摘要：针对铝合金钻杆材料耐磨性差和耐腐蚀性差,以及坚硬地层钻进难等钻探难题,本文研究了玄武岩纤维对7075铝合金钻杆材料和WC基金刚石复合材料的性能影响,通过粉末冶金和热压烧结制备了铝基复合材料和胎体,并对其性能进行测试和研究。结果表明,玄武岩纤维/7075铝基复合材料的力学性能和耐腐蚀性能得到提升,玄武岩纤维的加入降低了胎体的磨耗比,提升了胎体的密实度、导热系数和金刚石把持力。本文还对玄武岩纤维在套管和油管领域的应用研究进行了总结和展望。

摘要：常规素水泥浆封孔材料不能完全满足涌水含气特殊地层条件的封孔要求。以水泥砂浆为研究对象,通过正交实验,设计了水泥砂浆的配比,得到了适用于涌水含气地层的封孔材料配方,达到了钻探对封孔质量的技术要求。在室内实验的基础上,结合通地1井具体地层条件,根据不同井段的封孔质量要求,采用相应封孔材料配方进行了野外应用试验。结果表明,所设计的封孔材料配方能够满足涌水含气地层的封孔质量要求。

摘要：为提高钻进效率,合理利用钻进过程中产生的热量,本文采用摩擦热能辅助机械能碎岩(简称:热-机碎岩)的方法,将氮化硅作为摩擦元件引入孕镶金刚石钻头中,以提高钻头工作层的钻进性能。本文通过对钻头水口、摩擦元件的尺寸计算,钻头胎体、结构的设计,制造了一种新型热-机碎岩孕镶金刚石钻头(简称:热-机碎岩钻头),并与常规六水口钻头和三水口钻头开展了室内钻进试验对比。结果表明,与六水口钻头和三水口钻头相比,热-机碎岩钻头加入摩擦元件后能够因摩擦生热而使岩石产生弱化作用,钻头钻速提高,在相同钻井液流量下最高可比六水口钻头的机械钻速高33.3%。热-机碎岩钻头胎体的磨损程度比三水口钻头小,热-机碎岩钻头可用于强研磨性地层的钻进。

摘要：冻土天然气水合物在钻探取心过程中极易因为温度升高而发生分解,因此需采用泥浆制冷系统将钻井泥浆的温度控制在0℃以下,抑制水合物的分解。换热器是泥浆制冷系统的核心设备,选择合适的换热器结构是获得低温泥浆的关键。该文通过室内实验研究3种换热器结构的换热效果,以泥浆出口最低温度、进出口温差以及换热功率3个关键参数作为指标,评价3种换热器的换热效果。结果显示螺旋折流板换热器能够获得最低的泥浆出口温度为-2.1℃,进出口温差达到4.1℃,具有良好的换热效果。最后针对换热器关键工艺参数及泥浆制冷系统关键设备的选型提出了指导性意见。

摘要：绳索取芯钻探技术已经比较成熟,但在地浸型砂砾岩地层钻探施工中仍然会遇到比较多的技术难题,主要由于地层条件比较复杂,常规的绳索钻具和施工工艺很难满足要求。通过对普钻单管取芯工艺和常规的绳索钻具取芯工艺特点进行研究,结合地质条件,优化钻孔级配、改善钻具结构、调整内外环空间隙、钻头水路结构等,对绳索取芯钻具、钻杆进行了创新设计,系统性优化了施工工艺方案,并通过实钻验证,成功地解决了绳索取芯钻具在地浸型砂砾岩地层钻探的难题。

摘要：钻孔水力开采技术具有建矿周期短、环保、采矿费用低、工作深度大等优势,在我国贫矿、深部矿等资源的开发利用方面,有广阔的应用前景。本文总结了传统水力开采钻具的工作特点,分析了固定式喷嘴对开采效率的影响,介绍了本课题组的研究成果,并在此基础上研制了具有自主知识产权的基于蜗轮蜗杆伸缩方式的钻孔水力开采钻具,该钻具实现了水力喷射装置的伸缩运动,实现了靶距的可控调节,从而增加了单孔采矿区域,提高了开采效率。

摘要：为了实现钻穿冰盖、直接获取冰下基岩样品的科研目标,本文设计了一种极地钻探用铝合金双壁钻杆,使钻杆可以满足极地上覆积雪层、冰层、冰岩夹层和冰下基岩等不同地层的空气反循环、水力反循环、绳索取心钻进相配合等钻进需求。依据铝合金双壁钻杆在极限拉伸、极限拉扭组合工况下的受力情况,开展了双壁钻杆的有限元分析,并对双壁钻杆外管与钢接头连接试样进行了拉伸试验与扭转试验。双壁钻杆有限元分析结果表明:在极限拉伸和极限拉扭组合工况下铝合金双壁钻杆中产生的最大应力分别为183.8 MPa与161.9 MPa,均小于铝合金材料的屈服强度489.99 MPa。双壁钻杆外管与钢接头连接试样强度试验结果也表明:拉伸试样破坏时的极限可承载拉力为399.5 kN,远大于提升1000 m双壁钻杆所需的拉力(208.11 kN);扭转试样破坏时的极限可承载扭矩为8264.7N·m,同样大于钻杆在正常钻进过程当中所承受的最大扭矩(1990.56 N·m)。上述结果表明,极地钻探用铝合金双壁钻杆设计方案可以满足极地钻探使用要求。

摘要：中国油页岩资源储量巨大,地下原位转化是实现油页岩资源清洁高效利用的重要途径,其中,局部化学反应法原位转化技术(TSA法)具有能量投入低、加热速度快和采收率高的特点。近年来,通过建立TSA法基础理论和关键技术体系,设计了工艺实施方案,并通过松辽盆地先导试验工程验证了技术可行性。通过系统梳理总结围绕TSA法的研究成果,包括TSA法触发和裂解机理、室内物理模拟、关键技术研发以及松辽盆地先导试验,综合讨论了TSA法工业化优势和所面临的主要技术难题,包括高温高压条件储层渗流能力损伤、群井工艺调控策略、水力压裂缝网局限性、地面和井下关键装备的长期可靠性、原位催化提质增效方法以及开采全过程安全问题,并针对性提出了未来发展建议与攻关方向。结合TSA法工艺特征、中国"碳达峰,碳中和"战略布局和地热能源发展趋势,提出了基于TSA法的油页岩资源原位油气转化-余热利用-CO_(2)地质封存的地质—工程一体化开发创新体系,这一研究结论可进一步促进油页岩资源清洁高效综合开发利用。

摘要：随着油气钻井越来越深,地热钻井越来越多,钻井液面临的高温问题越来越突出,在钻井过程中,对钻井液进行及时冷却并使之达到适宜的温度对于钻井安全是非常必要的。本文总结了目前常用的高温钻井液的冷却方式和特点,综合空气冷却节能的特点和采用载冷剂强制冷却高效的优势,提出了一种高温钻井液高效冷却系统,对冷却系统中空气冷却器、管壳式换热器进行设计、校核、模拟,验证了设计的可靠性,表明使用该冷却方案,能够将80℃、1800 L/min的高温钻井液冷却至40℃以下,同时还讨论了该冷却系统在不同钻井液温度、不同钻井液流量以及不同气温条件下的冷却效果。

摘要：PDC钻头在软至中硬地层钻进时具有钻速高、使用寿命长、设计灵活等显著优点,在钻井领域中的需求量逐年增加。而超声波钻进作为一种新型碎岩技术,由于在钻进过程中具有穿透能力强、钻进效率高等优点而获得了广泛关注。以超声波振动辅助PDC钻头破岩有望取得良好的钻进效果。为此,基于线型Drucker-Prager模型,利用ABAQUS软件建立了超声波辅助PDC钻进振动切削岩石的二维有限元模型,分析了不同超声波振动频率下PDC钻进破岩比功和切削力的变化规律,比较了超声波振动切削与常规切削岩屑形成过程的差异。研究结果表明,当激励频率从20 kHz至40 kHz增长的过程中,破岩比功与平均切削力都呈现先减少后增加的变化趋势,即存在一个最优频率位于25~30 kHz间,使破岩比功最小,钻进效率最高;超声波辅助振动切削的破岩方式与常规切削的塑性破坏不同,主要以脆性破坏为主,其切屑形成过程共分为4个阶段,且切削力保持为零的阶段较常规切削更为明显;当激励频率接近岩石固有频率时,超声波振动切削的平均切削力较常规切削小20.5%,并更易产生大块岩屑,使岩石产生更多体积破碎,从而提高破岩效率。