明，上吸热体长度400 mm和下吸热体长度250 mm为最佳耦合长度，保温筒在150 ℃下工作6 h后，上吸热体相变潜热利用率96.7%，下吸热体相变潜热利用率70.5%，电路板最低温度63.48 ℃，低熔石蜡控温效果最佳。

摘要:四川灯影组已成为中国石化在四川盆地天然气增储上产、提升国家能源安全保障力度的重要层系。由于对超深层高温灯影组白云岩力学特性认识尚不清楚，常导致白云岩井壁失稳问题。通过开展25（室温）、100、150、180、200和220 ℃条件下白云岩的单轴抗压强度实验，揭示了白云岩单轴力学强度特征和变形特征。灯影组白云岩在一定温度范围内（100~220 ℃）将随着温度升高而表现出明显的脆性增强，认为这是灯影组白云岩峰值强度随温度升高而降低的原因。基于应变等效原理，建立了高温后灯影组白云岩损伤变形本构模型。对比研究表明：由本构模型绘出的应力-应变曲线与实验实测曲线对比，模型结果与实际情况吻合较好，模型能够充分反映不同温度下的灯影组白云岩损伤过程；该模型能够很准确地表征白云岩在不同温度下其强度参数和变形参数，可以为井筒稳定性分析提供更科学、更严格的模型，提高了重点区域超深—特深复杂地层地质认识及钻完井复杂故障防控能力。

摘要:套管下入过程中大钩载荷的预测是成功的关键因素之一，水平井由于其特殊的井眼轨迹，在下套管的过程中摩阻比常规井大。因此，准确地预测套管下入摩阻对水平井固井的设计和施工具有重要的指导作用。目前业界开发出了许多摩阻预测分析模型，并开展了相关理论研究及案例分析，常用的分析方法有软杆模型、刚杆模型和有限元法。后续学者使用各种理论方法在这3种方法的基础上建立了考虑套管多种受力情况下的摩阻分析模型，但是目前还没有相关研究针对现有模型算法进行汇总及优缺点分析，无法在具体应用时进行模型优选。因此，本文根据基础理论的不同，对目前下套管摩阻模型进行了归类分析，并探讨了下套管摩阻研究与预测存在的技术“瓶颈”与下步发展方向，以期为后续固井三维下套管摩阻分析深度融合发展提供指导和帮助。

摘要:泥浆举升离心泵作为无隔水管泥浆循环钻井的核心功能单元，作用是驱动储存在吸入模块中的泥浆携带岩屑沿上返管线回流至钻井平台。以往的无隔水管泥浆循环系统以圆盘泵作为举升单元，围绕圆盘泵做了具体的结构设计和理论分析，对于水力性能更好的多级离心泵研究较少。以多级离心泵作为研究对象，介绍其设计的理论依据及具体的参数，采用CFD-DEM耦合计算的方法构建离心泵的计算模型，进行了全尺度流场模拟，对离心泵的叶轮设计、流场和内颗粒分布规律、泥浆携岩运移规律进行了探讨。计算结果验证了离心泵在设计工况下具有较好的颗粒通过性。基于泥浆举升试验台，对离心泵样机进行了水力性能试验，测试结果表明该泵具有较好的工作特性，其水力性能达到设计要求，可以应用于深海无隔水管钻井作业。

摘要:针对水平定向钻进坚硬地层效率低的问题，通过利用FeCoCu预合金胎体的硬脆性以及硬质颗粒碳化硅弱化胎体的特点，提高钻头的自锐性。采用分层结构设计，将高、低耐磨性胎体层沿钻头径向方向交替排布，其中高、低耐磨性胎体层厚度分别为2.5~3.5 mm和1.0~1.5 mm，可实现高、低耐磨性胎体层同步磨损，提高钻进效率。将FeCoCu预合金胎体和分层式胎体结构相结合，研制的孕镶金刚石钻头成功应用于水平定向钻进勘察工程坚硬钾长花岗岩地层，平均机械钻速0.8~1.5 m/h，钻头使用寿命为30~40 m。与普通同心圆尖齿钻头相比，机械钻速提高约1倍，寿命提高30%以上。

摘要:大位移井钻进技术为大幅提高页岩气等非常规能源的开采效率提供了可能。然而，大位移井钻进过程中钻杆与井壁间的摩阻高，降低了钻进效率。解决当前大位移井或水平井钻井施工过程中摩阻大、托压严重技术难题的有效办法之一是在井下钻具组合中增加可产生振荡功能的减阻工具。但目前此类工具种类少，且普遍存在工作机理复杂、结构设计困难、工具压力过高的问题。因此，本文提出了一种压力低、无运动零部件的逆反馈式振荡射流压力脉冲减阻工具。对该工具开展了可视化实验与数值模拟研究，通过监测工具内部流场的演化阐明了射流振荡器的工作机理，结果显示压力脉冲的产生是由射流的附壁切换、工具内部涡流的生长与消散等共同组成；开展了工具脉冲性能研究，揭示了本工具在不同流量、钻井液密度、粘度等条件下的工作性能。并针对小钻进流量的工况进行了结构优化，拓展了该工具的工作范围。本文可对大位移井钻进工具的设计提供新的参考。

摘要:钻井过程中螺杆钻具断落事故时有发生，对于螺杆钻具外筒壳体脱扣、转子断裂抽芯等事故形成的轻质“落鱼”，使用常规卡瓦打捞筒作业时的适用性不足、打捞成功率低。基于此，设计了螺杆钻具三卡瓦偏心打捞筒，通过打捞筒的锥形导向面驱动上卡瓦、中卡瓦和下卡瓦共轭环空收缩卡紧，实现对该类“落鱼”的有效打捞。三卡瓦的偏心排布结构设计，增加了有效夹持面积，提高了打捞筒对螺杆钻具的综合打捞力。结合打捞筒的工作原理，建立了卡瓦常规夹持力和挤压夹持力的计算公式，对比得出三卡瓦偏心打捞筒所需的卡瓦常规夹持应力可减少50.46%，捞牙咬深可减少13.92%。试制的打捞筒在施工现场进行了打捞实践，表明其结构设计合理，打捞性能可靠。

摘要:岩心填充率自动监测系统的研制是用以填补取心过程中缺少取心状态监测的不足。岩心填充率自动监测系统由主控制器、预留温度压力监测模块、霍尔传感器模块、数据储存模块、串口调试模块组成，其中实现取心状态监测的原理是基于霍尔效应。该系统可监测的取心速度范围为：0~30 mm/s，监测精度约为1%，系统选用STM32系列单片机、大容量存储器、高速USB接口等器件或模块，具备在线调试、编程、升级功能。采用研制的样机进行了海上试验，结果表明该系统可在水深3000 m的环境下（0~35 MPa的孔底压力）自动监测岩心贯入岩心管的过程，可为深海取样现场取样器类型的选择和取样器工作参数优化提供理论指导，具有广阔的应用前景。

摘要:南华北三门峡盆地古近系沉积厚度大且分布连续，暗黑色泥岩发育，通过部署钻探工程，有望实现中小盆地油气调查取得新发现。但该类油藏钻井地质环境复杂，砂泥岩互层频现，易引起钻头泥包、井壁坍塌、掉块、涌漏风险并存和难钻进等工程难点。通过钻具组合与井身结构优化、不同井段钻井液技术研究、个性化PDC异形齿钻头研发以及“低转速+中钻压+螺杆+高效PDC钻头”钻井工艺研究，有效解决了井壁稳定性和钻头选型难题，在豫峡地1井实钻中，全面钻进平均机械钻速达到5.67 m/h，实现提高机械钻速30%以上，相比设计钻井周期缩短10 d。创新形成了防泥包钻井液技术体系、长裸眼井壁保护钻井液技术体系、砂泥岩互层高效PDC异形齿钻头提速技术、“两低一高”变密度水泥浆固井技术等可推广的三门峡盆地砂泥岩互层“新优快”钻完井技术体系，可为同类地区钻井工程设计和施工提供有益借鉴。

摘要:超深水超浅层（简称“双超”）储层钻井取心作业难度大，成功率低，作业费用高，可供参考经验少。对此，开展了无隔水管条件下的“双超”储层钻井取心难点分析，并提出了相应技术对策，形成了一套“双超”储层高效取心方案。研究结果表明，在“双超”环境下，储层以未胶结、松散泥质-粉砂岩为主，地层疏松，钻井取心作业面对着取心筒“堵心”、排量和钻压控制难度大、超深水作业费用高等难题与挑战。优选Rb-8100型全封闭式保形取心工具和HSC043-8100型取心钻头，配合小排量（200 L/min）、低转速（15~40 r/min）、阶梯式钻压（2~10 t）的小参数模式，自制网兜将钻头处海水进行分流并保护底部岩心。在南海“双超”气田开展了无隔水管钻井取心先导试验，取心收获率达100%。实现了“双超”储层高效钻井取心，同时为“双超”气田的后期开发奠定了重要的基础。

摘要:在天阳盆地高温地热钻探施工中，受变质岩系硬岩地层岩性和高温的影响，牙轮钻头机械钻速低、磨损严重、使用寿命短，严重影响钻探施工。对PDC钻头的应用进行了探索研究，针对地层岩性特征，对钻头体、刀翼、剖面轮廓及复合片的选择和布设等关键技术进行了探索，并在钻探实践中优化改进，研究出了一种抗冲击性能较好、适宜于变质岩系硬岩地层的PDC钻头。有效地提高了机械钻速、降低了钻井成本，为天阳盆地高温地热钻探项目的顺利实施提供了技术支撑。

摘要:川西新场构造带须家河组二段致密砂岩储层受限于钻井成本与开发收益的不匹配，长期未能形成规模化商业开发。本文根据工区地质特征，通过以必封点、井眼尺寸和井眼轨道优化为核心进行井身结构设计优化，以旋锤钻具、低成本旋转导向工具、预弯曲钻具组合钻井、基于最小机械比能的实时钻井参数优化为核心进行系列提速关键工艺研究，形成了川西新场构造带须二段致密气藏定向井优快钻井关键技术。该技术在区块全面应用，最短钻井周期由231.1 d缩短到95.7 d，取得了良好的运用效果，实现了区块的效益开发。

摘要:以武汉市某基坑工程实例为背景，基于承压层坑内外水位降深及坑外地表沉降两大观测指标，采用有限元软件ABAQUS建立群井降水三维数值计算模型进行了数值模拟分析，通过设置多组计算工况，对在悬挂式止水帷幕不同插入比λ条件下，降水井不同滤管长度L及滤管埋深H对承压层坑内外水位降深及坑外地表沉降的影响规律进行了研究。研究结果表明：插入比λ对承压层坑内外水降深及坑外地表沉降的影响要远大于降水井滤管长度L及滤管埋深H的影响。在止水帷幕插入比λ=0.4~0.6时，通过改变滤管长度L及滤管埋深H来提高承压层坑内水位降深或降低承压层坑外水位降深具有较大的空间。止水帷幕插入比λ0.6后起到较好的隔水效果，滤管埋深H宜位于承压含水层顶部，滤管长度L不宜超过0.4倍的承压含水层厚度M。

摘要:本文主要研究了金属丝电爆炸产生的压力冲击波作用在土层孔壁上，在桩底部挤压土体形成扩底桩。建立了金属丝爆炸能量与冲击波压力之间的关系函数与仿真模型，分析了放电参数与冲击波强度的关系；建立了冲击波压力与土体变形之间的关系，计算出粘性土体变形量所需要的压力大小；制作扩底桩、直桩模型，验证金属丝电爆炸荷载作用下土体受力变形特性，并对两种桩型承载力及抗拔力性能进行对比分析。利用高压脉冲扩底技术模型试验中的电学参数及工艺参数，构建国内首根直径0.8 m的高压脉冲扩底桩，完成“灌-扩”一体高压脉冲扩底工法的开发。

摘要:钻井是能源矿产勘探开发最直接的工程技术手段，井下动力钻具作为破碎地层岩土的有利器具，或直接驱动钻头形成滑动钻进，或与顶驱（或转盘）的回转共同组合驱动钻头形成复合钻进，具有降耗增速、减小井下事故风险等优点。为促使井下动力钻具被更多技术人员了解和认识，物尽其用充分发挥其钻井优势并利用技术特点开发新功能、新器具，本文从科普的角度介绍了井下动力钻具的用途、主要种类、工作原理及发展历程，并综合对比不同井下动力钻具的优劣势。最后，结合深井、超深井等钻井新形势对钻探器具、工艺等的新要求，以及材料、测控、智能化等新科技的在钻井工程中的应用趋势，指出了当前主流井下动力钻具的更新换代、技术革新的发展方向。

摘要:《钻探工程》2024年第51卷总目次