摘要：海底钻机是一种钻探系统完全工作于海底的钻探设备,与搭载船只需要一条具有承载能力的脐带缆即可实现远程的能量供应和通讯控制。受脐带缆承载能力的限制,有限空间、重量内存储更多钻管及可靠、快速的接卸是大钻深海底钻机设计的难点。以60 m海底钻机移摆管系统为研究对象,介绍了移摆管系统的构成、技术指标和特点,对移摆管系统中机械手回转机构进行了受力分析,推导出了海水阻力矩的方程。利用AMESim建立了机械手回转控制系统仿真模型,分析了输入的线性控制信号的斜率、海水阻力矩等因素对机械手回转机构控制性能的影响。仿真结果表明:海水阻力矩对械手回转机构动作的瞬间影响较大,输入的线性控制信号的斜率较大时,会引起机械手回转角度振荡。通过对60 m海底钻机移摆管系统开展室内及海上试验,验证了该系统能够满足60 m海底钻机钻杆接卸及存储的要求。

摘要：海底接驳是将多个设备在水下连接,实现对电能和信息交互的集中管理,是研制深海勘探装备、构建海底观测网的核心技术之一。美国、日本、加拿大等海底接驳技术起步较早,逐步发展了负高压单级直流输电、大功率电能转换、水下湿插拔、大型光纤通信组网等技术,采用模块化设计、多级接驳盒互连的结构方式,已在多个海域建成了大型的海底观测网。近十年,随着国内开始布局近海海洋观测系统,接驳盒设计制造、负高压输电、远程通信与控制等技术发展迅速。以科学节点形式的水下接驳系统,已在多个海域成功应用。但目前,还没有形成大型的观测网,部分深水关键部件,例如水下湿插拔连接器、光电复合缆等,还主要依赖进口。在引进吸收国外先进技术的同时,研发高性能的控制器、大功率的转换模块、水下连接器以及光电复电缆将是未来接驳系统一个非常重要的方向。

摘要：随着深部油气、高温干热岩勘探与深地探测战略实施,钻井液长期处于高温高压恶劣环境,超高温高压下水基钻井液性能稳定性是超高温井钻探的一项关键技术。分析了超高温科学钻探工程钻井液面临的技术难题,提出了耐240℃超高温高密度水基钻井液配方的设计思路。采用单因素法,优选了耐240℃超高温高密度水基钻井液用关键处理剂。利用不同高温处理剂的协同增效作用,初步研发了一套抗温240℃、密度2.0 g/cm^(3)的超高温高密度水基钻井液配方。研究结果表明,经240℃老化16 h后,最优配方的钻井液具有良好的流变性和降滤失性能,其表观粘度变化率<30%,180℃高温高压滤失量≤24 mL。

摘要：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。

摘要：针对传统便携式钻机存在防火期燃油驱动受限多、人力加压力不足、硬岩钻进效率低、施工过程无数据的问题,设计了一种采用锂电池驱动,可自动钻进、数字化操作的岩心取样钻机。利用SoildWorks进行结构设计,制作了实物样机,并进行了试验。结果表明:新型钻机能力满足设计要求,通过伺服电机+行星减速器+同步带+丝杠+恒扭矩控制技术组合,实现了自动恒压钻进;通过传感器+控制器+通信技术组合,获取钻机转速、钻压、扭矩等工程数据,可实时监测钻机运行情况,反映地层变化;解决了防火期野外调查取样难、钻探过程无数据等难题,为地质调查钻探设备升级提供借鉴。

摘要：针对于人工二次镶焊金刚石钻头存在生产效率低,焊接质量参差不齐的问题,设计制造了一套金刚石钻头高频焊接的自动化控制系统。该设备由钻头传送系统、高频焊机移动系统以及自动焊接控制系统组成,介绍了该设备的工作原理以及工作流程,重点分析了该设备的自动控制系统。采用三菱FX2N PLC作为核心控制器,完成了钻头自动化焊接程序的编写,完成了触摸屏人机交互界面的设计。最后,基于该控制系统完成了φ77mm金刚石取芯钻头的自动化焊接试验。结果表明该设备工作稳定,有效的减轻了人工作业负担,提高了金刚石钻头的焊接质量与生产效率,为镶焊金刚石钻头的批量化生产提供了有效方案。

摘要：冲击钻进取样是支撑生态地质调查中松散地层优质高效、原状无污染取样的有效手段,但目前常见的便携式冲击取样钻机采用汽油机驱动,不能较好地适应安全生产与绿色勘查的发展要求。鉴于此,本文研制了一种以锂电池作为动力源的便携式电动冲击取样钻机及配套工具,详细介绍了钻机的电动冲击器、控制器、锂电池动力源及配套的取样器、锂电池液压起拔器的设计选型过程,并开展了钻机取样试验。实践证明该钻机及配套工具轻便可靠,可以实现5 m以浅松散地层的安全、高效、零碳排取样,是践行绿色勘查理念、推动浅层钻探装备电动化升级的有益尝试。

摘要：针对现有液压随钻扩孔器工作时出现的刀翼不能正常收回、振动剧烈等问题,设计制造出了一套新型液压随钻扩孔器。扩孔器设计锁紧机构,当刀翼张开后,能够将其锁住,减轻扩孔时的振动;采用投球憋压与弹簧回收结合的方式,能够有效地保证刀翼的回收。扩孔器设计直径124 mm,能够扩孔的最大直径为270 mm。本文从结构与工作原理上对该扩孔器进行了介绍,通过流体力学原理分析计算,验证了扩孔器活塞的结构设计,通过有限元分析完成了刀翼的强度校核。

摘要：冲洗液技术是钻探领域关键技术之一,被誉为钻探的“血液”。随着信息技术的飞速发展,建立专业技术数据库成为提高冲洗液技术水平的新途径。全面系统总结地质钻探冲洗液技术研究成果、数据和应用案例,开发了国内首个地质钻探冲洗液数据库,为钻探技术人员提供针对复杂地层的冲洗液技术支撑。该数据库包括10个一级模块和39个二级模块,可实现冲洗液设计、辅助计算、技术资料查阅等功能,发布了冲洗液新材料、新体系、新工艺以及冲洗液的选型和设计等大量成果资料。该数据库已于2022年10月在中国地质调查局“地质云”平台面向互联网用户提供服务。

摘要：为研究井壁崩落形成椭圆形井眼后套管受力情况,在弹性力学理论的基础上,结合复变函数方法建立了非均匀地应力作用下椭圆形井眼内套管-水泥环-地层组合体应力模型,根据应力边界条件与位移单值条件得到了系统各界面处应力分布的半解析解;并探究了井眼椭圆度、水泥环弹性模量和泊松比对套管外壁径向应力与Mises应力的影响。研究结果表明:与圆形井眼相比,椭圆形井眼能减小套管所受最大应力,降低应力非均匀度;高泊松比、低弹性模量水泥环也有利于减小套管受力。研究成果对井壁崩落段地层钻井液密度、套管规格选取和固井水泥性能设计具有重要的指导意义。