岩石层定向钻穿越中岩石扩孔器的选择要点分析

本文结合岩石层水平定向钻穿越的实践,分析了岩石扩孔器的选择要点:水平定向钻要根据穿越地层的类型选择岩石扩孔器的尺寸和形式,选择岩石扩孔器要注意扩孔器的使用寿命;并建议岩石扩孔器本体设计时应考虑具备反向退出钻孔的功能,扩孔器产生的钻屑粒径能足够小,以使泥浆悬浮钻屑并顺利排出到地表。对岩石层的定向钻穿越施工能够起到很好的借鉴作用。     

非开挖技术-水平定向钻穿越的设计

本文简要介绍了水平定向钻穿越的技术特点,指出了设计步骤及应注意的技术要点,阐明了水平定向钻技术在管道穿越施工中的优势,及其广泛的应用前景。管道水平钻进的入土角、出土角、曲率半径和穿越深度等设计要素的确定方法,分析了管道强度和回拖力的计算方法。     

水平定向钻穿越扩孔器动态变化及其对扩孔形状的影响

 基于等效塑性应变的岩土破坏准则和岩土弹塑性本构关系,考虑扩孔器在施工过程中与岩土的接触碰撞问题,采用有限单元法建立扩孔器与岩土相互作用系统非线性动力学模型,对水平定向钻穿越扩孔施工过程进行数值模拟,研究了扩孔器的动态变化规律及其对扩孔形状的影响。结果表明,在扩孔过程中,扩孔器会产生沉降,沉降量与钻进速度和扩孔时间有关,钻进速度越大扩孔器沉降量越大,扩孔时间越长扩孔器沉降量越大;同时,扩孔器在竖直方向会产生振动,振动速度的变化范围为-380~320 mm/s。受扩孔器沉降等因素的影响,模拟得到的扩孔截面形状为上窄下宽的长圆形,与工程实例的扩孔形状吻合。     

基于排屑性能的扩孔气动冲击器设计方法

为了提高硬质地层中扩孔气动冲击器的排屑性能,基于岩屑颗粒在排屑流场中的临界流速原则,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件,研究了一种与排屑性能相关的扩孔气动冲击器设计方法,并将该设计方法在反向扩孔气动冲击器上进行应用.得到设计前后冲击器排屑流场内气相速度分布规律,岩屑颗粒速度及轨迹变化情况和环路内岩屑颗粒浓度分布情况.研究结果表明:反向扩孔气动冲击器排屑流场环路内岩屑颗粒临界流速为6.02m/s,采用该设计方法能够有效地增加反向扩孔气动冲击器的排屑性能,使得排屑流场环路内气流速度增加到10m/s左右,岩屑颗粒在排屑流场的停留时间减短,流场内颗粒浓度分布范围由0~100kg/m³下降到0~4kg/m³.     

非开挖水平定向钻孔壁稳定性

 基于多孔介质概念,建立了孔隙度、渗透系数与体积应变的动态演化模型,给出了Mohr-Coulomb 准则与Drucker-Prager 准则之间的强度折减系数换算关系,以Abaqus 为平台,将动态演化模型与有限元强度折减系数法相结合,研究水平定向钻孔壁稳定性。结果表明,使用不同屈服准则所得安全系数有差异,但在一定条件下可相互转换,数值分析结果与理论分析一致;研究了不同泥浆压力对孔壁稳定性的影响,指出在一定的泥浆压力下,随着泥浆压力的提高,孔壁安全系数不断降低。扩孔结束时,泥浆压力为2.4 MPa时,最大塑性半径达到2.34 m,孔壁处最大塑性应变达到0.393,极限平衡状态时,泥浆压力2.4 MPa时,孔壁周围的最大塑性应变增加到1.208,远大于扩孔结束时的最大应变值,相应的最大塑性半径达到5.68 m,约为孔径15 倍。     

水平定向钻回拖载荷预测模型及其特征参数敏感性分析

减阻工艺对水平定向钻(HDD)穿越工程的成功实施至关重要,系统研究诸因素对回拖载荷的影响规律是制定减阻工艺的前提.提出一种回拖载荷计算的新模型,基于新模型,全面分析各特征参数的影响规律及其对回拖载荷计算的敏感性,并讨论各组成部分对回拖载荷的贡献权重.结果表明:当扩径比大于或等于1.5时,曲率半径、管道抗弯刚度对回拖载荷的影响明显减弱;泥浆重度、管土摩擦系数与扩径比是回拖载荷计算中敏感性最强的特征参数;管道自重及由此引起的管土摩擦力对回拖载荷的贡献权重最大;弯曲段阻力效应所导致的阻力波动幅度最大,是减阻工艺解决的关键问题之一;泥浆拖曳阻力比较稳定,对回拖载荷的贡献权重小于10%.     

泵吸反循环钻进工艺在降水工程中的应用

以煤电厂、商场工程为例,介绍了泵吸反循环钻进工艺在降水工程中的应用.     

气举反循环技术在石油钻井中的适应性分析

气举反循环技术已广泛应用于地热、水井、地质勘探等领域,表现出了良好的防漏效果。将气举反循环技术应用到石油钻井中,可有效降低浅表易漏地层的漏失风险,实现钻井提速提效的目的。从设备配套与工艺流程角度评价了气举反循环技术与石油钻井技术的差异性,优化了配套设备,设计了正反循环切换系统;并开展了现场试验。试验结果验证了该技术在石油钻井领域的适用性,为气举反循环技术在石油钻井中的推广应用奠定基础。     

环空注气气举反循环钻井工艺及关键参数设计

利用气举反循环钻井技术解决长宁页岩气表层钻井漏失问题,需要解决常规气举反循环钻井技术井口敞开、井底压力控制不精确等问题。为此,在常规气举反循环钻井技术的基础上,设计了一种环空注气气举反循环钻井新工艺,新工艺加装旋转防喷器、钻杆旋塞等工具,具备井控能力。通过调节注气量、钻井液排量等关键施工参数,控制井底压力,减少钻井漏失。在多相流理论基础上,建立了与新工艺匹配的环空注气气举反循环井底压力计算模型,分析了关键施工参数对井底压力的影响规律,建立了关键参数设计方法,在安全窗口范围内优选关键施工参数,保证安全钻井。结果表明：井底压力随注气量的增大先减小、后增大,存在临界注气量;井底压力随井深增大而增大;井底压力随钻井液排量增大而增大。在长宁某井表层进行了现场试验,与同井段井漏地层相比,较常规钻井工艺技术井漏减少83.6%。研究成果为解决四川长宁页岩气表层井漏问题提供了一种新的技术措施。     

复杂地层用反循环钻头双排内喷孔结构优化与试验

采用正交试验和计算流体动力学相结合的方法,对矿山多层空区钻探用150 mm反循环钻头双排内喷孔的4个结构参数进行优化分析,分析结构参数变化对钻头抽吸量Q的影响规律,并最终得出这4个结构参数的主次排序依次为:倾角(θs)、水平偏角(θd)、垂直间距(L)、水平间距(S).最优参数组合为:θs=30°,θd=10°,L=-15 mm和S=10 mm.与此同时,将最优参数组合下的150 mm反循环钻头进行多层空区探测孔钻进试验.从钻进试验效果看,穿过第一层空区继续实现反循环钻进,钻头依然能够形成良好的反循环抽吸效果,并且连续不断排出大颗粒岩块,解决矿山多层空区钻探及测量难题.     

气井溢流反循环压井理论研究与应用

随着我国油气开发过程中钻井深度不断增加,井控问题越来越重要。而目前处理气井溢流常采用常规压井方法,如司钻法和工程师法,这些方法可能会导致井口套压过大,从而超过其安全承受范围造成事故。反循环压井法是一种从环空泵入压井液,从管柱内,排除溢流气体的非常规压井法。本文在前人的基础上根据气体溢流速度,推导出了防止气窜的最初压井排量。由于环空摩阻和管柱内摩阻差别较大,本文根据现场经验,给出了压井过程中循环压力安全附加值,并根据气体状态方程推导出了反循环压井过程中循环压力和立管压力变化的数学模型,同时分析了压井过程中循环压力和套管压力的变化趋势,最后编制了计算程序。实例计算表明,所编制反循环压井法模拟计算程序计算结果正确,可用于反循环压井过程中的模拟计算。