摘要：保压取芯技术是天然气水合物调查研究必备的关键技术.为了克服现有保压取芯器在应用中保压成功率低的问题,提出了采用天然气水合物钻井液在原位生成冰阀代替机械阀门实现对水合物岩芯保压的冰阀式保压取芯器.采用设计的冰阀实验系统在实验室内对天然气水合物钻井液原位形成冰阀的过程与冰阀的密封承压能力进行了研究分析,并结合计算流体动力学技术对冰阀形成过程进行了仿真模拟.承压试验结果表明:冰阀的承压能力随冰阀长度的增长而增大;模拟结果与试验结果均表明随着冰阀长度的增长,冰阀形成所需时间也有所增长.因此,在满足地层保压取芯要求的前提下,应尽量采用较短的冰阀,以缩短冰阀式保压取芯器内冰阀的形成时间.

摘要：为提高金刚石钻头的钻进效率,采用数值模拟与试验的方法研究孕镶金刚石钻头孔底流场与温度场,以合理设计钻头结构,保证钻进过程中钻头具有良好的冷却和排屑能力,避免钻头底唇面温度上升过高造成其非正常磨损。结果表明:流场产生的横向压力对转向面水口壁的压力破坏作用较大;钻头与岩石接触面温度变化与水口数目有关,水口过多会导致单个水口的钻井液流量减少,降低水口处的热传导效率,冷却效果不足,从而造成钻头磨损。

摘要：在5～6GPa、1400～1500℃、保温5min的条件下,以立方氮化硼粉末、多种黏结剂、镀钛金刚石颗粒混合制备出金刚石复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、拉曼分析仪(Raman光谱)以及耐磨性、显微硬度的测试设备等,对材料的组织形貌、物相成分、界面结合情况、力学性能等进行分析。实验结果表明:金刚石颗粒良好地分布在立方氮化硼基体中,两者界面结合牢固;在界面处生成的TiB2、TiC、AlN等陶瓷硬质相可提高复合材料的磨耗比、显微硬度、抗冲击韧性等物理力学特性。新材料的磨耗比相比于传统材料提高了37.64倍,维氏硬度大于40GPa(加载力10N),致密度达97%以上,耐热性达到1148℃,相比于传统PDC复合片的耐热性提高了28%～64%。

摘要：对3种颗粒尺寸的人造金刚石进行深冷处理,并对处理前后的金刚石颗粒进行拉曼光谱、荧光光谱分析及静压强度测试。结果表明:粒度标记30/35的金刚石颗粒处理后静压强度平均值提高了23.2%,内部残余应力下降了25.93%。深冷处理使人造金刚石颗粒磁性降低,颗粒中的缺陷得到修复,内部残余应力释放,静压强度提高。

摘要：铁钻工在伸展运动过程中,钳体运动的快速性、稳定性和定位精度取决于伸展机构的原理与结构。与伸展动作相关的驱动部件的输出力大小与该机构的动力学过程密切相关。分析了2种不同的伸展机构,并对各种伸展机构的动力学特性进行了计算。采用AMESim软件建立了伸展机构仿真模型,通过分析钳体的位移、速度和加速度曲线以及伸展油缸和升降油缸的受力曲线,将各伸展机构的动力学仿真过程进行对比,结果表明:所研究的伸展机构均可在规定的时间内完成伸展运动,但各有其优势和不足;伸展油缸倾斜安装能使伸展机构更快地跟踪阶跃输入信号;当输入斜坡信号时,伸展油缸竖直安装比伸展油缸倾斜安装可使伸展机构获得更好的工作特性。

摘要：孔底冷冻取样是一种有效的钻取天然气水合物岩心的方法,绳索取心式孔底冷冻取样器的制冷能力由可存储冷源干冰和制冷酒精的储冷腔决定。本文就不同内部结构的储冷腔进行了储冷能力和制冷效果的设计与试验研究,计算了储冷腔的保冷层厚度,并设计了分层式、螺旋阶梯式和带孔管式3种储冷腔内部结构;通过对储冷腔保冷能力的试验研究,干冰存储1 h后平均损失率为31.3%,能满足后续制冷酒精的要求;并对不同结构的储冷腔开展试验研究,试验结果表明,带孔管式储冷腔可在短时间内完成对酒精的冷冻,酒精降温幅度达36.3℃,可满足水合物冷冻取样的能量要求。

摘要：为研究水力压裂在不同致密程度岩样中的压裂效果及其流固耦合作用机理,制作了不同密实度的两种重塑样,利用真密度测试仪、声波测试系统分别测定了两种试样的孔隙比例、声波大小,并结合三轴加载水力压裂监测系统,模拟一定地层压力条件下不同密实度试样的水力压裂试验。分析不同孔隙度下声波试验获得的声波数据得出:试验制得的试样致密程度不同,孔隙大的试样密实度较小,波速大小与试样密实度呈正相关;水力压裂试验中,致密试样的裂缝扩展方向与最大主应力平行。水压曲线变化趋势为:低密实度时,达到峰值压力的时间较峰后段持续时间短,高密实度试样则相反;低密实度试样的破裂压力值低于水力压裂缝内水压曲线的峰值,高密实度试样两压力值相当。结合高、低密实度试样的分析并进行高密实度试样的无围压试验可以得出:较小的流量变化对致密度较大的试样裂缝扩展方向影响较小,说明其渗流作用较弱。应力集中效应在无围压的试样和低密实度试样均表现明显,这说明,水力压裂试验中应力集中现象在低密实度试样中表现明显,这与其渗流作用较强有关,水力压裂渗流作用与注液流量正相关,在低密实度试样表现显著。

摘要：岩(矿)心采取率低是单管取心钻进的主要问题。在钻进时由于冲洗液对岩心的冲刷作用,使岩(矿)心中的矿物颗粒不断被冲洗液带走,造成岩心缺失、岩心采取率过低。从钻具内部流速分布、冲洗液冲刷作用、岩心采取率、冲洗液携粉等角度出发,分析了单管钻进时造成岩心采取率过低的原因,采取分流、降速等方法,设计了一套可以在一定程度上提高岩心采取率的分水单管钻具,通过数值模拟,证明了该钻具在满足及时清除孔底岩粉的条件下,能使单管钻具中岩心周围冲洗液流速降低25%左右,进而解决常规单管钻进岩心采取率不足等问题。

摘要：为了研究油页岩的地下原位开采技术,设计施工了FK-1井。该井地处吉林省松原市扶余县,完钻井深500m,完钻层为嫩江组地层。该井设计施工中主要需克服大口径钻井的保直钻进、软塑性地层的裸眼钻进、水敏性地层中钻井液的应用、泥页岩层中发生钻头泥包现象及原位开采井的特殊成井、固井等问题。通过对钻井设备的优选,钻井液性能和井身结构的相应优化,钻头和钻具组合的选择等措施来解决钻井过程中的施工难题。设计结果在施工过程中进行了应用,施工效果良好,缩短了钻井时间,减少了钻井投入,解决了施工难题,为同类钻井的施工提供了借鉴和指导依据。

摘要：人造大颗粒金刚石技术的不断发展,使得利用其制造表镶金刚石钻头在技术上及经济上均变得可行。本文对(?)75 mm表镶人造金刚石钻头的受力、流场与温度场进行了数值模拟,结果表明:金刚石颗粒在高钻压无钻井液循环的条件下极易发生碳化;在钻井液冷却作用下,钻头旋转一圈0.08 s,钻头体会在0.006 s之内冷却;同时水力空化作用与钻井液中固相颗粒对钻头体的冲蚀作用明显;金刚石颗粒内存在较大微裂纹时,金刚石会在小于其许用应力条件下发生破坏。通过对比分析,表镶金刚石钻头的最外侧与最内侧水口处的金刚石较易发生破坏,在设计与制造钻头时应进行强化。