摘要：【目的】全液压顶驱平衡装置作为万米钻机重要设备之一,旨在动态精准调控拧卸扣过程中的轴向载荷,以保护钻杆接头螺纹免受损伤,确保钻探作业的稳定性和安全性。【方法】针对***-01A型全液压顶驱,设计了平衡装置及其液压回路,以实现顶驱使用过程中所需的平衡和弹跳功能。首先,确定顶驱平衡装置液压回路组成结构及主要工作参数。随后,利用Matlab/Simulink/SimScape仿真平台,构建了顶驱平衡装置液压回路动态仿真模型、顶驱主轴与钻杆拧卸扣机构动力学仿真模型,模拟测试顶驱主轴保护接头在拧卸扣过程中的轴向载荷变化和位移特性,以及平衡装置液压回路的流量−压强特性和能耗指标。【结果和结论】结果表明:设计的顶驱平衡装置功能结构合理且具有良好的动态调节性能。在主轴转速为10 r/min情况下,拧扣、预紧用时24 s,卸扣、脱扣用时26 s。拧扣阶段螺纹面最大压力(碰撞)为11.2 kN,稳定时约550 N。卸扣阶段,螺纹面最大压力为3.5 kN,平均约1.2 kN。完成拧扣作业后,顶驱弹离钻杆柱76.5 mm。设计的顶驱平衡装置及其液压回路已应用于***-01A型全液压顶驱系统,使用效果良好,在保护钻杆接头螺纹方面发挥了重要作用,在服务“松科二井”施工期间出于安全方面的考虑,顶驱主轴保护接头仅更换4次。研究工作对于后续顶驱系统研发具有指导意义。

摘要：铁钻工为先进的钻井辅助作业设备,但国内铁钻工在自动化程度、夹持定位精度和工作平稳性方面有较多不足。为了解决此问题,本文设计了一种新型的铁钻工结构及其液压控制系统。首先通过机-液联合仿真分析,研究了铁钻工上卸扣过程中钻杆轴线的偏移角度和径向力变化;然后在此基础上对铁钻工的控制系统进行优化,采用同步分流马达和PID(比例积分微分)控制,进一步分析液压缸增加输入流量对固定钳和动钳的液压缸同步性能、夹持定位精度及接头螺纹径向力的影响。结果表明:采用PID控制时比同步分流马达夹持效果更好,当单个液压缸输入流量为18 L/min时,固定钳夹紧钻杆时钻杆轴线绕x、y轴偏角能控制在0.10°和0.06°以内,响应速度在6.8 s左右,上下钻杆重心沿x和y轴方向的距离可以分别控制在1.93和2.85 mm之内,保证了固定钳和动钳的夹持定位精度以及动作快速性和稳定性。接头螺纹径向力曲线也表明了铁钻工冲扣时钻杆接头间产生的不平衡径向力(17.2 kN)远大于旋扣时(641.0 N),更易导致钻头磨损。

摘要：为提高油页岩原位转化加热效率、减少油气污染,采用注浆技术对油页岩开采区进行封闭止水。基于扶余油页岩开采区地质条件,对优化封闭浆液配方与封闭效果进行实验研究。首先基于正交试验,获得了不同指标下的优化配方,进而通过综合分析法,选出符合此封闭区要求的优化配方;为了验证优化浆液的封闭效果,对比分析了浆液充填前后油页岩试样渗透率的变化。结果表明:浆液优化配方为水灰质量比0.85,w(钠基膨润土)4.0%、w(微硅粉)6.0%、w(聚羧酸减水剂)0.5%;当围压为扶余油页岩开采区地应力时,充填浆液试样的渗透率均约为0.1×10-3μm2,远低于未充填的试样,优化浆液封堵试样裂缝效果较好。

摘要：我国富油煤资源丰富,采用地下原位热解“取油留碳”是富油煤资源绿色高效开发的主要趋势。富油煤地下原位热解开采尚处于技术研发阶段,需要围绕富油煤原位开发的关键技术开展攻关。地下体系封闭是保障富油煤原位热解开采能量高效利用和生态环保的关键技术之一,亟需研发并构建适于富油煤原位热解开发特点的地下体系封闭技术。根据目前地下体系封闭技术研究与应用现状,系统梳理总结了地下冻结、注浆帷幕、气驱止水、泡沫止水等各类地下体系封闭技术原理与优缺点,深入分析了各类技术的地层适应性。结合富油煤层埋深、层厚、区域构造等地质特点,以及热解开发工艺和规模,讨论了不同体系封闭技术在富油煤热解开发中的适用性。探讨了体系封闭技术研发的发展趋势,即创新现有技术原理、发展复合封闭技术。针对地下体系封闭技术的工程实施,围绕开发前精细设计、开发中严密监测和开发后安全恢复,提出了包括地下体系封闭设计-监测-修复和环境恢复的系统方法。通过整合富油煤原位热解、地下体系封闭、产物驱采、CO_(2)地质封存等关键技术,提出了富油煤地下原位热解开发及CO_(2)地质封存一体化技术构想,为我国富油煤地下原位热解开采技术研发与工业化应用提供参考。

摘要：HIR-90型铁钻工是一种可自动拧卸钻杆的钻井辅助作业设备。为实现HIR-90型铁钻工的高精度自动定位,笔者分别用RecurDyn和AMESim软件建立该型号铁钻工的多体动力学模型和液压系统模型并设计控制信号,驱动铁钻工进行自动定位,分析了HIR-90型铁钻工伸展定位机构、升降定位机构和回转定位机构在铁钻工自动定位过程中的动态特性。通过合理设计控制参数,实现了HIR-90型铁钻工高平稳性、高精准度的自动定位。

摘要：为提高孕镶金刚石钻头胎体性能,使其更好地满足钻探需求,向WC–青铜基胎体材料中加入纳米NbC和纳米WC颗粒,研究其对胎体力学性能、微观结构的影响。利用配方均匀设计法、回归分析和规划求解得到纳米颗粒的最优添加量,并烧制钻头开展室内钻进试验。结果表明:加入纳米NbC和纳米WC后,WC–青铜基胎体材料的硬度和抗弯强度最高提高25.23%和5.73%;含金刚石的胎体材料的耐磨性明显增强,其磨耗比最高升高57.4%;金刚石与胎体之间结合得更加紧密。纳米颗粒强化后的孕镶金刚石钻头的机械钻速提高19.63%,单位进尺工作层消耗减少32.84%,说明纳米颗粒能强化孕镶金刚石钻头,提高其钻进效率,并延长钻头寿命。

摘要：为解决钻杆旋转时易偏斜的问题,设计了一种具有滚轮结构和曲面斜楔结构的机械手。该机械手保留了钻杆旋转自由度,避免拧卸时钻杆偏斜导致的螺纹破损,保障了施工安全性。为提高机械手工作稳定性,利用蓄能器和负载敏感变量泵提高液压系统的保压性能、减少了能耗。为验证机械手在实际工况中夹紧功能的可靠性,利用Recurdyn和AMEsim进行机液联合仿真分析和刚柔耦合分析,模拟在改变钻杆直径和回路额定压力的情况下钻杆受力、回路压力和机械手关键零部件所受应力的变化情况。结果表明:当钻杆直径为φ127 mm、φ108 mm、φ89 mm和φ73 mm时,回路许用压力范围分别为8~12 MPa、8~12 MPa、6~8 MPa和3~5 MPa。在许用压力范围内,机械手既满足可靠夹紧的需求,其结构强度也满足设计要求。

摘要：南极冰层下基岩取心,对于研究南极冰川形成的历程和全球气候变化等方面具有重要的意义。钻遇冰层和岩层的倾斜交界面时,极易发生孔斜,影响基岩取心的质量甚至成败。本文分析了钻头在冰岩界面钻进过程中的受力状态,探究了地层倾角、钻压、转速、机械钻速、单位体积切削功等因素对钻头受力及孔斜规律的影响。最后,基于满眼防斜的原理设计了针对冰岩界面防斜的垂直入岩装置。

摘要：针对铝合金钻杆耐磨性和耐腐蚀性差导致其难以在深部钻井中应用的技术难题,本文以7075铝合金粉作为基体,玄武岩短纤维作为增强体,利用真空热压烧结技术制备了玄武岩纤维增强型铝基复合材料,并对其微观组织结构、密度和显微硬度等性能进行了研究。结果表明,玄武岩纤维在铝基体中分散均匀,界面处发生了化学渗透,SiO_2和Al之间发生置换反应,从而获得了良好的界面结合强度,复合材料的密实度较高,玄武岩纤维的加入显著提高了复合材料的显微硬度。

摘要：对于低渗透油页岩矿藏的开发,超临界二氧化碳(SC-CO2)压裂技术有效规避了水力压裂会引起的地层伤害、诱发地震和环境污染等问题,且由于其在起裂压力、沟通微裂缝、形成复杂缝网上的优势,是目前一项热门的无水压裂技术。本文详细介绍了SC-CO2压裂技术的技术特点和近年来SC-CO2压裂的实验与数学模型研究。从裂缝扩展规律性实验、在SC-CO2作用下的岩性变化实验、SC-CO2压裂液体系的研制以及SC-CO2流体携砂流动、井内温度场、裂缝起裂扩展数学模型的相关研究中,探讨目前SC-CO2压裂技术的研究进展与不足,并在增粘剂的设计、裂缝有效性的评价、填砂裂缝网络提高油页岩储集层传热和渗流能力等方面的研究提出了建议,对SC-CO2压裂技术的未来发展具有参考意义。