- 当期目录
- 最新录用
- 优先出版 过刊浏览
-
2025,52(4):1-9, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.001
Abstract:
地下管线三维轨迹测量技术在保障管线施工安全、预防事故及应急响应等方面具有重要作用。管线三维轨迹测量包括施工前、施工中及竣工后轨迹测量三个方面,本文梳理了当前地下管线三维轨迹测量技术的研究进展,施工前轨迹测量主要利用地球物理探测技术,如电磁探测、探地雷达等;施工中轨迹测量常用手持导向仪;竣工后轨迹测量则依赖于轨迹测量仪。本文分析了各类测量方法的基本原理、技术现状及应用挑战,并探讨了综合探测方法的优势。未来的发展方向包括地下管线随钻数字孪生、多方法融合、智慧云端物联平台及三维轨迹虚拟现实可视化技术等,以提升测量的精度、效率和智能化水平。本文旨在为地下管线三维轨迹测量技术的进一步研究和应用提供一定的借鉴。
-
汤凤林, 鲁华章, 赵荣欣, Джураев Р.У., 李博, 刘浩, 段隆臣, Чихоткин В.Ф.
2025,52(4):10-16, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.002
Abstract:
俄罗斯幅员辽阔,其北部和西伯利亚地区地下多是多年冻结岩石。在冻结岩石中富含多种矿产,急待勘探与开发,要求钻探工程予以支撑和确认。这些地区的工程建设,也需进行钻探工程,以确定地下岩石的物理力学性质。在钻探施工中遇到的主要问题是冲洗液对岩石中冰的热作用,导致岩石塌落,孔壁坍塌,常常发生孔内事故。俄罗斯专家提出利用旋流制冷器,使其产生的冷空气的温度低于孔底岩石的温度,将其冷空气送到孔底,以保证正常钻进、安全施工,提高机械钻速,增加钻头进尺,取得了很好的经济技术效果。中国也存在多年冻结岩石和季节性冻结岩石,俄罗斯的冷空气洗井钻进多年冻结岩石技术,对中国具有一定的借鉴意义和应用价值。
-
2025,52(4):26-36, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.004
Abstract:
天然气水合物泥质粉砂岩储层具有弱胶结、强度低等特性,水合物分解,储层强度降低,渗流通道宽度减小甚至闭合。“双增”改造浆液是一种固化后能增强储层强度与渗透率的浆液,但双增浆液的流变性质与压裂液差异较大且不含砂,浆液劈裂施工参数对射孔簇内浆液扩展情况的影响机理尚不明确。本文基于扩展有限元法建立了二维水合物储层劈裂注浆数值模拟模型,研究射孔参数与劈裂模式对裂缝扩展的影响规律。研究结果显示:射孔簇间距诱导应力场在射孔簇间距较小时对裂缝扩展影响较大,浆液扩展转向明显,随着射孔簇间距的增大,簇间应力干扰逐渐减小,原始地应力对浆液扩展方向起主要作用;相同簇间距下射孔数量越多,簇间应力干扰越强,射孔簇间距越小;同步劈裂模式下浆液扩展距离不均匀,顺序劈裂与交替劈裂时,先前形成的裂缝会被逐渐挤压,裂缝宽度逐渐变小,增加了后续射孔簇的起裂压力,不利于储层起裂。研究结果为天然气水合物储层劈裂注浆设计提供了一定参考依据。
-
谷怀蒙, 郑少军, 刘天乐, 徐浩, 万涛, 代天, 蒋国盛
2025,52(4):37-45, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.005
Abstract:
固井水泥浆制备过程中,超高的拌浆速度容易引入气泡,导致水泥浆难以配制到正确密度,进而会对浆体性能和水泥环的密封完整性产生不利影响。本文以脂类消泡剂X60L为例,探究不同掺量的X60L消泡剂(0%、0.5%、1%、1.5%)对油井水泥抗压强度的影响。结合热重分析、X射线衍射分析、X射线计算机断层扫描测试和扫描电子显微镜测试,掌握水泥浆微观结构变化规律,明确消泡剂对水泥浆的作用机制。研究结果表明,水泥石的抗压强度呈现先增加后降低的趋势,而孔隙率则呈现先降低后增加的趋势。当消泡剂掺量为0.5%时,水泥石具有最低的孔隙率和最高的抗压强度。水泥石孔隙率越大,抗压强度越小,抗压强度和孔隙率呈明显负相关,且符合Schiller函数(R2=0.98)。消泡剂的掺入并不会改变油井水泥的矿物成分和水化产物,消泡剂主要通过降低气泡的表面张力,使气泡难以维持从而破碎。但随着消泡剂掺量的增加,过多的消泡剂反而会阻碍水与水泥的接触,抑制水泥水化,并引入“消泡剂孔”,使得水泥石的孔隙率增大,抗压强度减小。
-
2025,52(4):46-53, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.006
Abstract:
钻井液防漏堵漏是保障钻井安全、保护储层、减少经济损失、提高钻井效率和助力环境保护的关键技术措施。由于现场实际观测和实验条件限制,漏失地层的堵漏机理难以探究。为更好地解释裂缝型漏失地层的颗粒堵漏机理,本研究使用COMSOL Multiphysics建立了裂缝型地层的封堵模型,并分析了颗粒浓度、颗粒粒径及颗粒级配对裂缝型漏失地层封堵效率的影响,从而揭示其颗粒封堵的具体机理。结果表明:(1)封堵效率与颗粒尺寸呈正相关。在相同浓度下,颗粒粒径越大,封堵形成时间越短。(2)颗粒浓度存在一个有效封堵范围,颗粒浓度过低时无法形成有效封堵,而颗粒浓度过高时封堵效率趋于饱和。(3)颗粒级配可协同提升封堵效率和封堵致密性。大尺寸颗粒浓度相同,小尺寸颗粒浓度质量分数增加1%时,最终漏速降低了35%;小尺寸颗粒浓度相同,大尺寸颗粒浓度质量分数增加4%时,裂缝桥堵形成时间减少了50%。堵漏颗粒中小颗粒主要影响封堵层的致密性,大颗粒主要影响封堵效率。
-
姜天杰, 菅光霄, 刘峰, 秦璐, 高名浩, 王姣姣, 孟庆威
2025,52(4):54-60, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.007
Abstract:
方位角作为表征井眼轨迹的主要参数,在常规的MWD随钻测斜中其测量值由于受复杂地磁环境及干扰磁场的影响而产生误差。针对底部钻具组合磁化磁场对方位角测量的影响,利用磁力仪对不同钻具端部磁化磁场进行了实验测试。通过数据拟合,得出不同钻具端部磁化磁极强度值,根据磁场叠加原理,进一步对具体钻具组合在测点处产生的干扰磁场进行计算,量化分析钻具磁化磁场对方位角测量精度的影响。研究结果表明:钻具端部磁化磁场强度在钻具轴线方向上随距离的增加而呈指数形式迅速衰减,最终趋近于零。与常规的随钻方位角测量间接修正相比,通过钻具磁化磁场的实验测试可实现对钻具磁干扰对方位角测量影响的直接校正。
-
2025,52(4):61-68, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.008
Abstract:
地热能是一种清洁环保且可永续利用的能源,随着“双碳”目标的提出,地热能日渐成为实现净零排放目标的重要力量。随着地热资源开发不断深入,高温高压深井日益增多,国内地热井已达到5000 m深度。高温高压环境易引起固井材料强度衰退、外加剂失效和失水量过大等问题,对于高温固井材料性能要求越来越高,为此需要一种浆体稳定性优异、稠化时间可控、结石体强度高、绿色环保的新型耐高温固井材料。通过分析固井材料组分作用机理,进行正交试验和极差分析,研制了一种适用于中深层地热井的抗高温(120 ℃)固井材料。试验结果表明,固井材料的密度、析水率、结石率、稠化时间、失水量、防窜性、结石体抗压强度和抗折强度等性能均满足中深层地热井的固井工程要求。
-
2025,52(4):69-74, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.009
Abstract:
为提升大尺寸井眼中钻具强度,某特深井首次采用?168.3 mmS135钻杆,有效保障了大尺寸井眼钻具安全,但回厂检测钻杆时仍然发现了多种失效形式。通过钻杆生命周期追溯、统计分析、钻柱力学分析以及实验研究等方法找到了失效原因。研究表明,大尺寸井眼中?168.3 mm钻杆失效类型主要是螺纹磨损、钻杆弯曲、钻杆腐蚀和疲劳失效。螺纹磨损主要是由钻杆使用时间长、上卸扣次数多引起,但常规API螺纹结构也有待优化以提高螺纹抗磨损能力;钻杆弯曲是由于钻杆在大拉伸载荷下,长时间承受较大弯曲应力最终导致其发生塑性变形;钻杆腐蚀是由于出井钻杆表面残留有钻井液,在空气-水-氯离子的环境中腐蚀速率大大增加;钻杆疲劳失效是由钻铤附近的钻杆应力集中明显、大尺寸井眼中钻具弯曲变形大引起。基于钻杆失效原因分析,提出了预防大尺寸井眼中?168.3 mm钻杆失效的措施。研究成果可为S135钢级?168.3 mm钻杆在特深井大尺寸井眼中的安全应用提供指导。
-
2025,52(4):75-80, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.010
Abstract:
中空万向节是中空螺杆取心钻具中的薄弱环节之一,它直接影响着中空螺杆取心钻具的使用寿命。在传统实心挠性轴万向节的基础上进行中空化设计,并利用有限元软件对中空万向节进行了力学分析,研究了力学参数,几何参数对其力学性能的影响。结果显示,与常规挠性轴万向节相比,具有通浆孔的中空万向节在通浆孔处应力、应变较大,易发生损伤失效,其他部位的受力情况与同尺寸不具备通浆孔的中空万向节基本一致,通浆孔并未改变其他部位受力情况;应力和扭矩呈比例关系;应变随着扭矩的增大而增大,但增加的幅度随着扭矩的增大而降低,呈非线性规律变化;当通浆孔距离端面250 mm时,应力、应变均为最小,该尺寸为最优尺寸。研究结果为后续高性能中空万向节的设计奠定了基础。
-
2025,52(4):81-88, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.011
Abstract:
大庆油田受长期注水调整开发影响,地下压力系统复杂,平面区域的异常高压区广泛分布,同时油层具有埋藏浅、环境温度低等特点。在固井环节,水泥浆受低温环境影响,水化速率下降,浆体结构发展缓慢,另外水泥浆在胶凝过程中易被地层高压流体侵入,导致水泥环的封固能力下降。本文从“晶核诱导”促进水泥水化理论出发,利用化学沉淀法制备水化硅酸钙溶胶早强剂(记为DQZ-1),其加量为2%~10%时40 ℃×8 h水泥石抗压强度较净浆提高39%~153%。微观分析DQZ-1加速水泥水化产物的生成,低温环境早强效果良好。为了增强水泥浆体系低温早强与防窜性能,添加水化硅酸钙与胶乳组分,针对两者接触发生的破乳、沉降分层、稠度高等问题,研选聚羧酸盐MD,使水泥浆维持低初始稠度的同时早强效果明显。研选高聚物溶胶X,使体系拥有良好的防沉降性能,在合理配伍后,制备出一种性能稳定的早强防窜乳液复合剂(记为DZK)。该复合剂可促进油井水泥水化,生成更多的水化产物,水泥浆性能系数SPN值小于3,且静胶凝强度过渡时间较净浆缩短81%。低温早强防窜乳液复合剂在大庆油田应用23口调整井,固井质量优质率100%,油层优质井段比例达96.3%,取得良好的试验效果。
-
2025,52(4):89-95, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.012
Abstract:
为了解决煤矿区地面管道井采用“掘巷找井”方式连通巷道与井眼存在的辅助工作量大、成本高,井下切割地面井管道动火作业存在安全隐患等问题,创新提出了地面管道井直接透巷解决方案。通过分析安全透巷过程影响因素,采用优化后的二开透巷井身结构,研究了透巷状态下技术方案,形成了地面管道井直接透巷新型透巷成井技术,变“巷找孔”为“孔找巷”。根据不同工况,提出二开一次成井和二开二次成井两种工艺,解决不同井眼尺寸一次成井的问题,避免井下二次开挖。该技术在淮北矿区排水管道井的现场试验及推广应用表明,二开结构管道透巷井工艺技术安全可靠、节约成本、有效减少煤矿井下辅助工作量,研究成果可对不同矿区地面管道井实施提供重要参考依据。
-
刘晓林, 高洁云, 杜一锦, 王飞虎, 申茂, 宋志彬, 姜宇昊
2025,52(4):96-102, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.013
Abstract:
CGJ系列搓管机是用于城市建设领域的系列化大口径套管驱动岩土钻掘设备,作为机电液一体化设备,其采用了基于PLC的电控系统。本文主要介绍基于PLC的电控系统的研发和应用情况,首先对电控系统进行功能需求分析,在此基础上进行电控系统硬件设计和程序设计,以专用PLC作为主控元件,文本显示器作为人机交互设备,线控操作盒作为系统输入,集成市场成熟的无线遥控技术和模拟量/CAN模块,实现了具有人机交互功能的,集无线遥控、远程线控和应急手动多种操作模式于一体的电控系统。对搓管机及同类设备的电控系统研发设计具有一定参考价值。
-
2025,52(4):103-110, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.014
Abstract:
以钻代槽是利用浅层钻探替代槽探工程,提高绿色勘查程度的一种工作方法。前人主要从钻探设备与取样工艺适用的角度,论证了该方法的有效性,并通过多个钻孔中标志层的识别与对比,获得孔内面状构造的倾向等产状数据。然而,多个钻孔势必会增加对环境的扰动,且在面对复杂的岩层及构造变形区时,存在因无法准确识别和对比标志层,而不能计算出产状的问题。构造解析与孔内成像技术能够提高以钻代槽的绿色勘查效果。在西秦岭辛家咀金矿勘查区,利用构造解析的方法,查明了与成矿作用有关的石英透镜体不同轴长的比例特征,为钻孔部署提供了遵循;在钻孔中实施了孔内成像技术试验,识别了孔壁岩性,测量了地层与石英脉的产状,其数据与临近出露的基岩一致。试验结果表明,基于构造解析与孔内成像技术的以钻代槽勘查新方法,相较于前人更多依赖钻探工程的以钻代槽,以较少的钻探工作量,获得了更为准确和丰富的数据,提高了绿色勘查的水平。另外,采用锂电池驱动的便携式电动钻机以更加轻便、更加安全和更加友好的性能,呈现出更加绿色的特点,具备推广应用的价值。
-
王志祥, 陈冲, 郭如伦, 陈国鹏, 许非, 蒲俊佚, 次旦, 袁忠伦, 巴桑次仁, 欧涛, 格桑
2025,52(4):111-120, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.015
Abstract:
羌塘盆地油气资源勘查工作力度不大,存在大量空白区域有待进一步探索。地质调查井是羌塘盆地油气资源调查研究的重要工程手段,主要采用绳索取心钻进工艺获取全孔段高质量岩心与测井通道,在10余年间已逐渐替代提钻取心钻进工艺。羌塘盆地地理位置与气候条件特殊,地层条件复杂,绳索取心钻进工艺在该区域应用遇到了许多施工难点。笔者结合岩性测试数据和地层应力条件,分析阐明绳索取心钻进工艺与全面钻进工艺在井身结构、钻进参数、钻井液、堵漏堵涌等方面存在显著差异,相关参数指标与实践经验无法简单照搬。同时,整理羌塘盆地多年地质调查井典型问题,围绕绳索取心钻进工艺井壁稳定、钻井液、涌水漏失、工程实施等方面进行详细阐述分析,可为今后该区域地质调查井设计与施工提供重要参考。
-
孙振添, 邹志飞, 何铁柱, 李晓东, 张文洋, 陈家玺, 孔繁玉, 王煜曦
2025,52(4):121-128, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.016
Abstract:
北京市某地热井在钻探施工中遇到泥岩造浆严重、钻井液性能恶化、井壁坍塌、卡钻埋钻事故频发等诸多技术难题。针对该井存在的问题,本文系统阐述了原钻井液体系的改进方案及双聚防塌钻井液的工程应用情况。通过室内实验,对原钻井液的流变性、滤失量、抑制性等性能指标进行优化改进,并在钻探现场应用,实现原钻井液向双聚防塌钻井液体系的逐步转化。实践证明,改进后的钻井液在护壁效果、流变特性、润滑性能及钻进效率等方面均获得显著提升。研究同时指出当前钻井工艺中固控设备效能不足等局限性问题,并提出针对性技术建议,为同类地热井工程的钻井液设计与施工提供重要参考。
-
陶学伟, 张凯恒, 郎振威, 黄顺, 冯建业, 江杰, 周昌
2025,52(4):129-138, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.017
Abstract:
在矿山、水利等工程中,通过注浆加固提高裂隙岩体工程性质、加强其强度的施工工艺得到了广泛应用。为研究注浆加固中各种注浆因素和注浆方法对裂隙岩体强度的影响,以及裂隙岩体注浆加固后冻融作用对其工程性质的影响,使用水泥砂浆等材料按一定相似比制作可以模拟裂隙原岩力学特性的相似材料,通过对浆液水灰比、注浆流速(注浆压力)、浆液温度等因素进行相关变量的控制,分别用无机材料、无机复合材料以及有机材料对裂隙岩体进行注浆加固。通过模拟该地区的气候等环境条件下,对各类因素进行相关试验,进而分析各类因素对注浆加固的影响;最后根据试验结果,对注浆参数进行优化设计,根据新疆准东西黑山矿区中联润世露天煤矿边坡的工程地质条件和地质环境进行注浆加固方案设计及监测,对该地区和其他地质特性及区域特征相似的露天矿边坡灾害防治具有一定借鉴意义。
-
2025,52(4):139-145, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.018
Abstract:
彬长矿区高家堡矿井位于黄陇侏罗纪煤田中部,主采煤层上覆洛河组砂岩含水层,具巨厚、低渗、富水性不均等特点,随着开采深度增加,矿井水害严重威胁安全生产,现有排水系统难以满足需求,急需扩容。为此构建集中排水系统,实施大直径排水钻孔施工,成孔直径?950 mm,深810 m,开创性地利用“套管内径大小头+焊接螺纹钢筋圈+预制钢筋钩”制作套管水泥浮力塞的方法,安装了378.8 t排水管路。在该地区实施大直径排水钻孔施工中,钻遇地层条件复杂,易发生孔壁垮塌、缩径卡钻等事故,施工穿越巨厚洛河组砂岩含水层,部分孔段岩石可钻性差,钻进效率较低,工程整体难度大。针对此类问题,本文提出了控制钻井液失水、优化钻具组合和维护钻井液性能等针对性解决措施,取得了良好的实践应用效果,为矿区水害防治提供了可行性方案。
-
2025,52(4):146-153, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.019
Abstract:
景区地质灾害不仅对自然景观和生态环境造成破坏,还严重威胁游客的生命安全。本文对北京石门山景区崩塌地质灾害特征进行介绍,对危岩体的规模、破坏模式和稳定性进行系统分析,结合景区位置、灾害规模和内部交通条件,对多种治理方法进行比选分析,通过采用上部清理危岩浮石、底部挡墙防护及避让的综合治理措施,最大程度地保护景区的自然景观、自然资源和游客人身安全,探索出与景区风景相协调且经济合理的治理方案,以期为类似景区地质灾害治理提供一定借鉴。
-
贺占海, 张志强, 王杰亭, 陈向平, 高承成, 胡朝彬, 齐旭锋, 张长斌
2025,52(4):154-160, DOI: 10.12143/j.ztgc.2025.04.020
Abstract:
灌注桩后压浆工艺能够提高桩的承载能力、减少变形,在国内得到广泛应用。但由于后压浆施工隐蔽性大,在许多工程应用中出现了问题。大量实践表明,相同条件下单桩承载力往往存在较大差异,简单套用桩基规范计算单桩承载力,多数情况计算值明显高于静载试验结果,给工程建设带来较大安全隐患。本文提出的单桩承载力综合估算法,从多方面分析,引入承载力增幅γ、承载力增强系数β、综合影响因子λ,涵盖各影响因素,计算公式简单易懂,方法便捷可行。经过多个工程实例的应用验证,结果贴近实际,安全可靠性高,应用效果良好。
2025年第52卷第4期
综述
钻探理论与方法
钻探技术与装备
工程实践与应用
-
基于3D有限元仿真的钻柱接头应力分析与集中系数研究
Abstract:
钻井工程中,钻柱接头螺纹连接处失效占钻柱总失效的86%,是钻柱失效的主要风险部位。为了深入分析接头部位的应力分布及应力集中情况,基于有限元软件,对API标准的单、双肩钻柱接头进行了轴向和扭转载荷下的应力分析,并针对特定接头计算了轴向和扭转的应力集中系数,便于工程计算接头最大应力分析钻柱疲劳。研究发现,API单肩螺纹接头最大应力集中区域位于螺纹啮合部位第一圈齿根处,双肩螺纹接头最大轴向应力和最大剪切应力均显著低于单肩螺纹接头,尤其在大扭矩作用下表现出更优越的性能。针对特定接头,分析确定接头的轴向应力集中系数为4.21,扭转应力集中系数为3.73。本研究对接头性能优化设计、钻井系统应力计算和疲劳寿命预测提供了重要参考。
-
岩心磁化率数据在找矿勘查工作中的应用分析
Abstract:
本研究以松江河金矿外围找矿勘查工作区为例,通过对3个钻孔岩心的磁化率测量及对比分析,探讨了岩心磁化率数据在找矿勘查中的应用效果。研究采用加拿大KT-10型便携式磁化率仪,测量了1858个岩心样品,结合钻孔柱状图与磁化率曲线对比分析,研究结果表明:岩心磁化率数据对黄铁矿化位置的标记作用显著,能够有效指示矿化蚀变带;磁化率参数在地层划分中具有辅助作用,有助于区分不同岩性及构造特征。具体定量结果如下:钻孔ZK1岩心磁化率数据最大值为147.727×10?3(SI),最小值为0.013×10?3(SI),平均值为2.82482×10?3(SI)。在矿化蚀变强烈的区段(如49.00 - 50.00m、65.50 - 67.50m等),磁化率值显著增加,相较于正常区域有明显的异常增幅。石英脉与其他岩石有较明显的磁性差异,石英脉的磁化率小于0.30×10?3SI,平均为0.10×10?3SI,而其他岩石磁化率一般大于1.0×10?3SI。本研究结合钻孔柱状图与磁化率曲线对比分析,验证了磁化率数据在找矿勘查中的实用价值,为新一轮战略找矿突破提供了科学依据。
-
旋转扶正底部钻具组合滑动钻进受力分析与优化
刘航铭, 张所邦, 胡胜华, 宋永朋, 陈霖, 万继方, 赵子栋, 李永超, 胡冰, 肖雨, 陈敏
Abstract:
为解决传统水平井“单弯单稳”底部钻具组合在滑动钻进时的托压现象和井斜问题,提高钻井效率和井下安全,创新性提出一种旋转扶正底部钻具组合,基于前期的现场试钻效果和数据资料,并应用纵横弯曲梁理论建立底部钻具力学模型,重点对其钻头侧向力与扶正器摩阻进行计算,模拟分析了不同结构参数、井身参数和钻井参数下力学性能变化规律,结果表明:螺杆弯角度数的改变对钻头侧向力和扶正器摩阻的影响并不明显,根据实际情况,不推荐使用弯角过大的螺杆,以减小井壁对钻具的磨损;扶正器外径与钻头到扶正器距离对钻头侧向力和摩阻的影响较为显著,在对结构参数进行优化时,可结合不同井身参数条件下,主要采取调整扶正器外径和位置的方式以满足不同造斜需求;为提高钻井效率和井下安全,推荐该钻具组合采用扶正器外径范围在0.214~0.215m,弯角度数范围在1.5~2°,扶正器到钻头距离在0.4~1m,弯点到扶正器距离范围在1.4~1.8m。研究结果可指导旋转扶正底部钻具组合结构参数的优化设计,指导该工具的现场应用,以提高造斜段滑动钻进良好的造斜效果,降低托压风险,具有工程指导意义。
-
钻具结构与钻进参数对月壤采样率的影响规律
Abstract:
“嫦娥五号”探月工程任务的圆满完成,标志着我国对月球采样的开始。为了获得月表地质信息,且针对月球的低重力和无循环介质等特殊环境条件,螺旋钻具对此有着较好的钻进采样效果。为了获得较好的采样效果,提高钻进采样率,本文结合转速和钻速2个钻进参数,以及钻具长度、钻具内径、螺距和螺旋翼高度4个钻具结构参数总计6个参数,采用正交试验,进行模拟月壤钻进采样试验。同时采用极差分析和方差分析法对采样率和密度变化率2个试验指标结果进行分析,获得以下结论:(1)分别获得采样率和密度变化率指标下的各因素影响程度排序。(2)分别获得各因素对采样率和密度变化率的影响趋势。(3)分别获得采样率和密度变化率两个试验指标下的参数优化组合。
-
黏土层钻进分析与实践
Abstract:
在黏土层钻进中易出现缩径、崩塌、黏附卡钻等事故,以及泥包钻头,憋泵现象;且黏性土层具有一定的造浆能力,从而改变了钻进液的性能指标;同时,钻进液直接冲刷岩芯,影响钻进效率以及岩芯采取质量。通过对黏土的力学特性、水化机理、冲洗液的影响、岩芯保护进行深入分析,进而为钻头,岩芯采取方式,冲洗夜等通过设计改进、试验分析、现场实践优化钻进工艺,提高在黏性土层钻进效率,降底钻进成本。
-
QC在地质钻探安全管理中的应用
Abstract:
QC小组是质量控制的具体实施载体,是一种有效的员工参与企业管理的组织形式,具有促发员工积极性与创造性,增强人员素养和协作能力,提升管理水平的作用。安全管理作为生产管理不可或缺的重要组成部分,由于组织结构壁垒、沟通机制不健全、激励与问责失衡等原因,一直存在管理与执行脱节的问题,导致安全责任失职失控、安全隐患重复出现、安全生产事故时有发生。针对此问题,文章以地质钻探为例,通过组建QC小组,定期召开活动会议,运用因果图、戴明循环等质量管理的理论和方法,采取一系列改进措施,推进员工安全责任意识的不断强化、制度实施细节的持续完善、教育培训效果的巩固增强、监督检查质效的有效提升。在降低生产安全事故发生率与经济损失的同时,促使安全管理的规范化、程序化进一步增强,安全管理水平显著提升。
-
月球钻进中正面钻遇砾石地层的负载参数特征分析
Abstract:
人类对月球的探索逐渐深入,这可为以后在月球的长期工作打下基础。但是在这个过程中存在着一个关键问题亟待解决:月壤中存在着的砾石地层无疑会在月球钻探中给钻探设备带来磨损与故障的风险。针对这个问题,本文以砾石含量,砾石尺寸与砾石排布为影响因素,以钻进功率,钻进扭矩与钻进阻力为目标参数,进行正交物理试验,得到以下结论:对钻进功率的影响从大到小排序为砾石尺寸、砾石含量、砾石排布,砾石含量与功率的关系为功率会随着砾石含量的升高先下降再升高,功率与砾石尺寸的关系为功率随砾石尺寸的升高先升高再下降,砾石排布与功率的关系为功率随砾石排布的升高先升高再下降。对钻进扭矩的影响从大到小排序为砾石排布、砾石含量、砾石尺寸,扭矩与砾石含量和砾石排布成正比,与砾石尺寸的关系为扭矩随砾石尺寸的升高先升高再降低。对钻进阻力的影响程度由大到小为砾石排布、砾石含量、砾石尺寸。阻力与砾石排布和砾石含量成正比,与砾石尺寸的关系为阻力随砾石尺寸的增大先减小再增大。
-
基于实时数据流对比的钻速建模算法
Abstract:
为提升钻井效率与预测精度,本文设计了一种基于实时数据流对比的钻速建模算法。通过主井与九口历史井的数据流比对,构建了一个面向实时更新与模型复用的预测框架。系统首先利用滑动窗口机制对主井数据动态切片,并以K近邻方式从九口井中提取同深度段数据,构建参考数据集。再结合快速傅里叶变换与频谱相似性指标,实现主井窗口与历史数据的频域对比。当相似度高于设定阈值时,系统复用历史模型,否则即时触发重新建模。建模过程采用随机森林算法,融合主井累计窗口数据与历史近邻数据,并按“80%训练+20%测试”的方式进行训练验证。在最终建模效果中,模型表现出高度稳定性与良好泛化能力,平均R2为0.99,残差围绕零值分布。该系统为钻速预测提供了具备实时性、自适应性与可拓展性的建模策略,为智能钻井决策提供了重要支撑。
-
新场-合兴场区块须家河组难钻地层PDC钻头研制及应用
Abstract:
针对新场-合兴场区块须家河组地层硬度大、可钻性差、研磨性高、非均质性强等破岩难题,建立了须家河组地层抗钻特性参数剖面,开展了目标层段工程需求及典型钻头失效形式分析,结合不同类型切削齿破岩特性研究,开展了布齿方式优化,提出“圆形+楔形”双排平面混合布齿结构。通过开展钻头受力分析,优化设计冠部轮廓、刀翼结构、保径结构,形成“高导向性+力平衡稳定性”切削结构,最终研制出须家河组难钻地层定制化PDC钻头。现场应用平均机械钻速4.88m/h,提升41%;平均行程进尺347.16m,提升104%,为新场-合兴场区块须家河组二段致密砂岩气藏钻井提速突破提供了新的技术手段。
-
新疆页岩气(油气)钻井施工工艺
张 飞, 代振龙, 熊虎林, 杨满仓, 迪力夏提·艾海提, 李 强, 王奇峰, 樊建刚
Abstract:
新疆作为我国页岩气(油气)资源潜力巨大的区域,其复杂的地质条件(如深层、强水敏性页岩等)对钻井施工工艺提出了严峻挑战。本文以小口径地质调查井和页2井和大口径强巴1井的钻井实践,系统分析了适合新疆地区的钻井技术优化方案,包括设备选型、钻头选型 、防斜打直、冲洗液、堵漏和智能化监测等关键技术。通过现场实践验证,优化后的钻井工艺显著降低了复杂事故率,提高了钻井效率,为新疆页岩气(油气)经济高效开发提供了技术支撑。未来需进一步攻关低成本钻井技术和智能化钻井技术,以适应规模化开发需求。
-
岩石强度随钻预测及其机制解释研究
Abstract:
准确评估岩石强度,尤其是在隧道施工过程中的实时强度预测,是确保工程安全和优化设计的关键基础。随着智能化施工技术的发展,基于随钻参数的机器学习预测方法在岩石强度评估领域展现出巨大潜力。然而,传统机器学习模型的黑箱特性限制了其在工程实践中的可信度和应用价值。为此,本研究首次提出了一种基于可解释人工智能的随钻参数岩石强度预测方法,通过SHAP分析技术解析XGBoost模型的决策机制,实现预测过程的透明化和可解释性。研究结果表明,构建的XGBoost模型在岩石强度预测方面取得了良好效果,测试集预测精度达到75.71%。更重要的是,SHAP值分析定量揭示了各输入参数对预测结果的贡献机制,发现钻速均值以25.67%的贡献度占据主导地位,而参数变异性指标(标准差类)的总贡献度高达49.70%,这一发现突破了传统认知中仅关注参数均值的局限性。本研究揭示了随钻参数随钻进深度变化的一般规律,实现了岩石强度随钻预测,对推动地下工程参数预测的可解释性和工程应用具有重要意义。
-
基于不同相关性的钻速预测模型对比
Abstract:
针对钻井过程中的钻速预测与优化问题,提出了一种基于相关性分析的建模算法。通过对来自10口油气井的21912组数据进行分析,首先对数据进行了预处理,包括去除无关参数、填补缺失值、处理离群值、数据平滑和归一化等步骤,确保了数据质量的可靠性。随后,基于4种相关性计算方法(Pearson/Spearman/ Kendall/Chatterjee),分析了多个钻井参数与钻速之间的相关性,发现钻井液密度、固相含量、泵量等参数对钻速影响显著。在建模方法上,采用了多层感知机(MLP)和随机森林(RF)两种回归模型,结合不同数量的相关性参数进行训练和验证。通过对比不同相关性算法与特征数量对模型性能的影响,结果表明,Pearson算法在多层感知机模型中表现最佳,而在随机森林模型中,所有算法的表现均较为稳定,R2值高达0.96,同时,随机森林较多层感知机模型表现更为优秀。结果表明,相关性分析不仅能够有效提取影响钻速的关键参数,还能优化模型的建模过程。结合机器学习和特征选择技术,本研究为钻速预测与优化提供了一种智能化的新途径,并为实际钻井工程提供了理论支持。
-
人才与技术相结合仍然是钻探工程发展的鲜明主题 ——湖北省地质局地质钻探工作启示
Abstract:
地质钻探工程是地质工作的重要技术手段,我国钻探工程的发展经历了计划经济的高峰期和九十年代专业分工的低谷期,从2000年开始,由于国家在改革开放中的高速发展,矿产需求持续增加,地质找矿工作再次被重视,但近几年,地质找矿投入普遍减少,地质钻探工作如何可持续和高质量发展成为钻探工作者最为关心的话题。本文借助湖北省地质钻探工作的情况进行例证和分析。
-
一种基于扭摆工具面控制钻孔轨迹的方法
Abstract:
针对定向钻孔轨迹特点,分析了多种轨迹计算模型误差、工具面角计算误差及其对轨迹纠偏效果的影响规律,提出了一种工具面角控制方法,并在某钻场成功试用。现场应用结果表明:某钻遇地层,按照单测点逐个定量评估原则,最小误差模型与地层有强相关性,孔深3109m~3185m自然曲线法计算误差最小,孔深3185m~3278m圆柱螺线法计算误差最小,整个孔段只有部分离散测点最小曲率法误差最小;按照整孔段误差最小测点数和绝对平均误差综合评估原则,优先沿用最小曲率法。分析了钻遇地层自然造斜对工具面扭摆的影响规律,有依据地选用轨迹计算模型,精准控制钻孔轨迹,有效避免主观随意选用测斜计算方法或造斜工具等问题。
-
基于因子分析的岩性识别智能模型对比
Abstract:
岩性识别是地质勘探与开发过程十分关键的过程,在地质资源预测和评价过程中发挥了十分关键的作用。随着地质勘探行业的发展,传统的岩性识别受制于时间与空间的局限已无法满足日益增长的数据规模和维数。因此,如今急需对岩性识别的智能预测进行深入研究,以推动岩性识别朝着数字化、智能化、时效化的方向发展。本文以实现基于钻井参数的智能岩性识别预测为目标,使用逻辑回归、SVM支持向量机、K 近邻算法、随机森林、神经网络五种算法分别建立了基于钻井参数的岩性智能识别预测模型,实现了钻遇地层的智能预测,主要研究内容如下:设计了基于钻井数据的区域性地层识别模型。通过对原始数据进行数据预处理,然后对地层参数和其他参数进行因子分析,参数经过因子分析降维后通过五种机器算法建模,建立了以钻井参数矩阵为输入,岩性分类识别和地层参数预测为输出的岩性智能识别模型。经实验表明,五种算法下岩性识别在测试集上的准确率和F1分数大部分达到70%以上,个别准确率较低但也在60%左右,五个模型地层参数预测的指标MAE和RMSE大部分都在1之下,识别预测准确。
-
平武县黄羊乡星光村鱼池沟泥石流特征及治理措施研究
Abstract:
“5·12”汶川特大地震产生了大量泥石流灾害,造成了大量的人员伤亡和经济损失。震后几年,经历数个雨季,灾区的泥石流灾害仍然层出不穷。本文以平武县黄羊乡星光村鱼池沟泥石流为例,对山区暴雨沟谷型泥石流的形成条件、基本特征,以及治理措施进行研究。鱼池沟泥石流属于粘性泥石流,容重为1.62 t/m3,采用雨洪法,计算求得泥石流沟口20 年一遇的峰值流量为19.32 m3/s,一次性泥石流过流总量为2.54万m3,一次性泥石流固体物质冲出量为1.05 万m3,为泥石流的治理工程提供了设计参数。在此基础上提出来“潜槛群+缝隙坝+排导槽 +盖板涵+路面恢复”的治理措施,治理效果良好。对于类似的暴雨沟谷型泥石流,特别是沟谷纵坡降大,沟道狭窄,没有库容空间的泥石流沟的治理工程设计具有一定的参考价值。
-
长距离水平孔绳索取心钻进关键技术及应用
Abstract:
随着国家能源战略升级转型,将西部地区作为水电工程建设依托载体,亟需精细勘查建设区域地质特征,支撑水电工程高效规划建设。针对该地区横向展布岩性特征、地质特征不明确、断层分布描述不精准等问题,采用长距离水平绳索取心钻探技术对建设区域进行精细化勘察,通过优选先进的设备工具,制定合理高效的钻进工艺技术,构建一套长距离水平绳索取心关键技术体系,达到精细化勘查工区地质特征及构造的目标。以西部地区某工程地质勘察为例,应用长距离水平绳索取心关键技术体系,全孔平均钻速3.61 m/h,台月效率高达422.42 m/台月,完钻顶角与设计值误差仅为0.1%,全孔方位在设计值±1°以内波动,全孔采取率高达94%以上。现场应用表明,本文提出的长距离水平绳索取心钻进关键技术对西部地区工程勘察具有良好的指导意义,为复杂地质区域勘探提开发提供科学依据。
-
基于全景成像技术的水平孔电子岩心获取与解译
Abstract:
塔什达坂北锂矿区位于昆仑—阿尔金山脉,矿区地质构造复杂,高寒深切割地区,地形落差大,钻探设备搬迁困难。该矿区矿层产状陡倾,为贯彻落实“绿色勘查”理念,钻探施工主要采用水平和近水平定向孔,减少设备搬迁,保护生态环境。为克服取心钻探过程中因地层破碎、取心不连续、岩心编录时人为差异等原因导致钻取的岩心无法准确获取地层产状、裂隙宽度、软弱夹层等地层信息的问题,采用自主研制的多参数全方位无缆测井系统对水平孔进行钻孔全景成像,攻克了水平孔全景成像地层结构面计算方法,采用无缆存储和钻杆推送的方法,克服了测试仪器在水平深孔中无法下放的问题。在下放过程中获取钻孔孔壁高清、连续、完整、原状的照片,通过图像处理技术形成“电子岩心”,从中可以清晰直观地获取到地层岩性、裂隙、软弱夹层、岩溶和岩层厚度等信息,准确测算出地层结构面参数,实现了精细勘查,提高了钻探施工质量,有效支撑了找矿突破数字化转型。
-
大尺寸固井条件下活性冲洗液体系作用效能与机理研究
曾培华, 严海兵, 陈敏, 张作宏, 马勇, 张建新, 刘华治
Abstract:
针对超深井大尺寸井眼环空低返速工况下,常规冲洗对钻井液滤饼冲洗效率低导致固井质量差的难题,本文通过高温高压动态清洗装置对比分析了不同混浆比例、冲洗速度、渗透率条件下,活性冲洗液在提升混浆强度、冲洗效率、促进二界面胶结强度发展方面的效能,并对冲洗后的固井二界面进行扫描电镜分析。结果表明:活性冲洗液体系的混浆强度较常规冲洗液可提升1倍以上;对比清水和常规冲洗液体系,活性冲洗液体系的滤饼冲洗效率达95%,具有显著的滤饼提升作用;模拟不同流速的冲洗情况发现,活性冲洗液体系在较低冲洗速度下的冲洗效率>90%。 现场施工表明,活性冲洗液可有效提升混浆强度与固井二界面的胶结强度,从而显著提高大尺寸井眼固井施工质量,具有良好的应用前景。
-
绿色自降解交联凝胶在西宁地热DR2024井堵漏中的应用
Abstract:
漏失是地热资源勘探开发过程中经常遇到的问题,尤其是热储层失返性漏失问题,严重影响井筒安全和钻探效率。地热DR2024井位于青海省西宁市,是一口地热开采井。当钻进至非目标热储层714m~759m井段时,发生了失返性漏失。现场采用含复合堵漏剂的钻井液随钻堵漏,但是井口一直不能实现返浆。针对DR2024井热储层“涌漏同层”的堵漏难题,采用绿色自降解交联凝胶堵漏应用3次,井口能实现返浆,取得了较好的堵漏效果,并初步验证了绿色自降解交联凝胶应用于地热储层堵漏的可行性和实用性。研制的绿色自降解交联凝胶由成胶剂、交联控制剂和交联剂等3种材料组成,配方简单,具有自动降解、环保、交联时间可控、自降解时间可调和抗水稀释性强等特点,在地热储层堵漏方面具有广阔的应用前景。本文堵漏应用经验可为从事类似地热钻探工程提供借鉴和参考。