复杂地层钻井技术研究与应用

复杂地层钻井技术研究与应用

一、复杂地层钻进技术的研究与应用(论文文献综述)

廖远苏,胡启锋[1](2021)在《一种隔水隔卡的自锁式绳索取心钻具及应用》文中研究表明近年来,国内外对复杂地层绳索取心钻具的研究取得了长足进步,但是未能很好解决卡心构件对岩心入管的阻碍和底喷式钻头易产生"泥垫"现象,从而影响取心质量和钻进效率的关键技术问题。以普通S95绳索取心钻具为研究对象,通过在内管里增设0.7mm厚度的不锈钢衬管,封隔卡簧等卡心构件装置,增加底喷式钻头水孔数量并增大水槽体积,设计可供选择的发夹式和卡簧式岩心提断器等技术改造,研制一款用于复杂地层钻进,具备隔水、隔卡、自动锁心的三层管绳索取心钻具。选用发夹式岩心提断器在水敏性强的破碎地层中试验,平均回次进尺1.13m,获取岩心采取率94.48%,对比附近同类地层钻孔的岩心采取率提高了50%以上;选用卡簧式岩心提断器在裂隙发育的泥质地层中试验,卡簧卡心如同普通钻具上的卡簧一样可靠。试验结果表明:用衬管封隔卡心构件的取心技术方案可行,解决了卡心构件对软弱松散岩心入管的阻碍,有利于保护岩心的原状性;所用底喷式钻头孔底冲洗效果好,降低了钻头"泥垫"现象对钻进速度的影响。该钻具操作方便,使用成本低廉,有望在我国现行绳索取心机台推广应用,具有较强的普适性和广泛的应用前景。

莫海涛[2](2021)在《集束式潜孔锤水柱密封反循环形成机理与过程控制研究》文中指出集束式气动潜孔锤反循环钻进工艺将快速钻进和高效排渣结合,代表着煤矿区地面大直径钻孔先进钻进技术的发展方向之一。我国煤矿区地质条件复杂,不同强度的富水性地层分布广泛,导致空气钻进过程中经常出现反循环不连续、排渣效率低等问题,严重制约钻进效率的提升。针对地层富水性不一的实际情况,提出利用孔底一定高度水柱密封体产生的压力以支撑反循环的形成与稳定的新思路,研究大直径集束式潜孔锤水柱密封反循环形成机理与过程控制,探索适用于不同富水性地层的大直径钻孔快速钻进方法,具有重要的现实意义。论文以国家重点研发计划课题“复杂地层地面大直径救援井高效钻进及安全透巷技术(2018YFC0808202)”为依托,采用理论分析、数值模拟、相似实验、现场试验等手段,开展了集束式潜孔锤水柱密封反循环形成机理与过程控制研究。首先研究了水柱密封反循环钻进技术原理,构建了基于Ф178mm双壁钻杆及Ф850mm集束式潜孔锤的水柱密封反循环物理模型,并以气液两相流相关理论为基础,对反循环过程流型判别及转换等理论进行分析,为论文的研究提供理论支撑。其次通过建立数值仿真模型,采用计算流体动力学方法,以水柱密封反循环过程中的进气量Q、液柱高度H及内管返高h三项关键技术参数为基础,完成正交数值模拟计算,得到了一组能够形成水柱密封反循环的参数匹配模拟方案和三组未能形成反循环的方案,对比分析得出水柱密封反循环的形成是一个由孔底双循环逐步向全孔反循环的发展过程,阐述了双循环通道底部压力在水柱密封反循环形成过程中的变化规律。研制了一套可视化相似实验装置,完成了相似模拟实验,对进气量Q、液柱高度H和内管返高h三项关键参数进行了实验分析,得到了h分别为14m及18m情况下,水柱密封反循环形成的Q-H参数匹配临界值曲线;结合数值模拟计算结果,揭示了水柱密封反循环形成机理。基于多相流模型分析软件的二次开发,以500m深的大直径孔为例,分析了携液量为0.1~0.7m3/min情况下垂直内管气液两相流流动特性,同时基于改进后的三相流模型,分析了携液量为0.1~0.7m3/min及固相含量为3%~6%情况下垂直内管气液固三相流流动特性,得到了内管反循环通道底部压力与孔深的对应变化关系,为水柱密封反循环钻进过程的关键参数控制选择提供参考。最后通过反循环排水试验及钻进排渣试验,验证了水柱密封反循环理论研究成果,并结合大直径孔实际钻进情况,完善了水柱密封反循环钻进工艺方法,同时对集束式气动潜孔锤结构设计进行优化改进。本文研究成果为集束式气动潜孔锤钻进提供了较为合理的水柱密封反循环工艺方法,对大直径钻孔高效钻进技术研究应用具有理论指导与工程借鉴意义。

郝钢[3](2021)在《曙光煤矿裂隙带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究应用》文中提出山西汾西矿业(集团)有限责任公司曙光煤矿采用在高位钻场施工高位钻孔抽采采空区瓦斯措施防治瓦斯,由于现有的普钻钻孔深度浅、轨迹不可控制、钻场数量多、钻机台月效率低等因素,在煤炭经济形势低迷的大环境下,如何降本增效、安全开采成为制约曙光煤矿瓦斯治理的难题。为进一步提高采空区裂隙带瓦斯抽采效果、降低矿井瓦斯治理成本,保证工作面安全回采,曙光煤矿引进大直径顶板定向长钻孔技术对工作面覆岩裂隙带瓦斯进行抽采,同时对高位定向钻孔布置层位及施工工艺进行了研究确定。现场工业性试验表明,竖直方向上定向钻孔层位布设于顶板上方17.1~22.8m的裂隙带中下部瓦斯聚集区域;水平方向上钻孔分布范围距回风巷在15~35m之间,钻孔间距为10m。与普通高位钻孔抽采技术相比,该套技术不仅大幅减少高位钻场数量和钻孔进尺量,显着缩短施工工期和降低施工成本,而且瓦斯抽采效果明显优于常规钻进技术,平均单孔瓦斯抽采纯量由0.15m3/min提高至1.55m3/min,提高了9倍;钻孔抽采寿命由18~33d提高至146d以上,提高了4倍以上。采用裂隙带顺层大直径定向长钻孔工艺可显着提高瓦斯治理效果并降低治理成本,有广泛的推广应用价值。

邹玉亮[4](2021)在《软弱土层穿越的稳壁防偏钻井液技术研究》文中进行了进一步梳理随着非开挖技术在铺管工程中的应用越来越广泛,穿越工程迎来了飞速的发展。然而,现如今该技术在穿越工程中仍存在一些复杂的科学难题,其中极为典型的技术难点便是软弱土层的孔壁稳定性与穿越轨迹控制问题。一旦处理不当会发生一系列工程事故如:(1)在施工水平段和造斜段中,出现导向困难,需要多次撤回钻杆重新导向;(2)行进轨迹偏离设计轨迹,甚至钻破其他已有的地下管道,且与原设计轨迹偏离越大;(3)泥浆配比不合理,回扩时出现埋钻事故和塌孔现象。由于软弱土层属于结构性较差的非均质散状赋存类型,具体表现为结构性差、胶结性差、遇水泥化崩解、强度低、自稳能力差等特性。同时,由于钻具、钻井液与软弱土层变形相互影响,倘若岩土体受力较大,则势必会引起软弱土层变形过大甚至破坏,造成孔壁失稳坍塌,进而影响穿越轨迹的准确性。然而,目前传统上关于定向钻进穿越防偏技术大都集中在钻机、钻具的研究上,而忽视了在软弱土层穿越施工中,钻井液在保障孔壁稳定的同时,对于轨迹防偏所起到的重要作用。在钻进过程中,钻井液不可避免地渗透到地层中,轻则引起软弱土体物理力学性质发生改变,使得钻具造斜强度发生改变,造成钻孔轨迹偏斜;重则引起孔壁失稳坍塌,导致发生埋钻事故,造成无法按既定设计轨迹进行穿越的后果。因此,亟待研究软弱土层穿越的防偏稳壁钻井液技术以解决孔壁稳定性与穿越轨迹控制问题,对钻遇软弱土层的定向穿越工程具有重要的工程意义。论文以上海川沙地区软弱土层为研究对象,在分析其物理力学特征的基础上,研究软弱土层孔壁失稳与钻孔致偏的机理,探析钻井液侵入软弱地层失稳破坏特征,分析了封堵技术遏制土层孔壁渗漏的作用机理,并对颗粒状状、片状、纤维状堵漏材料以及纳米封堵材料进行优选和效果评价。探析了抑制土层水敏软化的作用机理,并对常规抑制剂以及表面活性剂进行优选和效果评价。对优选出的稳壁防偏水基钻井液体系进行综合性能指标评价,并通过穿越工程实例对优选钻井液体系开展现场应用以验证该钻井液技术的防偏稳壁效果。全文共分为六个章节,具体结构如下。第一章:介绍软弱土层穿越遇到的问题,引出研究目的和意义。总结穿越轨迹控制技术发展现状和封堵及抑制型钻井液研究现状,为后期稳壁防偏钻井液配方的研制提供依据和参考。第二章:基于软弱土层空隙率高,压缩性强,粘土矿物丰富,亲水性较强,浸水发生软化膨胀降低地层孔壁强度及稳定性的工程特点。研究软弱土层物质组成和力学特性,探析一维固结和三轴剪切蠕变条件下的强度和变形机制,为探究增强软弱土层穿越的稳壁防偏钻井液技术奠定基础。第三章:通过分析软弱土层定向穿越孔壁失稳和钻孔偏斜的地质、技术、工艺和钻井液等因素,探析钻井液侵入软弱蠕变密闭地层、渗透地层和裂隙漏失地层的失稳破坏特征;建立钻孔造斜强度解析模型,该模型可以指导非开挖水平定向钻进施工时的方向控制,验证钻井液能够通过影响造斜强度继而引起钻孔轨迹偏斜这一理论。第四章:对封堵技术的作用机理进行分析,对封堵材料的评价方法进行总结,并对颗粒状、片状、纤维状堵漏材料以及纳米封堵材料进行优选和效果评价,优选出复合封堵剂配方。第五章:对粘土矿物水化膨胀机理进行分析、对抑制材料的评价方法进行总结,并对常规抑制剂以及表面活性剂进行优选和效果评价,优选出复合抑制剂配方。第六章:对水基钻井液的造浆粘土和降滤失剂进行优配,建立软弱地层穿越的稳壁防偏钻井液体系。对稳壁防偏钻井液体系进行室内评价,测试其基本性能,评价其抑制性、抗污染能力及抗温性能等,并对该钻井液体系进行现场应用评价,验证优选的钻井液体系是否能达到稳壁防偏的效果。通过上述研究工作,主要得到以下结论和认识:(1)软土的矿物成分以石英(51.1%)、长石(16.6%)、绿泥石(12.7%)为主,夹部分蒙脱石(5.3%)、伊利石(2.4%)和高岭石矿物(2.6%);软土的化学成分以Si O2、Al2O3为主,二者含量占比的74.45%,远远高于其他化学成分Fe O、K2O、Ca O、Mn O、Na2O等。软弱土层含水率属于37~68%范围内,随着取样深度的增加,软弱地层的含水率不断下降。ωP范围在22%~36%之间;ωL实测值分布范围在50%~62%之间,主要集中在57%左右;IP在23~30之间,IL在0.25~1.11范围内。(2)原状软土的最大轴向应变为11.5%~14.5%范围内,重塑软土的最大轴向应变为13.5%~15.0%范围内,重塑软土峰值应变向后移动。原状软土的峰值轴向应力为21.6k Pa,重塑软土峰值轴向应力只有11.8k Pa,下降了45.4%。一维固结条件下,当软弱土层的应变在4.5%范围内时,应力呈现出近似直线上升的趋势。当应变超过4.5%,应力应变曲线的斜率表现为越来越大,应力值开始出现较大的差异性,非线性增强,应力-应变曲线呈现出发散式的倾斜直线趋势。三轴剪切蠕变条件下,孔压随时间变化趋势与应力时间变化趋势相似,都是在前期达到最大值,随后保持为一条近似平行于时间轴的直线,孔压趋向于一个稳定值,试样变形逐渐稳定,发生衰减蠕变。孔压随时间不断增加,但孔压的变化速率随着时间不断减小。(3)颗粒状堵漏材料封堵性能:3%QS-2>2%QS-1>2%OCX-1,泥饼渗透率降低率依次是38.75%、36.31%、31.99%;3种片状堵漏材料封堵性能:2%NTS-TP>1.5%NTS-M>1.5%NTS-S,泥饼渗透率降低率依次是23.58%、27.77%、29.54%;纤维状堵漏材料封堵性能:1.5%XFD-2>2.0%XFD-1>2.0%Asb-Ⅰ,泥饼渗透率降低率依次是32.52%、31.98%、17.34%。进一步通过纳米材料封堵软弱地层微纳米级孔缝,优选出遏制土层孔壁渗漏的封堵配方:3%QS-2+2%NTS-TP+1.5%XFD-2+1.0%纳米乳液+1.5%亲水型纳米Si O2+1.0%纳米Ca CO3,评价其堵漏效果良好,常压下、0.7MPa下的漏失分别仅为25ml和38ml,漏失率仅为4.58%。(4)随着抑制剂含量的增加,抑制效果增强。聚胺的含量回收率在23.67%~32.18%范围内,优选加量为0.6%;KHm回收率范围在23.52%~27.18%,优选加量为2%;PLUS回收率在32.78%~52.28%范围内,优选加量为0.6%;KPAM回收率范围在32.32%~45.58%,优选加量为0.3%;KCl回收率在25.32%~33.56%范围内,优选加量为0.6%。对优选的复配钻井液进行评价,表明双抑制剂复配条件下的滚动回收率保持在60.68%~68.95%;三抑制剂复配状态下的滚动回收率保持在75.25%~81.32%。并且说明复配的抑制剂(0.6%KCl+0.3%KPAM+0.6%PLUS)起到了良好的抑制土层水敏膨胀效果。(5)随着表面活性剂浓度的增加,土层接触角的变化基本都是先减小后增大再减小。其中接触角增大最明显的是浓度为0.01%的氟碳类表面活性剂SDBS和浓度为0.08%的氟碳类表面活性剂CTAB,其次是浓度为0.01%的阴离子表面活性剂AS-1。优选的复合表面活性剂为:0.01%氟碳类表面活性剂SDBS+0.08%CTAB+0.005%阴离子表面活性剂AS-1,降低亲水性效果最佳。(6)对优选出的稳壁防偏水基钻井液体系:6%膨润土+0.2%Na2CO3+3%QS-2+2%NTS-TP+1.5%XFD-2+1.0%纳米乳液+1.5%亲水型纳米Si O2+1.0%纳米Ca CO3+0.6%KCl+0.3%KPAM+0.6%PLUS+0.01%SDBS+0.08%CTAB+0.005%AS-1+0.4%HV-CMC+2.5%SMP-1,对其综合性能指标进行评价,测试其基本性能(密度、粘度、切力、滤失量等),结果表明优选出的钻井液体系抑制性、抗盐抗钙能力、水活度、润滑性、抗污染以及温度稳定性效果良好。通过穿越工程案例对优选钻井液体系进行现场应用,验证了优选钻井液体系能起到稳壁防偏的作用。论文主要创新点如下:(1)系统研究了软弱土层在一维固结和三轴剪切条件下强度与变形特性,掌握多种状态下应力-应变、应变-时间以及孔压-时间的变化规律。(2)传统技术只考虑利用钻机或者钻具对穿越轨迹进行控制,本文提出了一种新型的穿越轨迹防偏钻井液方法,能够较好实现对穿越轨迹的精准控制效果。(3)在钻井液进行各种封堵和抑制等性能测试及评价的研究基础上,基于造浆粘土、颗粒状/片状/纤维状封堵材料、抑制剂、纳米材料、表面活性剂和降滤失剂优选,提出了一套适合软弱土层穿越的稳壁防偏水基钻井液体系,可为软弱地层水平定向钻进奠定技术基础。

朱旭明[5](2021)在《松科2井井底涡轮钻具工况采集与分析系统研究》文中指出科学钻探为地球科学研究提供了前所未有的观测数据和验证关键假说的机会,是人类目前获取地球内部信息最直接最有效的途径。涡轮钻具是进行深孔、超深孔钻探的关键技术装备之一。我国对于涡轮钻具及涡轮钻井技术的研究和应用水平较国外都还存在一定的差距,尤其是对小口径涡轮钻具的研发使用更是近乎空白。通过对国外小口径涡轮钻井技术的研究与借鉴,不仅可以为我国万米超深科学探孔的设计与实施、深部油气和地热田的勘探与开发、干热岩等非常规能源的研究与勘探(而这是对我国的基础科学与可持续发展具有深远影响的研究与工程)提供科学决策的信心与依据,而且可以很好地推动我国对涡轮钻具的自主研发及应用。为探索涡轮钻取心钻进的科学操作规律,并为进一步实现各类钻具的井内工况采集及其信号的远程传输研究做技术储备,在“地质勘查高温井底动力取心钻进系统研究应用”中,研究试制出涡轮钻井底工况采集分析系统。该系统的核心技术为对涡轮钻压降、轴压、输出扭矩、输出转速以及温度五项参数进行井下采集、存储与地面回放,以及完成井下强振动、高温、高压条件下检测短节整体的减振、耐温和密封设计,并建立和设计出相应的涡轮钻具工况分析模型及软件。首先,本文对近年来国内外所施工的多口科钻井的目的意义、发展历程进行了整理,归纳并阐述了科学钻探施工的特点和难点,从而引出了高温井底动力取心钻进系统研究的紧迫性,并对为解决深部钻探过程中的井底破岩效率不足等问题所采用的涡轮钻具钻井技术进行了概述,提出了对松科2井井下涡轮钻具工况参数获取的需求。随后分别就目前国内外随钻测量及井下工程参数检测技术的研究现状和发展趋势进行了整理,明确了科学钻探井底涡轮钻具工况采集与分析系统的研究方法及研究思路。其次,介绍了松科2井的基本信息,包括井位选取、地层情况、井身结构等,以及所用井底涡轮钻具的技术性能参数、结构、工作原理和输出特性。通过分析井下高温高压强震等复杂环境要求及特点,对检测系统原理进行总体框架设计。明确对涡轮钻具工况分析所需检测的工程参数,设计转速、压强、扭矩、轴压和温度参数的检测方式。其中采用加速度计计算离心力间接得到转速参数;钻井液压强通过特制压力传感器进行检测;扭矩和轴压则通过组合式应变片检测;温度通过热电阻检测获取。再次,对井下检测短节进行设计,包括检测短节的安装位置、适用于各检测传感器合理布置的新型机械结构设计。对设计的短节机械结构通过理论计算和软件模拟进行受力分析,以校核所设计短节的机械强度。由于短节随钻具下入井底,将面临高温高压及强振等恶劣环境,需要对短节的密封耐压结构进行着重设计并进行多轮测试。检测短节最终采用新型周向三腔结构、内外筒螺纹连接、锥形密封面配合6道耐高温氟胶O型圈密封,以满足井下复杂条件下的使用需求。第四章主要对检测电路进行了设计,着重在检测电路耐高温元器件方面进行了方案优选,通过试验选择合适的采集板及应变片粘接剂。采用耐高温离心加速度计测转速、耐高温应变传感器与耐高温运算放大器组合、耐高温微处理器与耐高温存储芯片等组合方法,形成了一整套适于深部钻探工程检测井底工况的电子检测系统。第五章对地表分析系统进行了设计,通过对井下短节采集的数据进行地表回放,并根据扭矩轴压耦合分析、大温差循环井浆温度场分布建模及新型摩阻式钻井液压强计算分析,建立涡轮钻工况分析软件的理论计算模型;根据井下采集模块实测数据和理论计算数据的差值,对比、修正理论模型的误差,分析多因素对涡轮钻具输出特性的影响。通过建立井下多测量参数耦合及反演分析理论计算模型,为后续优化地面参数组合以及维护和调整钻井液体系提供依据。第六章介绍了对整体检测系统进行的室内实验和现场应用,室内试验包括扭矩和转速试验、轴压和压强试验、温度和振动试验以及密封性能试验。通过反复试验,确保检测短节能够实现在松科2井井下不低于175℃和80MPa高温高压环境下、连续正常工作36小时以上。通过现场标定及仪器下井应用,得到了一定的试验结果。综上所述,本文主要针对深部钻探井下涡轮钻具工况采集与分析系统的研制开展了一系列理论及实践研究工作,综合了多学科的理论及技术,是典型的交叉学科应用,相关的理论研究及试验结果证明该系统基本满足了预期设计要求,对后续深部钻探的钻具井下工况采集及其信号的远程传输研究,研制涡轮钻具井底驱动的高转速取心钻进系统,及充分发挥涡轮钻具特性的金刚石钻头高转速深井取心钻进工艺提供技术支持,同时仍有较多的相关研究亟待在后续的工作中进行进一步深入探索。

何林恺[6](2021)在《热熔钻头外壳用Cf增强ZrB2-SiC陶瓷的制备及其性能研究》文中认为热熔钻进技术是通过特制的热熔钻头产生高温并传递到周围岩土体使其熔融,再采用自重或配重加压方式将熔融物挤压出孔底以实现钻进的效果。熔融物上返过程中能填补地层孔隙或裂隙形成坚硬稳定的玻璃质孔壁,取代套管的作用。从而能有效应对地层高温、坚硬地层钻进、孔壁稳定、钻井液漏失等深地钻井的难题。然而在实际室内和野外试验过程中发现热熔钻头壳体材料存在不耐高温、高温易氧化和磨损等问题,使用寿命不长;电阻加热热解石墨升温速率慢,温度上限较低(~1300℃)不足以熔融坚硬致密的岩石,如花岗岩等。纵观国内外热熔钻进技术发展历程,热熔钻头的壳体材料是限制该技术发展应用的关键因素之一。要解决热熔钻头壳体遇到的问题,就需要对热熔钻头进行改进和试验设计。本文针对坚硬致密的花岗岩进行热熔试验,必须重新选择发热元件和壳体材料,制备多组壳体材料进行性能优化和机理分析,确定满足指标的材料配方,最后在室内搭建试验装置进行热熔岩石试验来验证优化后的壳体材料实际效果。因此本文开展了热熔钻头发热元件和壳体材料的选择、壳体材料的传热模拟、壳体材料的制备与表征、壳体材料的性能优化及其机理分析,热熔岩石试验装置搭建,热熔岩石钻进试验等研究工作。(1)热熔钻头发热元件和壳体材料的选择由于电阻加热的温度不足以熔融花岗岩,结合工作温度、高温性能和加工难易等条件,总结对比多种金属发热材料和非金属发热材料的特性,选出电加热硅钼棒和感应加热高强石墨的加热方式。参考过去试验数据,确定壳体材料的指标,承压6MPa以上,耐温1500℃以上。根据力学性能和抗氧化性等方面,对多种耐高温材料进行分析,确定综合性能优异的ZrB2-SiC陶瓷(简称ZS)作为热熔岩石试验用的壳体材料。(2)热熔钻头壳体材料数值模拟壳体的传热效果需要考虑材料的热导系数、热容、致密度等性能。确定热熔岩石过程的热量传递过程依次为发热元件-壳体内壁-壳体外壁-岩石。影响热量传递的关键因素之一是壳体的传热效果。建立热熔岩石试验的数学模型,分析ZrB2-SiC陶瓷对热熔岩石温度场影响的分布规律和热传递机制。温度从发热元件经过壳体传递到岩石,整体趋势是下降的。壳体材料的传热整体大于花岗岩的传热,下降较花岗岩慢。通过壳体外壁温度直观表达壳体的传热效果。发热元件为1600℃,壳体外壁至少达到1500℃才能满足要求。计算发现,经10mm厚的ZrB2-SiC陶瓷传递到岩石上温度为1557℃。并加入对照组评价不同壳体和壳体厚度对传热效果的影响。ZrB2-SiC陶瓷的传热效果都优于对照组,厚度极限为30mm。(3)ZrB2-SiC-Cf复合材料的制备碳纤维(Cf)的加入可有效提高ZrB2-SiC陶瓷的抗氧化性、力学性能和抗热冲击性能。首先通过球磨混合ZrB2-SiC混合粉末,再采用磁力搅拌混合Cf和ZrB2-SiC混合粉末避免Cf因球磨受损,得到ZrB2-SiC-Cf混合粉末。以Ar气氛,2000℃下保温1h的工艺参数,采用热压烧结工艺制备出不同体积分数碳纤维的ZSCf复合材料(简称ZSCf)。ZSCf复合材料致密度达99%以上,Cf在复合材料中分散均匀,无团聚现象。(4)对ZSCf复合材料进行性能测试并研究其强化机制。通过对不同体积分数Cf的ZSCf复合材料进行抗弯强度和维氏硬度的力学性能测试,1600℃空冷三次热循环的抗热冲击性能测试和1600℃高温氧化0.5h的抗氧化性能测试。得出Cf体积分数为6%的ZSCf6力学性能和抗热冲击性能最佳。分析其通过纤维增韧、裂纹偏转等机制强化力学性能和抗热冲击性能,增幅分别为46.7%和39.2%。而在抗氧化性能上,Cf体积分数越高,ZSCf的抗氧化性能越好,ZSCf20增幅为73.5%。通过Cf对氧的阻隔和偏转机制,减少氧化层中空腔和形成局部还原环境的作用有效提高ZSCf复合材料的抗氧化性。理论工作时间达360h,远远超出以前使用的同厚度的壳体材料。牺牲部分抗氧化性选用综合性能最佳的ZSCf6作为壳体材料,抗弯强度达到443MPa,维氏硬度达到1520 kgf/mm2,断裂韧性达到5.18 MPa·m1/2,三次热循环后性能下降10%,其各项性能满足热熔钻头壳体材料的使用要求。(5)热熔岩石试验装置搭建。对比电阻加热硅钼棒和感应加热高强石墨的熔岩效果。电阻加热的热熔岩石效果很差,升温速率慢等缺陷。而感应加热升温快,8分钟达到1500℃,热熔花岗岩效果明显。因此选出中频感应加热高强石墨进行热熔岩石试验。通过试验确定热熔岩石试验的可行性,优化试验方案,调整热熔岩石的温度、钻压等工艺参数,优化钻头构型,计算合理尺寸,测算热熔试验的理论上限,对试验岩石进行组分分析。最终,工艺参数确定为功率20k W,钻压2T,工作温度为1600℃。岩石和石墨柱均包裹保温棉,使用圆台型石墨柱热熔效果最佳,该试验装置对热熔花岗岩的极限深度为167mm,试验岩石选用花岗岩,斜长岩和玄武岩。(6)通过热熔岩石试验确定ZSCf6作为壳体材料的实际效果。选用ZSCf6复合材料作为壳体材料,SiC和Al2O3作为对照组,不使用壳体为基准参照。试验岩石根据针对深部地层和SiO2含量不同选择花岗岩、斜长岩和玄武岩这三种。试验工艺参数为功率20k W,热熔温度1600℃,钻压2T,熔融深度50mm。通过试验数据讨论分析不同壳体在三种岩石中钻速的差异,不同SiO2含量对钻速的影响。对试验后石墨柱进行切割,观察分析壳体与石墨和岩石的粘附性。使用ZSCf6壳体在玄武岩和斜长岩中的钻速是花岗岩中钻速的近1.5倍,主要因为花岗岩熔化温度较高和部分SiO2以石英形式存在。使用ZSCf6壳体在三种岩石中钻速和防粘性上均高于SiC和Al2O3,ZSCf6壳体保持完整和重复使用性。通过热熔岩石试验可知,ZSCf6复合材料可以满足热熔钻头壳体材料的使用需求。

刘志强,宋朝阳,程守业,洪文浩,荆国业,李新华,王来所,赵钧羡[7](2021)在《我国反井钻机钻井技术与装备发展历程及现状》文中研究表明反井钻机钻井技术是煤矿、金属矿山、水利水电、隧道等地下工程中井孔钻凿的根本性变革技术。介绍了近40 a来我国反井钻机钻井技术与装备的发展历程、反井钻机钻井理论与技术以及反井钻进工艺与应用的发展与现状;梳理了反井钻机钻井领域获批科研项目,以及围绕反井钻机钻井发表的论文和专利、出版的论着与标准;进一步介绍了反井钻机钻井围岩预加固和支护等稳定性控制技术,反井钻井机械破岩机理与破岩技术,反井钻机钻架稳定控制技术与动力驱动控制技术,反井钻机导孔钻具、导孔钻进排渣技术、导孔钻进偏斜控制技术以及导孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机扩孔钻进钻头滚刀布置形制、扩孔排渣技术、扩孔钻进偏斜控制技术以及扩孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机钻井降温除尘技术;给出了反井钻机在矿下溜矸孔、深大斜井、立井井筒延伸、双风井井筒和一次钻成大直径风井等工程中的应用,以及富水冲积层、冻结地层、注浆加固地层和瓦斯地层中反井钻井的应用。经过40 a的研究与实践表明,我国在反井钻机钻井领域已经形成以机械破岩理论和钻进技术为基础的反井钻机钻井成套技术与装备体系,为地下工程中井筒的安全、高效、绿色钻进提供技术保障,为我国无人化、机械化和自动化全断面钻井技术与装备的进步做出了重大贡献。

陈佳蕊[8](2020)在《反循环钻机工艺参数分析与钻头结构优化》文中进行了进一步梳理地铁施工技术应紧随社会科技进步发展,通过优化机械设备结构与工艺参数等方式实现“绿色”、“可持续发展”的基本原则。反循环钻机作为地铁车站的大型灌注桩基钻孔设备易发生岩屑堵卡等故障,目前钻头系列化和规范化程度不足,需要增强地层适应性强、提高钻进效率。本文以地铁站桩基建设为工程背景,通过现场的监测数据分析了反循环钻机的成孔参数。研究表明,钻进速度是主要影响钻进效率、造成钻头磨损的主要因素,增加粉质黏土层、细中砂层钻进速度至2m/h可以提高成孔效率,降低卵石层的钻速的同时增加水资源用量可以减少钻齿磨损及钻杆堵管可能性、增强泥浆护壁效果。根据桩基成孔参数建立了两种人工神经网络预测模型,经过反向权值调整、优化模型预测效果最终实现成孔工况预测。预测结果均表明10、19、20号中桩成孔参数的平均绝对误差小于5%,28号中桩成孔参数的平均绝对误差均大于5%,表明28号中桩成孔工况异常,且与施工现场的成孔工况吻合,从实际工程上验证了两种预测方法的正确性和有效性。建立了以反循环钻机三翼钻头为基础的钻头模型,使用有限元数值模拟方式对钻头钻进的动态过程进行探究,发现随着钻进时间增长,被钻进地层的平均等效塑性应变也随之增大,计算平均等效塑性应变速率并比较钻进不同地层的钻进效率,不同地层的钻进效果与钻进效率差异较大,卵石层钻进效率较低。采用均匀试验法对钻齿结构参数进行了优化,通过改变钻齿结构参数和转速探究不同因素对钻进效率的影响,以提升卵石层的钻进效率。对模拟结果进行回归分析得到等效塑性应变速率回归方程,利用该方程得到最佳钻进效率钻齿模型:钻角为45°、钻齿与护臂夹角为45°、钻齿直径为65mm、转速为10rad/s。为提高钻齿的耐用性、减少钻齿磨损情况,在单齿模拟的基础上使用3D打印技术辅助设计并进行钻头模型力学试验。对外加工的金属单齿模型进行预处理后,使用电子万能试验机对模型加载力,研究随加载力变化的单齿应变大小。实验结果与单齿模拟结果一致,得到最佳耐用钻齿模型:钻角为60°、钻齿与护臂夹角为67.5°、钻齿直径为12mm。通过现场数据的分析得到影响钻进效率的主要因素,根据建立的预测模型判断特殊成孔工况以减少安全隐患,模拟了钻头钻进不同地层的动态过程,优化了钻齿结构参数以提升桩基成孔效,对钻头模型进行力学实验研究,所建立的耐用钻齿结构为桩基钻孔设备的工业化应用提供了理论基础。

杨晗[9](2020)在《晋城矿区ZH-L-03煤层气定向井关键钻进技术研究》文中指出随着我国对于产业结构的调整以及绿色发展的需求,煤层气等清洁能源越来越受到人们的青睐。晋城矿区是我国煤层气的重要产地,为了实现区内煤层气资源的高效、安全、经济抽采,对煤层气定向井施工过程中的关键技术进行研究有十分重要的意义。本文以中煤科工集团西安研究院有限公司晋城矿区ZH-L-03煤层气定向井项目为依托,通过理论分析、MATLAB模拟计算等方法,优化该井的井位布置、井身结构、轨迹设计;分析各种因素对井眼轨迹的影响,进一步得出研究区内影响轨迹稳定性的主要因素;综合研究区地层条件及类似定向井偏移规律得出造斜过程中实钻井眼轨迹易发生的孔段,通过FLAC 3D数值模拟计算,研究钻遇地层的应力分布、位移矢量及位移云图,定性地评价了钻孔轨迹偏移的影响机理;在分析轨迹控制机理的基础上,根据实际施工情况制定了分井段轨迹控制的技术手段;通过理论分析及现场试验,分析钻井液系统对井壁稳定性的影响,进一步选用配方及性能参数适宜于研究区的钻井液。“直-增-稳”二维定向井是抽采研究区煤层气的最佳施工井型;井位应布置在瓦斯含量高、构造相对简单的区域;当造斜点垂深为V1=617.62m,增斜率Kα=6.88°/30m,增斜角α=27.92°,此时井眼轨迹长1808.91m且为最短,达到了优化轨迹的目的。地质因素及技术因素均会在一定程度上导致钻井轨迹的偏移,就研究区而言,深度在790m860m砂质泥岩与粉砂岩组成的软硬互层是影响井眼轨迹稳定性的主要因素。在定向造斜段,钻进过程会打破原本的地应力平衡,钻头与岩石接触部位出现应力集中区以及塑性变形区,当钻具从硬岩进入软岩时,由于硬岩的岩石强度较大,阻止倾角变化,导致了钻孔轨迹的偏移;基于轨迹控制机理,通过优选钻井设备、钻具组合及钻进规程参数,采用分段式轨迹控制方案,可使钻进高效且施工结果满足设计要求。钻井液各性能参数均会对井壁稳定性产生影响,优选钻井液密度、pH值、含砂量、粘度等参数可达到定向钻井施工高效、安全、经济的目的。

方金[10](2020)在《钻进冲击载荷作用下软岩破碎规律的试验研究》文中指出由于井工煤矿生产的复杂性和特殊性,我国煤矿安全事故时有发生。当煤矿井下安全事故发生并造成人员被困时,采用冲击回转钻进技术钻进的地面救援孔可大幅度节约救援时间,达到快速救援目的。揭示钻进过程中软岩地层的破碎变化对快速成孔具有重大的指导意义,因此研究软岩在钻进冲击载荷作用下的破碎变化规律已刻不容缓。本论文主要以中煤科工集团西安研究院有限公司-复杂地层冲击载荷作用下快速破岩项目为依托,通过理论分析典型软岩的破碎变化规律、冲击软岩相似模型试验和冲击破碎软岩数值模拟等手段,对钻进冲击载荷作用下软岩的破碎规律展开研究。理论分析软岩受外载荷作用下的损伤累积过程以及尖断裂纹变化情况认为:典型的软岩破碎过程主要分为四个阶段,即微裂纹萌生、发展、扩展阶段和破碎,前期主要以累积损伤为主,中间会产生裂纹的变化与发展,裂纹进一步发育、贯通使岩石发生破碎。在查阅前人关于类似冲击试验所用装置的主要结构和功能的前提下,设计并研制出能够进行不同冲击功、不同规格碎岩球齿冲击破碎岩样的试验装置,装置主要包括:冲击落锤部分、球齿-砧体部分、岩样试件夹具部分和底座立架等部分。基于室内试验装置的研制和软岩相似材料的制作进行了室内试验,结果表明:在不同冲击功作用下,软岩以塑性压缩变形为主,形成的冲击坑较规则,压碎特征及冲击坑周围岩石破碎不明显,且增加冲击功不能改变软岩的力学行为特征。运用ANASYS/LS-DYNA软件进行冲击破碎软岩数值模拟,结果表明:碰撞过程中能量总体呈现逐渐衰减的变化趋势,且以动能转换为内能为主,冲击软岩前期岩样表面出现压缩变形,凹坑周围出现不明显的裂纹,连续冲击导致岩样内部裂纹逐渐发育,损伤累积加深,最终达到完全破碎,此时能量变化达到最大。研究成果可作为选择钻进工艺方法的参考依据,对提高冲击回转钻进工艺对软岩地层的适用性具有指导意义,也可以为后续孔壁失稳机理研究提供一定的参考和借鉴。

二、复杂地层钻进技术的研究与应用(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、复杂地层钻进技术的研究与应用(论文提纲范文)

(1)一种隔水隔卡的自锁式绳索取心钻具及应用(论文提纲范文)

1 双隔取心钻具的设计思路
2 双隔取心钻具的结构原理及特点
    2.1 岩心堵塞报信机构
    2.2 单向球阀
    2.3 内管部分
    2.4 岩心提断器
    2.5 钻头
3 生产试验
    3.1 在江西省大余县营孜里矿区试验
        3.1.1 ZK205孔试验概况
        3.1.2 试验效果
    3.2 在江西省寻乌县族坑村水文孔中的试验
        3.2.1 ZK501孔试验概况
        3.2.2 试验效果
4 分析与讨论
    4.1 取心机构设计的可行性
    4.2 底喷式钻头的设计理念
    4.3 碟簧与压力弹簧的使用效果对比
5 结论

(2)集束式潜孔锤水柱密封反循环形成机理与过程控制研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 集束式潜孔锤
        1.2.2 反循环钻进工艺
        1.2.3 气力提升工艺
        1.2.4 垂直管多相流
    1.3 存在问题与发展趋势
    1.4 研究内容与技术路线
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 研究方法与技术路线
2 水柱密封反循环物理模型
    2.1 水柱密封反循环钻进技术原理
        2.1.1 起始阶段
        2.1.2 发展阶段
        2.1.3 稳定阶段
    2.2 水柱密封反循环物理模型
        2.2.1 模型选取依据
        2.2.2 模型主要参数
        2.2.3 模型分析设计及说明
    2.3 两相流流动模型基本方程
        2.3.1 流体流动基本参数
        2.3.2 均相流动模型方程
        2.3.3 分相流动模型方程
        2.3.4 漂移流动模型方程
    2.4 垂直气液两相流流型
    2.5 流型判别准则及压降计算
        2.5.1 流型转化
        2.5.2 压降预测模型
    2.6 垂直气液两相流传热模型
        2.6.1 井眼环空与管内温度分布
        2.6.2 传热计算关键参数求解
    2.7 本章小结
3 孔底反循环起始瞬态分析
    3.1 孔底流体特性参数
    3.2 正交模拟方案设计
    3.3 数值计算模型及方法
        3.3.1 模型建立
        3.3.2 计算方法选择
        3.3.3 几何模型及网格划分
        3.3.4 边界条件设定
        3.3.5 流场的初始化
        3.3.6 算法选取
    3.4 结果分析
        3.4.1 压差
        3.4.2 气相质量流量
        3.4.3 液相质量流量
        3.4.4 瞬态反循环的发展过程
    3.5 瞬态反循环的形成机理
    3.6 本章小结
4 水柱密封反循环模拟实验
    4.1 相似模拟实验系统
    4.2 实验流程
    4.3 实验过程
        4.3.1 实验方案设计
        4.3.2 实验过程
    4.4 实验结果分析
        4.4.1 反循环临界值
        4.4.2 反循环形成机理
        4.4.3 反循环动力及效率
    4.5 本章小结
5 反循环通道多相流流动特性分析
    5.1 气液两相流模型求解
        5.1.1 边界条件
        5.1.2 求解方法
    5.2 反循环通道两相流模拟计算结果
        5.2.1 压力和温度分析
        5.2.2 不同气液量下孔底压力和液面高度
    5.3 反循环通道三相流模型基本方程
    5.4 反循环通道三相流模型计算结果
        5.4.1 相同携液量下的温度与压力分析
        5.4.2 不同携液量下的压力分析
    5.5 本章小节
6 水柱密封反循环现场试验研究
    6.1 反循环排水试验
    6.2 反循环钻进及排渣试验
        6.2.1 先导性试验
        6.2.2 改进试验
    6.3 水柱密封反循环钻进控制方法
    6.4 集束式潜孔锤结构改进
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
作者简历
学位论文数据集

(3)曙光煤矿裂隙带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究应用(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 问题的提出
    1.2 国内外技术现状
        1.2.1 工作面顶板和采空区瓦斯治理技术国内外技术现状
        1.2.2 随钻测量定向钻进技术国内外研究现状
        1.2.3 顶板大直径高位钻孔抽采技术研究现状
        1.2.4 存在的问题
        1.2.5 发展趋势
    1.3 研究内容、方法、技术路线
第2章 高位大直径定向钻孔瓦斯抽采机理研究
    2.1 煤层顶板覆岩采动裂隙分布特征
        2.1.1 煤层顶板采动覆岩裂隙剖面分布
        2.1.2 “O”形圈形成过程
    2.2 工作面采空区瓦斯运移规律
        2.2.1 采空区瓦斯来源
        2.2.2 采空区瓦斯运移
    2.3 瓦斯抽采机理
    2.4 高位大直径定向钻孔瓦斯抽采技术
    2.5 1226 试验工作面概况
        2.5.1 煤层情况
        2.5.2 顶底板岩性
        2.5.3 水文地质条件
        2.5.4 工作面通风方式
        2.5.5 工作面瓦斯涌出情况
    2.6 本章小结
第3章 高位定向钻孔轨迹设计研究
    3.1 高位定向钻孔布孔层位研究
        3.1.1 垮落带与裂隙带高度计算
        3.1.2 顺层高位定向钻孔布孔方式
    3.2 高位定向钻孔参数设计研究
        3.2.1 钻场位置确定
        3.2.2 钻孔参数确定
        3.2.3 建立相对坐标系
        3.2.4 初步绘制钻孔轨迹图
        3.2.5 钻孔轨迹设计原则
    3.3 本章小结
第4章 钻孔轨迹控制及定向钻进装备选型
    4.1 滑动定向钻进轨迹控制
        4.1.1 钻孔轨迹基本参数
        4.1.2 工具面向角对轨迹影响
        4.1.3 钻孔轨迹控制步骤
    4.2 复合钻进轨迹控制
        4.2.1 复合钻进技术原理
        4.2.2 复合钻进轨迹控制
    4.3 定向钻进装备选型
        4.3.1 定向钻机
        4.3.2 泥浆泵车
        4.3.3 随钻测量系统
        4.3.4 螺杆钻具
        4.3.5 通缆钻杆
        4.3.6 螺旋钻杆
        4.3.7 钻头
    4.4 本章小结
第5章 复杂地层成孔工艺研究
    5.1 复杂地层定向钻进工艺流程
    5.2 大孔径螺旋扩孔工艺
    5.3 护孔套管施工工艺
        5.3.1 孔口套管施工工艺
        5.3.2 复杂孔段套管施工工艺
    5.4 局部注浆工艺
        5.4.1 局部注浆工艺原理
        5.4.2 封隔器选型
        5.4.3 地面封隔器性能测试
    5.5 乳液型冲洗液研究
    5.6 本章小结
第6章 现场工业性试验
    6.1 钻孔轨迹设计
    6.2 现场施工情况
        6.2.1 钻场布置
        6.2.2 第一阶段现场施工
        6.2.3 第二阶段现场施工
        6.2.4 推广阶段现场施工
    6.3 施工效率对比分析
    6.4 施工成本对比分析
    6.5 本章小结
第7章 瓦斯抽采效果评价
    7.1 瓦斯抽采测定及评价方案
        7.1.1 瓦斯抽采测定方案
        7.1.2 瓦斯抽采评价方案
    7.2 抽采效果分析
        7.2.1 定向高位钻场瓦斯抽采效果分析
        7.2.2 普通高位钻场瓦斯抽采效果分析
        7.2.3 各钻场瓦斯抽采效果对比分析
        7.2.4 回风流瓦斯浓度
    7.3 本章小结
第8章 结论和展望
    8.1 结论
    8.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢

(4)软弱土层穿越的稳壁防偏钻井液技术研究(论文提纲范文)

作者简历
摘要
Abstract
绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 穿越轨迹控制技术发展现状
        1.2.2 封堵及抑制型钻井液研究现状
    1.3 研究目标、研究内容与技术路线
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 研究方法与技术路线
试验区土层物理力学特性研究
    2.1 工程地质条件
    2.2 物质组成
        2.2.1 矿物成分
        2.2.2 化学成分
    2.3 基本物理性质
        2.3.1 密度与比重
        2.3.2 含水率与液塑限
    2.4 单轴压缩试验
        2.4.1 试验方法
        2.4.2 单轴应力应变分析
    2.5 一维固结蠕变试验
        2.5.1 应变随时间变化规律
        2.5.2 应力与应变的关系
        2.5.3 孔隙比随时间变化规律
    2.6 三轴剪切蠕变试验
        2.6.1 应变随时间变化规律
        2.6.2 应力与应变关系
        2.6.3 孔压随时间变化规律
    2.7 小结
软弱土层孔壁失稳与钻孔致偏机理分析
    3.1 软弱土层孔壁失稳与钻孔致偏因素分析
        3.1.1 地质因素
        3.1.2 技术因素
        3.1.3 钻井液因素
    3.2 钻井液侵入地层失稳破坏特征
        3.2.1 软弱蠕变密闭地层的破坏特征
        3.2.2 渗透地层的破坏特征
        3.2.3 漏失性地层的破坏特征
    3.3 钻进轨迹致偏机理分析
        3.3.1 钻进轨迹控制机理
        3.3.2 钻孔造斜强度模型
    3.4 小结
遏制土层孔壁渗漏的作用机理与材料优选
    4.1 封堵技术的作用机理
    4.2 封堵材料的评价方法
        4.2.1 滤失量试验
        4.2.2 高压渗透失水试验
        4.2.3 堵漏试验
    4.3 封堵材料的优选及效果评价
        4.3.1 颗粒状堵漏材料优选与评价
        4.3.2 片状堵漏材料优选与评价
        4.3.3 纤维状堵漏材料优选与评价
        4.3.4 纳米材料优选与评价
    4.4 封堵材料的复配效果评价
    4.5 小结
抑制土层水敏软化的作用机理与材料优选
    5.1 粘土矿物水化膨胀机理
    5.2 抑制剂的评价方法
        5.2.1 滚动回收试验
        5.2.2 膨胀量试验
    5.3 钻井液常规抑制剂优选
        5.3.1 常规抑制剂单剂遴选
        5.3.2 常规抑制剂复配评价
    5.4 表面活性剂对土层抑制性的影响
        5.4.1 表面活性剂的特性和润湿机理
        5.4.2 表面活性剂的评价方法
        5.4.3 表面活性剂的优选与评价
    5.5 小结
稳壁防偏型钻井液体系优配与评价
    6.1 钻井液造浆粘土优选
        6.1.1 粘土矿物分类及性能
        6.1.2 膨润土加量优选
    6.2 钻井液降滤失剂优选
        6.2.1 降滤失剂单剂遴选
        6.2.2 降滤失剂复配优化
    6.3 稳定孔壁钻井液体系评价
        6.3.1 抑制性能评价
        6.3.2 抗盐性能评价
        6.3.3 抗钙性能评价
        6.3.4 抗污染性能评价
        6.3.5 水活度及润滑性评价
        6.3.6 温度稳定性评价
    6.4 稳壁防偏钻井液体系现场应用
        6.4.1 穿越工程概况
        6.4.2 钻井液技术现场应用
        6.4.3 应用效果评价
    6.5 小结
结论与展望
    7.1 结论与创新点
        7.1.1 结论
        7.1.2 创新点
    7.2 进一步研究思路
致谢
参考文献

(5)松科2井井底涡轮钻具工况采集与分析系统研究(论文提纲范文)

作者简历
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 科学钻探发展概述
        1.1.2 涡轮井底动力钻具简介
        1.1.3 科学问题及项目来源
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 随钻测量技术研究现状
        1.2.2 井下工程参数检测技术研究现状
    1.3 主要研究内容及技术路线
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 技术路线
第二章 井下涡轮工况参数检测设计
    2.1 松科2 井基本信息
        2.1.1 地理及构造概况
        2.1.2 地层概况及取心要求
        2.1.3 地层压力及温度
    2.2 松科2 井涡轮钻具
        2.2.1 涡轮钻具技术性能参数
        2.2.2 涡轮钻具结构与工作原理
        2.2.3 涡轮钻具输出特性
    2.3 井下参数检测系统总体设计
        2.3.1 系统的环境要求和特点
        2.3.2 检测系统原理总体框架
    2.4 参数检测方式设计
        2.4.1 加速度计式转速检测
        2.4.2 特制压强传感器设计
        2.4.3 组合应变片式扭矩与轴压检测
        2.4.4 贴片式热电阻测温
    2.5 本章小结
第三章 井下检测短节设计
    3.1 检测短节安装位置设计
    3.2 短节新型机械结构设计
    3.3 检测短节受力分析
    3.4 检测短节强度校核
        3.4.1 理论计算
        3.4.2 软件分析
    3.5 密封耐压设计与测试
        3.5.1 密封耐压初步设计
        3.5.2 实验室密封耐压测试
        3.5.3 密封耐压设计改进
    3.6 本章小结
第四章 井下检测电路设计
    4.1 检测电路原理设计
    4.2 检测电路元器件耐高温优选
        4.2.1 测井采集板芯片选型方案
        4.2.2 采集板及应变片粘结剂选择
        4.2.3 耐高温电池优选
    4.3 本章小结
第五章 地表分析系统设计
    5.1 数据分析
        5.1.1 扭矩与轴压耦合分析
        5.1.2 循环温度场分布分析
        5.1.3 新型摩阻式压强分析
    5.2 数据分析软件设计
    5.3 本章小结
第六章 室内试验及现场应用
    6.1 室内试验
        6.1.1 扭矩、转速试验
        6.1.2 轴压、压强试验
        6.1.3 温度、振动试验
        6.1.4 密封性能试验
    6.2 现场应用
        6.2.1 仪器组装与相关标定
        6.2.2 仪器连接与入井过程
        6.2.3 仪器取出与结果分析
    6.3 本章小结
第七章 结论
    7.1 结论与认识
    7.2 创新点
    7.3 不足与展望
致谢
参考文献

(6)热熔钻头外壳用Cf增强ZrB2-SiC陶瓷的制备及其性能研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 热熔钻进技术研究现状
    1.3 研究内容和研究方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
第2章 热熔钻头材料选择
    2.1 发热元件选择
        2.1.1 金属材料
        2.1.2 非金属材料
    2.2 加热方式选择
    2.3 壳体材料选择
        2.3.1 壳体材料选择
        2.3.2 备选材料的力学性能
        2.3.3 备选材料的抗氧化性能
        2.3.4 备选材料的加工成本
        2.3.5 壳体材料性能汇总
    2.4 本章小结
第3章 热熔钻头壳体材料数值模拟
    3.1 热传递过程
    3.2 模型建立
    3.3 ZrB_2-SiC温度场计算结果
    3.4 SiC温度场计算结果
    3.5 Al_2O_3温度场计算结果
    3.6 传热效果评价
    3.7 本章小结
第4章 ZSC_f复合材料的制备及其微观结构表征
    4.1 ZSC_f复合材料的制备
        4.1.1 引言
        4.1.2 ZSC_f试样的制备
        4.1.3 成分与结构分析
    4.2 本章小结
第5章 ZSC_f复合材料的性能测试及机理分析
    5.1 ZSC_f复合材料的性能测试
        5.1.1 抗弯性能
        5.1.2 维氏硬度
        5.1.3 断裂韧性
        5.1.4 抗热冲击性能
        5.1.5 抗氧化性能
    5.2 ZSC_f复合材料的性能与机理分析
        5.2.1 力学性能结论与分析
        5.2.2 抗氧化性能结论与分析
    5.3 本章小结
第6章 热熔岩石试验装置搭建
    6.1 电阻加热试验研究
        6.1.1 试验装置搭建
        6.1.2 电阻加热试验一
        6.1.3 电阻加热试验二
        6.1.4 电阻加热试验三
    6.2 感应加热试验研究
        6.2.1 试验装置搭建
        6.2.2 感应加热试验过程
        6.2.3 感应加热试验结果
    6.3 感应加热试验设计优化
        6.3.1 保温效果对熔岩效果的影响
        6.3.2 熔融物通道对熔岩效果的影响
        6.3.3 钻压对熔岩效果的影响
        6.3.4 石墨柱结构对熔岩效果的影响
        6.3.5 石墨柱尺寸对熔岩效果的影响
        6.3.6 石墨柱温降测试
        6.3.7 试验岩石成分测定
    6.4 本章小结
第7章 热熔岩石钻进试验
    7.1 试验过程
    7.2 试验结果
    7.3 不同壳体材料对钻进速率的影响
        7.3.1 对花岗岩钻进速率的影响
        7.3.2 对斜长岩钻进速率的影响
        7.3.3 对玄武岩钻进速率的影响
    7.4 不同SiO_2含量对钻进速率的影响
        7.4.1 对不使用壳体的影响
        7.4.2 对使用ZSC_f6 壳体的影响
        7.4.3 对使用SiC壳体的影响
        7.4.4 对使用Al_2O_3壳体的影响
    7.5 不同岩石对壳体的粘附性
        7.5.1 与ZSC_f6 壳体的粘附性
        7.5.2 与SiC壳体的粘附性
        7.5.3 与Al_2O_3壳体的粘附性
    7.6 本章小结
第8章 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 创新点
    8.3 展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢

(7)我国反井钻机钻井技术与装备发展历程及现状(论文提纲范文)

0 引言
1 机械化反井钻机钻井技术的提出
    1.1 传统反井施工技术与工艺
    1.2 机械化反井施工技术的突破
        1.2.1 下导上扩式反井钻机钻井工艺
        1.2.2 上导下扩式反井钻机钻井
        1.2.3 上导上扩式反井钻机钻井
        1.2.4 直接上钻式反井钻机钻井
2 反井钻井技术与装备发展历程
    2.1 国外反井钻井技术与装备发展历程简述
    2.2 我国反井钻井技术与装备发展历程
        2.2.1 小型反井钻机钻井研发阶段
        2.2.2 反井钻机钻井技术与装备发展阶段
        2.2.3 反井钻机钻井技术与装备成熟阶段
        2.2.4 反井钻机钻井技术与装备阶跃期
    2.3 重要科研项目
    2.4 反井钻井知识产权成果
        2.4.1 期刊论文与专利
        2.4.2 着作与标准
3 大型反井钻机钻井理论与技术
    3.1 反井钻机钻井围岩稳定控制技术
        3.1.1 注浆预加固技术
        3.1.2 冻结预加固技术
        3.1.3 反井围岩支护技术
    3.2 机械破岩机理与破岩技术
        3.2.1 破岩滚刀发展历程
        3.2.2 滚刀受力分析
        3.2.3 滚刀破岩机理
    3.3 反井钻机动力驱动控制技术
        3.3.1 反井钻机主机系统
        3.3.2 液压或电控系统控制
        3.3.3 供电系统
    3.4 导孔钻进与风险控制技术
        3.4.1 导孔钻具
        3.4.2 导孔钻进排渣技术
        3.4.3 导孔钻进偏斜控制技术
        3.4.4 导孔钻进风险分析与防控技术
    3.5 扩孔钻进与风险控制技术
        3.5.1 扩孔钻进参数变化历程
        3.5.2 钻头滚刀布置方法
        3.5.3 反井钻机钻进高效排渣技术
        3.5.4 扩孔钻进偏斜控制技术
        3.5.5 扩孔钻进风险分析与防控技术
    3.6 反井钻机钻井降温除尘技术
4 典型反井钻机钻井工艺应用
    4.1 溜矸孔反井钻机钻井工艺应用
    4.2 深大倾角斜井反井钻井工艺应用
    4.3 人工冻结地层中反井钻机钻井工艺应用
    4.4 地面预注浆改性地层中反井钻机钻井工艺应用
    4.5 井筒延伸工程中反井钻机钻井工艺应用
    4.6 富水冲积层反井钻机钻井工艺应用
    4.7 瓦斯管道井反井钻机钻井工艺应用
    4.8 双风井井筒反井钻机钻井工艺应用
    4.9 采区风井一次成井反井钻机钻井工艺应用
5 结语与展望

(8)反循环钻机工艺参数分析与钻头结构优化(论文提纲范文)

学位论文数据集
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 反循环钻机及参数优化
        1.2.2 人工神经网络及在工程监测中的应用
        1.2.3 钻进过程模拟及应用
        1.2.4 钻头3D打印技术
    1.3 主要研究内容
    1.4 技术路线
第二章 反循环钻机工艺参数分析
    2.1 工程简介
    2.2 反循环钻机成孔施工
        2.2.1 成孔工序
        2.2.2 成孔原理
    2.3 工艺参数分析
        2.3.1 用时分析
        2.3.2 成孔参数分析
    2.4 资源用量分析
    2.5 钻进效率参数分析
        2.5.1 参数选择及预处理
        2.5.2 预测方法与结果
    2.6 本章小结
第三章 反循环钻机的钻进过程模拟
    3.1 钻进过程分析与物理模型的建立
        3.1.1 钻进过程分析
        3.1.2 物理模型的建立
    3.2 模型的简化假设与边界条件设置
        3.2.1 模型简化与假设
        3.2.2 模型材料的定义与参数设置
        3.2.3 网格质量控制与独立性验证
    3.3 钻进过程模拟
        3.3.1 粉质黏土层钻进过程
        3.3.2 细中砂层钻进过程
        3.3.3 卵石层钻进过程
    3.4 模拟结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 基于均匀试验设计法的钻头结构优化
    4.1 均匀实验设计
        4.1.1 均匀实验设计法与正交设计方法比较
        4.1.2 均匀实验设计表与使用表
    4.2 钻进过程中的影响因素
    4.3 均匀实验模拟结果分析
        4.3.1 均匀实验模拟结果
        4.3.2 回归分析
    4.4 单齿模拟研究
    4.5 本章小结
第五章 反循环钻机钻头实验研究
    5.1 实验设备与实验方案
        5.1.1 实验设备
        5.1.2 实验方案
    5.2 实验过程与步骤
        5.2.1 钻头预处理
        5.2.2 载荷加载情况
    5.3 实验结果与分析
    5.4 三翼与筒钻复合式钻头设计
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介

(9)晋城矿区ZH-L-03煤层气定向井关键钻进技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 国外研究动态
        1.2.2 国内研究动态
        1.2.3 工程概况及技术难题
    1.3 研究内容、研究方法和技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
2 施工区地质概况
    2.1 基本概况
        2.1.1 交通情况及地理位置
        2.1.2 地势地貌
    2.2 地层特征
        2.2.1 区域地层
        2.2.2 含煤地层
    2.3 煤层及煤质
        2.3.1 煤层
        2.3.2 煤质
    2.4 构造及煤层特征
        2.4.1 构造特征
        2.4.2 煤层特征
    2.5 水文地质特征
        2.5.1 含水层特征
        2.5.2 隔水层特征
        2.5.3 主要含水层的补给与排泄条件
    2.6 本章小结
3 ZH-L-03井轨迹设计优化及轨迹影响因素分析
    3.1 煤层气定向井轨迹设计要求
        3.1.1 实际钻井工程的需求
        3.1.2 研究区地质特征
        3.1.3 钻具设备
        3.1.4 其他因素
    3.2 ZH-L-03井井位布置
    3.3 ZH-L-03井轨迹设计及优化
        3.3.1 轨迹类型设计
        3.3.2 关键参数的优化计算
    3.4 井眼实钻轨迹的影响因素分析
        3.4.1 地层因素对井眼轨迹的影响
        3.4.2 技术因素对井眼轨迹的影响
        3.4.3 其他因素对实钻井眼轨迹的影响
    3.5 本章小结
4 造斜段偏移规律及轨迹控制技术研究
    4.1 轨迹偏移规律分析
    4.2 偏移段数值模拟
        4.2.1 模型建立
        4.2.2 模拟计算方案
        4.2.3 边界条件的确定
        4.2.4 初始应力场
        4.2.5 位移矢量分布特征
        4.2.6 模拟效果分析
    4.3 ZH-L-03井轨迹控制技术分析
        4.3.1 钻井仪器设备和主要钻具
        4.3.2 钻井轨迹控制机制
        4.3.3 ZH-L-03井轨迹控制方案
        4.3.4 轨迹控制成果分析
    4.4 本章小结
5 钻井液配方优选
    5.1 钻井液对井壁稳定性的影响分析
        5.1.1 钻井液密度的影响
        5.1.2 钻井液抑制性的影响
        5.1.3 泥饼的影响
        5.1.4 钻井液的粘度的影响
    5.2 ZH-L-03井钻井液系统研究
        5.2.1 钻井液选取原则
        5.2.2 ZH-L-03井钻井液技术难点分析
        5.2.3 ZH-L-03井钻井液选择依据
        5.2.4 ZH-L-03井钻井液配方选取
    5.3 钻井液体系现场应用
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录 硕士研究生期间取得的学术成果

(10)钻进冲击载荷作用下软岩破碎规律的试验研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 选题意义
    1.2 国内外研究动态
        1.2.1 冲击回转钻进技术概况
        1.2.2 冲击回转钻进技术研究进展
        1.2.3 冲击回转钻进技术应用
    1.3 研究内容、研究方法、技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
2 软岩及其冲击载荷破碎理论
    2.1 软岩的物理力学性质
        2.1.1 软岩的定义
        2.1.2 软岩的分类
        2.1.3 软岩的力学属性
    2.2 冲击载荷碎岩相关理论
        2.2.1 损伤力学相关理论
        2.2.2 断裂力学相关理论
        2.2.3 软岩破碎理论分析
    2.3 本章小结
3 冲击破岩试验装置的研制
    3.1 总体功能设计
    3.2 冲击落锤部分结构设计
        3.2.1 冲锤设计
        3.2.2 提升系统设计
        3.2.3 导杆设计
    3.3 球齿-砧体部分结构设计
        3.3.1 砧体设计
        3.3.2 加压架与预紧弹簧组件
    3.4 岩样试件夹具部分结构设计
        3.4.1 周向围板
        3.4.2 上压紧板
        3.4.3 托板与基座
    3.5 底座立架部分结构设计
        3.5.1 安装底座
        3.5.2 基础底座
    3.6 试验装置结构图
    3.7 本章小结
4 软岩相似材料冲击试验研究
    4.1 相似材料相关理论
        4.1.1 相似定理
        4.1.2 相似准则的推导方法
        4.1.3 相似准则的推导过程
        4.1.4 参考原型的确定
    4.2 相似材料原料选取
        4.2.1 胶结剂的选取
        4.2.2 骨料的选择
        4.2.3 添加剂的选择
        4.2.4 相似材料的选择原则
    4.3 相似材料的设计与制作
        4.3.1 相似材料的设计
        4.3.2 制备所需工具
        4.3.3 试件的制作步骤
    4.4 单轴抗压强度力学测试及分析
        4.4.1 力学参数测试内容
        4.4.2 测试具体步骤
        4.4.3 测试结果及分析
    4.5 冲击破碎软岩试验
        4.5.1 试验内容
        4.5.2 软岩模型的制作
        4.5.3 试验流程
        4.5.4 试验方案
    4.6 试验结果分析
    4.7 本章小结
5 软岩相似模型冲击破碎数值模拟
    5.1 ANSYS/LS-DYNA软件介绍
        5.1.1 软件特点
        5.1.2 软件计算流程
    5.2 软岩模型冲击模拟
        5.2.1 几何模型及参数定义
        5.2.2 接触的定义
        5.2.3 边界条件和速度的定义
        5.2.4 输出及求解设置
    5.3 数值计算结果分析
        5.3.1 应力变化分析
        5.3.2 裂纹变化分析
        5.3.3 能量变化情况
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录

四、复杂地层钻进技术的研究与应用(论文参考文献)

  • [1]一种隔水隔卡的自锁式绳索取心钻具及应用[J]. 廖远苏,胡启锋. 煤田地质与勘探, 2021(04)
  • [2]集束式潜孔锤水柱密封反循环形成机理与过程控制研究[D]. 莫海涛. 煤炭科学研究总院, 2021(02)
  • [3]曙光煤矿裂隙带顺层长钻孔瓦斯抽采技术研究应用[D]. 郝钢. 太原理工大学, 2021(01)
  • [4]软弱土层穿越的稳壁防偏钻井液技术研究[D]. 邹玉亮. 中国地质大学, 2021(02)
  • [5]松科2井井底涡轮钻具工况采集与分析系统研究[D]. 朱旭明. 中国地质大学, 2021(02)
  • [6]热熔钻头外壳用Cf增强ZrB2-SiC陶瓷的制备及其性能研究[D]. 何林恺. 吉林大学, 2021(01)
  • [7]我国反井钻机钻井技术与装备发展历程及现状[J]. 刘志强,宋朝阳,程守业,洪文浩,荆国业,李新华,王来所,赵钧羡. 煤炭科学技术, 2021(01)
  • [8]反循环钻机工艺参数分析与钻头结构优化[D]. 陈佳蕊. 北京石油化工学院, 2020(06)
  • [9]晋城矿区ZH-L-03煤层气定向井关键钻进技术研究[D]. 杨晗. 西安科技大学, 2020(01)
  • [10]钻进冲击载荷作用下软岩破碎规律的试验研究[D]. 方金. 西安科技大学, 2020(01)

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复杂地层钻井技术研究与应用
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