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    2024年第51卷第3期
      综述
    • 张炜, 王海华, 翁炜, 姚树青, 邵明娟

      2024,51(3):1-8, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.001

      Abstract:

      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。

    • 王遵察, 程万, 艾昆, 胡清海, 石育钊

      2024,51(3):9-19, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.002

      Abstract:

      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。

    • 极端生态环境调查与保护修复专题
    • 刘勇, 周策, 赵远刚, 张佳佳, 周娟

      2024,51(3):20-26, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.003

      Abstract:

      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。

    • 邓盈盈, 孙平贺, 曹函, 杨涵涵, 吕岩, 张航盛, 张晨, 蒲英杰

      2024,51(3):27-36, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.004

      Abstract:

      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。

    • 魏涛, 刘利松, 严文钦, 王乐, 吉文龙, 孙平贺

      2024,51(3):37-44, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.005

      Abstract:

      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。

    • 李金洋, 尹国龙, 黄海, 陈龙, 田尤

      2024,51(3):45-53, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.006

      Abstract:

      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。

    • 孙金辉, 佘涛

      2024,51(3):54-59, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.007

      Abstract:

      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。

    • 陈涛, 赵华宣, 李强, 赵彬, 陈浩, 江峰, 易世友, 高峰

      2024,51(3):60-68, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.008

      Abstract:

      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。

    • 钻探理论与方法
    • 文国军, 黄子恒, 王玉丹, 史垚城, 姜宇昊

      2024,51(3):69-75, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.009

      Abstract:

      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。

    • 唐国旺, 杨勇, 邓强, 赵中军, 周锴, 张雨, 于培志, 王贵和

      2024,51(3):76-83, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.010

      Abstract:

      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。

    • 王梦园, 薛曼, 梁梦佳, 金纯正, 杨现禹, 蔡记华

      2024,51(3):84-93, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.011

      Abstract:

      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。

    • 颜谢材, 郑君, 罗浩瀚, 张晗, 孙婉, 窦斌, 陈宇

      2024,51(3):94-103, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.012

      Abstract:

      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。

    • 叶嗣暄

      2024,51(3):104-110, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.013

      Abstract:

      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。

    • 钻探技术与装备
    • 汤凤林, 赵荣欣, Нескоромных B.B., 李博, 周欣, 段隆臣

      2024,51(3):111-117, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.014

      Abstract:

      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。

    • 冯美贵, 刘启栋, 郭伟, 张培丰, 蒋睿, 翁炜, 徐军军, 吴烁, 金博

      2024,51(3):118-124, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.015

      Abstract:

      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。

    • 何蕙岚, 王久全, 李秋玥, 丁向忠, 谷孝宾, 罗巍, 吴树军, 高科, 赵研, 李旭

      2024,51(3):125-130, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.016

      Abstract:

      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。

    • 于浩洋, 李云洲, 何万通

      2024,51(3):131-135, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.017

      Abstract:

      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。

    • 工程实践与应用
    • 张永泽, 于建丛, 郜宁, 宋晓光, 梅学嘉

      2024,51(3):136-141, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.018

      Abstract:

      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。

    • 海涛, 赵晓东

      2024,51(3):142-149, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.019

      Abstract:

      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。

    • 徐国辉, 刘海声, 穆元红, 陈龙, 杨海云

      2024,51(3):150-156, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.020

      Abstract:

      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。

    • 地学科普
    • 王胜, 欧兴贵, 解程超, 袁长金, 李之军, 袁进科, 谭慧静

      2024,51(3):157-161, DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.03.021

      Abstract:

      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。

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    • 基于触变性浆体的双液法堵漏研究

      龚浩宇, 任培罡, 张福榕, 马迪, 谢冰汐, 范海娇

      Abstract:

      针对钻井过程中裂缝型、溶洞型等严重漏失问题,提出双液法堵漏。具体是将两种或多种不同性质的流体同时注入井筒,利用混合后流体产生的触变性达到封堵漏层的一种新型堵漏技术。为了研究混合流体的堵漏性能,从而获得最佳堵漏配方,室内采用有机凝胶溶液配置水泥浆,并与坂土浆按不同比例混合,采用滞后环法测得混合浆体的触变性能以评价其堵漏性能。结果表明:有机凝胶加量为0.08%bwoc时,有机凝胶溶液制备的水泥浆与0.25%浓度坂土浆以10:1.8的比例混合后,浆体具有最好的堵漏性能,且固化后的抗压强度能满足现场施工要求。现场应用表明利用有机凝胶溶液制备的水泥浆与坂土浆组合堵漏效果良好。

      • 1
    • 基于图像识别技术的固井质量评价方法研究

      邹卓峰, 张宝权, 李辉, 王建华, 王海涛, 管震

      Abstract:

      关于固井实施方法和固井质量工程探测方法研究颇多,而关于固井质量的图像解析却鲜有研究。本文就使用评价图进行固井质量评估问题,提出了用于聚焦图像解析范围的文本坐标位置参照算法,以及基于直方图相似度和梯度距离的图像解析算法。以图像解析算法和业务机理相结合的方式,从评价图中抽取出可评估固井质量的量化数据。所提出的图像解析算法能准确识别图片中的固井质量信息,两种算法的解析结果与实际结果误差率均在10%以内。本文所提出的方法可有效解决人工手动分析效率低且分析误差大的缺点,并对固井质量电子数据缺失仅留存固井质量评价图的情况提供了切实可行的解决方案,所提出的算法对于固井质量图片的深入挖掘具有较强的探索性意义。

      • 1
    • 水平井下套管摩阻分析研究

      陈志鸣, 赵琥, 温达洋, 冯青豪, 刘天乐

      Abstract:

      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三种方法的基础上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。

      • 1
    • 长裸眼段长浸泡地层钻井技术

      朱迪斯, 孟祥龙, 王胜建, 王小明, 陈兆明, 迟焕鹏, 赵洪波, 高永进, 李大勇, 岳伟民

      Abstract:

      新苏地2井是部署在新疆塔里木盆地的一口油气地质调查井;该井钻进至2468.50m裸眼完井,裸眼段长2009.24m,地质评估后设计在原井眼加深钻探至3168m。本文以500-600m井段为例进行井壁稳定性分析,井筒被钻井液长时间浸泡导致井壁含水率增加,泥岩的粘聚力和内摩擦角等强度指标随之下降,导致井筒不具备承压能力,轻微的扰动都会造成井壁失稳。加深工程通过通井划眼阶段采用新型抗污染聚合物防塌钻井液体系、复杂井况下钻具组合搭配随钻震击器解卡、钻遇目的层采用低钻压、低转速、低排量参数组合钻进等技术方法的集成应用,解决了长裸眼段长浸泡地层带来的一系列复杂情况,保障工程顺利完工并实现了地质目的,积累形成了长裸眼段长浸泡地层钻井的宝贵经验和技术。

      • 1
    • 水平定向钻进坚硬地层孕镶金刚石钻头的研究与应用

      胡立, 李俊萍, 唐治建

      Abstract:

      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钻头成功应用于水平定向钻进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。

      • 1
    • 宁夏中卫深井煤炭勘探区冬季施工钻探技术探讨

      何玉云, 曹学斌, 熊正强, 訾兵, 张学进, 薛山江, 何林, 杨文杰

      Abstract:

      宁夏核地质调查院于2022年11月至2023年3月期间在宁夏中卫市香山乡深井区块开展能源保供地方急需矿产资源项目煤炭资源勘探项目钻探冬季施工[1-3],工作区最低气温-21℃,期间受低温及地层破碎影响,给钻探施工带来了巨大挑战,主要煤层以粉煤为主,取心难度大,通过使用抗低温冲洗液体系、合理维护钻机柴油机等设备、优化钻具组合及改善施工人员防寒取暖条件,顺利完成了钻探冬季施工,平均台月效率850.8m/月。

      • 1
    • 天阳盆地高温硬岩地热钻探PDC钻头的研究应用

      王勇军, 聂德久

      Abstract:

      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。

      • 1
    • 甘肃杨岭铁矿复杂地层钻探施工技术

      李增梁, 陈永平, 穆元红, 杨海云, 刘海声

      Abstract:

      杨岭铁矿区的铁矿体赋矿层位为蓟县系平头山组第四岩性段浅变质碎屑岩夹泥质大理岩岩层中。该矿区含铁岩系为石英岩型条纹状磁铁,磁性较强,该地层上部完整,钻进研磨性较强,钻进过程中钻头寿命很低。地层下部破碎,孔深超过300米后漏失严重,孔内不返浆,出现掉块、埋钻等难题。由于地层特殊钻孔内易发生飘钻现象,钻孔弯曲度控制难度大。通过优化钻孔结构,合理选择钻探设备、改进冲洗液使用工艺等,有效解决了上述问题与困难,加快了施工进度,提高了钻探效率,节约了施工成本。

      • 1
    • 超深水超浅层探井开阔海域电缆测井技术与实践

      黄洪林, 罗鸣, 李文拓, 吴艳辉, 马传华, 代锐, 李军, 尹建喜

      Abstract:

      开阔海域作业能有效降低电缆测井作业成本。但受超深水超浅层环境的影响,面临着浅水涌浪引起电缆测井仪器摇摆、电缆测试仪器“进洞”困难和开阔海域作业井下安全隐患大等困难和挑战。对此,针对性下入20″套管封隔浅层涌浪,形成有效封隔;充分利用水下机器人“水下眼睛”和辅助作用,保障仪器成功“入洞”;严格控制仪器起下速度,采用“ROV水下+平台控制面板”双重监测模式,确保作业安全。在南海琼东南盆地某超深水超浅层探井进行了先导试验,成功开展了多趟电缆测井作业,获取了详细的测井资料,同时大幅度降低了作业成本。该作业实践为后续超深水开阔海域作业积累了宝贵的经验,为海洋油气勘探开发增储上产、降本增效提供了强有力的技术解决方案。

      • 1
    • 长宁页岩气区块钻井液防漏堵漏技术研究与应用

      焦小光, 王丹, 李先锋, 牛作军, 彭云涛

      Abstract:

      长宁页岩气区块位于四川盆地川南低陡构造带和娄山褶皱带之间,受地表喀斯特地貌、堆积体影响,表层钻井漏、垮严重,环保压力大;中下部地层受地下断层、裂缝发育、承压能力低等复杂地质条件影响,井漏严重,钻井液安全密度窗口窄,漏喷、漏垮同存。全井自上而下存在多个漏失层位,且现场堵漏施工难度大,一次成功率低。通过分析邻井实钻资料并总结施工经验,室内研选出桥堵增效剂和一袋式堵漏剂,增强桥塞堵漏效果,同时优化现场堵漏程序和工艺,形成了长宁页岩气区块防漏堵漏技术方案,并在宁209区块得到推广应用。上部茅口-栖霞组水基钻井液漏失一次堵漏成功率提升42%,目的层龙马溪-五峰组油基钻井液漏失量下降70%。

      • 1
    • 深海泥浆举升泵设计与水力特性研究

      秦如雷, 高洁云, 陈浩文, 和国磊, 许本冲, 宿向辉, 殷国乐

      Abstract:

      泥浆举升泵作为无隔水管泥浆循环钻井的核心功能单元,驱动储存在吸入模块中的含屑泥浆沿上返管线回流至钻井平台。本文以离心泵为研究对象,通过CFD-EDM构建泵的计算模型,开展全尺度流场模拟,对泵的叶轮设计、流场和颗粒运移分布规律、样泵水力性能试验等方面进行研究。研究结果表明该泵具有较好的工作特性指标,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,也表明该泵的设计方法和试验过程是合理可行的。

      • 1
    • 广西苗儿山地区大厚度水敏性地层 钻探冲洗液技术研究及应用

      刘俊辉

      Abstract:

      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或及钻孔超径等难题,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,。岩性分析结果表明水敏性地层存在含有大量蒙脱石、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冲洗液材料,通过室内实验评价,进一步研制了护壁性良好的成膜护壁冲洗液体系。结果表明成膜护壁冲洗液,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5~8mL,相对膨胀降低率达到87%以上,可能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,取得良好应用效果,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。

      • 1
    • 基于激光测距技术的工程勘察钻探自动监管系统

      张波, 贾明浩

      Abstract:

      随着现代工程技术的发展,工程勘察钻探在土木工程、矿业开采等领域中扮演着至关重要的角色。然而,传统的工程勘察钻探作业存在着效率低下、安全隐患较多、数据采集不准确等问题,亟待解决。为了提高工程勘察钻探作业的效率和安全性,本文旨在探讨基于激光测距技术的工程勘察钻探作业过程自动监管系统的设计与应用,以期为工程勘察行业的现代化和智能化发展提供有益的借鉴。

      • 1
    • 绿色勘查技术在青海省茫崖市马海地区钾矿勘查9号孔钻探施工中的应用分析

      刘海声, 胡咏琪, 窦斌, 徐国辉, 赵博楠, 苏延鹤

      Abstract:

      青海省实施大量的盐湖钻探施工项目,要求实施绿色勘查。本文以我院实施的青海省茫崖市马海地区钾矿勘查9号孔为例,根据现场实际施工情况,结合矿区矿区自然生态概况,合理规划了生活区和施工区的平面布置,分析了造成环境扰动的主要因素有项目临时道路修筑、车辆行驶、项目驻地建设、钻探工程施工等方面,同时制定了对应的绿色勘查措施。可为提高地质钻探从业者的绿色施工的意识、形成绿色勘查习惯,以及其他单位在风成砂覆盖区开展地质钻探施工时提供了可复制、可参考的绿色勘查经验。

      • 1
    • 抗高温保温筒相变材料仿真特性研究

      刘聃, 陈剑垚, 侯岳, 何楠, 刘静涛, 周绍武

      Abstract:

      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400mm和下吸热体长度250mm为最佳耦合长度,保温筒在150℃下工作6h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。

      • 1
    • 保压取心钻具球阀工作动力学分析

      韩泽龙, 李小洋, 赵明, 宋刚, 张欣, 蒋亚峰, 田英英

      Abstract:

      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了保压取心工具的球阀机构,探索其动力学特性,优化球阀机构。分析结果表明,随着上阀座推力的增大,球阀关闭时间越短,但产生的振动增大,易造成密封失效,因此可选择较小的推力有助于提高球阀密封的可靠性;随着接触面摩擦系数的降低,球阀翻转关闭时间也随之减小,但产生的振动随之加剧,增加了球阀泄漏的风险;翻转到位后球阀在30MPa条件下,最大接触应力为133.67MPa,最大应变为0.0328,其应力、应变皆在球阀的许可范围内。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意义。

      • 1
    • 察瓦龙深井接地极地质调查绿色钻探技术

      胡文辉, 李奋强

      Abstract:

      绿色勘查作为一种先进的理念、文化和发展转型升级方式,越来越被广大地质工作所重视和推广应用,涉及井场选址、井场建设、设备选择、施工工艺和井场的复垦复绿等。论文结合林芝察瓦龙高原地形地貌条件和深井接地极的要求,就项目开展的小直径地质勘查钻孔的勘查选址、钻探施工与管理和自然生态的保护进行探讨。

      • 1
    • 泡碱处理粘卡在皖亳地1井中的应用

      赵洪波, 齐治虎, 岳伟民

      Abstract:

      压差卡钻是一种常见的井眼失稳类型,当压力失衡将钻柱推向井壁时与滤饼发生粘附卡钻。本文分析了基于膨润土的低固相钻井液体系泡碱解卡机制,探讨了不同浓度氢氧化钠溶液对滤饼的影响,结果显示:随时间变化OH-Ca2+结合对滤饼作用呈现递增趋势,一段时间后达到饱和,同等条件下6%浓度氢氧化钠溶液对滤饼消融效果最好。通过处理皖亳地1井粘卡表明,泡碱处理基于膨润土的低固相钻井液解卡相比泡酸、泡油时间更快,可避免引起更大井下复杂,同时能够减少对后续钻井液干扰,降低钻井成本。该经验可对同类粘卡处理提供借鉴作用。

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主管:中国地质调查局
主办:中国矿业报社
中国地质科学院勘探技术研究所
编辑出版:《钻探工程》编辑部
主编:孙友宏
ISSN:2096-9686
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