海底钻机的高可靠绳索取心钻具的结构优化与仿真分析
绳索取心钻进在水利水电勘探中存在的问题及解决思路
绳索取心钻进在水利水电勘探中存在的问题及解决思路周晓;易学文;李守圣;郭明【摘要】钻探是水利水电工程勘探中获取地下信息最直接、最重要的手段，钻探质量对水利工程的投资和安全具有极其重大的影响。
绳索取心是提高钻探质量十分重要的技术，在国土资、金、煤炭等部门得到了广泛的应用。
但是将该技术应用水利水电工程勘探还存在压水试验、绳索取心钻具不匹配、冲洗液限制等问题。
通过对上述问题的分析和研究，提出了解决思路和方法，且在工程实践中取得了良好的效果。
特别是研究设计的不提大钻压水试验方法，将压水试验和绳索取心钻进有机地结合在一起，很好地解决了绳索取心钻进难以适应水利水电勘探的关键技术难题。
%Drilling is a direct and important method of gaining the underground information in the water resources and hy-dropower engineering exploration, and the quality of drilling is very important for the water resources engineering's invest-ment and safety.The wire-line coring drilling is a key technology in improving drilling quality, which is widely used in land resources, metallurgy and coal.But there are some problems in water pressure test, unsuitable specification of wire-line co-ring drilling tools and the flushing fluid limitation.By the analysis and study on the above problems, the solution was put forward and good effects were received.By the designed method of water pressure test with no-hoisting drill, the combina-tion of water pressure test and wire-line coring drilling solved the technical difficulties in wire-line coring drilling to adapt water conservancy and hydropower exploration.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P24-27)【关键词】绳索取心钻进;水利水电工程勘探;压水试验;冲洗液【作者】周晓;易学文;李守圣;郭明【作者单位】黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002;黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002;黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002;黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院，河南洛阳471002【正文语种】中文【中图分类】P634.50 引言在水利水电工程勘察中，钻探是获取工程区域地层信息最直接、最准确的不可替代的勘探手段。
水文地质勘查孔钻探中绳索取芯钻进工艺的应用分析
水文地质勘查孔钻探中绳索取芯钻进工艺的应用分析摘要：绳索取芯钻进工艺有助于降低劳动强度，提升岩矿芯采取率，降低孔斜，对于钻杆、钻头等工具的消耗较少，整体经济效益较高，可将其运用到水文地质勘查孔钻探工作中。
本文结合具体项目，分析了绳索取芯钻进工艺的应用要点，以此来为该工艺的实践应用提供参考思路。
关键词：水文地质勘查钻探；绳索取芯钻进工艺；应用要点水文地质钻探是当前水文地质勘探、普查工作中常用的技术手段，主要是为了获取地下水文地质信息，在物探与测绘工作的基础上，针对含水层的厚度、构造、层次、岩性、水温、水质等进行勘查。
水文地质勘探孔具有垂直度要求严苛、岩屑排出量较大、钻孔直径偏大的特点，同时施工地层极易发生破碎、漏失以及坍塌等情况，必须选择钻孔质量与效率都比较高的钻进工艺。
现对绳索取芯钻进工艺在水文地质勘查孔钻探中的应用情况展开研究。
1项目概况袁店一井煤矿2021-观1孔终孔深度为1351.76m，终孔层位为奥灰，需在三隔以下完成取芯任务，获取煤层煤样，针对奥灰层进行抽水试验并完成取样，下入套管同时进行隔离止水。
钻孔结构一开：孔深0～270.13m，孔径为Φ250mm，下置Φ177.8×8.05mm套管；二开：孔深0～1189.81m，孔径为Φ152mm，下置Φ127×6.50mm套管；三开：奥灰段，孔径为Φ94mm裸孔。
2水文地质勘查孔钻探中绳索取芯钻进技术参数分析2.1钻压面对强研磨性、软硬互层、破碎松散、产状陡立等地层，节理发育岩石或者遭遇钻孔超径、弯曲等情况后，需适当进行减轻钻压。
经过初磨的断钻头，仅通过正常钻研即可保持高钻速。
钻进期间，金刚石因被磨钝，其钻速降低后，需以平稳的方式提高钻压[1]。
绳索取芯钻头的钻压略大于双管钻头，本孔钻压控制在10KN到12KN之间。
2.2钻速面对产状陡立易斜地层、软硬互层、裂隙破碎地层以及坚硬弱研磨性地层时，需要将转速降低；在软岩层中进行钻进作业时，需要对转速进行限制。
探讨绳索取芯钻具的加工工艺改进
探讨绳索取芯钻具的加工工艺改进发表时间：2014-11-27T14:45:01.047Z 来源：《价值工程》2014年第5月下旬供稿作者：许丙彩马茹祥马儒明[导读] 我国的绳索取芯钻具的发展较为晚，其先进性之上和国外相比还存在一定的差距，加之该种钻具所具备的诸多优势决定了必须要进一步的拓展其使用范围许丙彩XU Bing-cai曰马茹祥MA Ru-xiang曰马儒明MA Ru-ming（山东省煤田地质局第一勘探队，滕州277500）（The First Prospecting Team of Shandong Coal Geology Bureau，Tengzhou 277500，China）摘要院为了保障在进行煤田的地质勘探当中的安全性和稳定性需求，要求不断的改进绳索取芯钻具的有关工艺。
主要从材料、加工程序等方面进行改进，以最大限度的提高其使用寿命，保障其强度达到有关要求。
以下主要针对其技术性能、改进方式等进行了分析。
Abstract: In order to ensure the security and stability in coal field geological exploration, it requires continuous improvement of relatedtechnology of rope coring drilling tools. This article mainly discusses the improvement in material, machining process and other aspects tomaximize its service life, making sure its strength reach the requirement. This article mainly analyzes the technical performance and the wayof improvement.关键词院绳索取芯钻具；加工工艺；改进Key words: rope coring drilling tools；processing technology；improvement中图分类号院TE921 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）15-0067-020 引言在1947 年绳索取芯钻具面世以来，其主要功用是进行岩心钻探活动。
浅谈绳索取心钻具结构及优点
浅谈绳索取心钻具结构及优点作者：牛金山来源：《中国集体经济》2011年第10期摘要：绳索取心是不提钻取心钻进方法之一。
目前，绳索取心不仅在石油钻井中应用，已广泛用于地质岩心钻探和其他工程钻探。
文章主要介绍这种钻探工艺的结构及优点。
关键词：钻探；取心；优点绳索取心钻具是一种用钢丝绳将打捞器从钻杆中下到孔内，把容纳岩心的内管打捞提升上来进行取心，不必提升钻杆的单动双管钻具。
绳索取心钻进是一种先进的钻探方法，是岩心钻探领域的一次重大的技术革命，目前在国内外得到了广泛的应用。
一、绳索取心钻具结构和工作原理（一）双管部分双管部分由外管总成和内管总成组成。
1、外管总成它由变径接头、上扩孔器、弹卡挡头、弹卡室、座环、外管、扶正环、下扩孔器、钻头等件组成，其作用是传递钻压和扭矩，带动钻头进行钻进。
其中：上扩孔器对钻具起着导正作用。
外管下端安有扶正环，提高了内管的稳定性和与钻头的同轴度，使岩心顺利地进入内管，从而提高了采取率。
2、内管总成内管总成的作用主要是单动通水、容纳和提取岩心。
为此设有如下机构：（1）打捞机构打捞机构由捞矛头、矛头座、销、回收管等件组成。
当打捞钩抓住捞矛头向上提升时，带动回收管上移，迫使弹卡合拢，脱离了弹卡挡头的限制，继而将内管总成提升上来。
当提升到地面时，捞矛头与矛头座转成90°，把内管总成平稳地放在地面上。
（2）弹卡机构弹卡机构由弹卡、弹卡架、圆锥杆、弹卡挡头、弹卡室、弹簧及其一些附件组成。
其作用是内管总成到位后，弹卡在弹簧和圆锥杆的作用下张开，并贴在弹卡室的内壁上被锁定，其上端受弹卡挡头的限制，使内管总成不会向上窜动。
当打捞内管总成时，圆锥杆在矛头座的带动下上行，解除了对弹卡的限制，与此同时回收管将弹卡合拢，脱离了弹卡挡头的限制，继而提升内管总成。
（3）悬挂机构悬挂机构由座环、悬挂环、悬挂接头组成。
其作用是内管总成到位后，悬挂环坐落在座环上，把内管总成悬挂起来，从而保证了卡簧座与钻头内台阶的间隙。
基于仿真模拟的深海钻探优化方案研究
基于仿真模拟的深海钻探优化方案研究第一章：引言深海中蕴含着许多宝贵的矿产资源，但是深海钻探具有挑战性。
首先，深海水压巨大，钻探难度大，对设备和技术的要求高；其次，深海矿物钻探潜力巨大，但目前探测和开采技术不够先进，效率和成本都不理想。
针对这一问题，基于仿真模拟的深海钻探优化方案研究是一种非常有效和前瞻的解决途径。
第二章：深海钻探仿真模拟技术深海钻探仿真模拟技术是指利用计算机技术，对深海钻探的全过程进行数字化模拟。
其中，数字化模型包括钻探平台、钻杆、钻头等设备以及岩层、地下水等环境因素。
随着计算机模拟和虚拟现实技术的不断发展，仿真模拟技术在深海钻探中的应用越来越广泛。
深海钻探仿真模拟技术的优点在于：（1）可以根据实际工程要求，自由转化计算参数，为决策提供有效参考。
（2）可以模拟各种复杂的环境和作业情况，大大降低了实际工程风险。
（3）可以快速测试和比较多种工作方案，通过数据分析得到最优方案。
（4）可以针对不同的环境和地质条件进行模拟，为新的钻探项目提供可靠参考。
第三章：深海钻探的优化方案深海钻探的优化方案是指在保证安全和效益的前提下，尽可能的降低深海钻探的成本和风险，提高其效率和成功率。
因此，选定最优的深海钻探方案是很重要的。
测试模拟可以很好地为深海钻探方案的制定和优化提供帮助。
通过试验和测试，可以比较不同算法和技术的性能差异，优化深海钻探设备和方案，减少不必要的开销和风险。
在深海钻探方案的优化中，有几个关键的技术和参数需要精细调整。
比如，从地下水溜孔和钻杆抗弯强度控制两方面考虑，一定程度上影响深海钻探方案的优化。
针对这种情况，测试模拟可以对不同的参数和环境下进行更全面的研究，直接对深海钻探方案进行优化和调整。
第四章：实例分析通过测试模拟，我们可以对深海钻探的实际操作过程进行了解，但即使有非常精细的标准，也可能会遇到难以预料的情况。
在这种情况下，测试模拟可以根据实际情况对深海钻探方案进行精细调整。
比如，我们在一次深海钻探项目中遇到了地下水日夜循环的情况，根据模拟结果，我们对使用的不能抗拒水力的材料进行优化，增强了深海钻探钻杆的抗水强度，从而使整个项目继续顺利进行。
一种海洋孔底冷冻绳索取心钻具[实用新型专利]
![一种海洋孔底冷冻绳索取心钻具[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/da84df0219e8b8f67c1cb9e9.png)
专利名称：一种海洋孔底冷冻绳索取心钻具
专利类型：实用新型专利
发明人：朱斌,郭威,王元,孙友宏,贾瑞,杨翔,康家浩申请号：CN201821707568.7
申请日：20181022
公开号：CN208885222U
公开日：
20190521
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种海洋孔底冷冻绳索取心钻具，属于天然气水合物孔底冷冻绳索取心领域，由内管总成与外管总成两大部分组成，内管总成包括捞矛机构、弹卡定位机构、悬挂机构、控制机构、单动机构、内管保护调节机构、冷冻机构、冷源存储机构、集气机构、保压机构及集液机构，本实用新型提出的钻具在钻进结束提钻利用冷源将岩心冷冻并提至地表；采用化学吸收方法设计混合冷源集气机构，解决海洋冷源中干冰升华排不出钻具导致内管压力升高损坏钻具的问题；集液机构收集岩心管上部未冷冻的气水化合物，防止内管压力升高并将为未冷冻的气水化合物提至地表用于科学研究；内管保护调节机构简化钻具组装拆卸程序；同时能够准确获知海洋长时间下放钻具到位的信息。
申请人：吉林大学
地址：130000 吉林省长春市前进大街2699号
国籍：CN
代理机构：长春市吉利专利事务所
代理人：李晓莉
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探讨绳索取芯钻具的加工工艺改进
摘要： 为 了保障在进行煤田的地质勘探 当中的安全性 和稳 定性 需求， 要求不断的改进绳索取 芯钻 具的有 关工艺。 主要从材料 、 加 工程序 等方面进行 改进 ， 以最 大限度 的提 高其使 用寿命 ， 保 障其强度 达到 有关要求 。以下主要针对 其技 术性 能、 改进方 式等进行 了
成， 即 打 捞 器 和 单 动 双 管。 和 普 通 的金 刚石 双 管 钻 具 相 比 ， 硬 度 的岩 层 当 中 的 使 用 效 果 最 为 显 著 。 在 不 同 的 地 层 当 冲洗介质 可以使用清水、 泡沫等。 我国在 这方面 的使用 在作 用相 同的情况之下 ， 其还 能够进行柱 内升降。 因此不 中， 断的改进其加工工艺 ， 具 有 重 大 的现 实 意 义 。
分析 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｌ ＂ Ｌ ｌ Ｓ ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ， ｉ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｓ ｃ ｏ ｎ ｉ ｔ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｉ ｍｐ ｏｖ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｅｌ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ
和 先进 国家相 比还较 为不足 ， 相 较于国外超过百 分之九 十
的使用 ， 我 国还 需 要 进 一 步 的拓 展 使 用 范 围 。 １ 绳索取芯概述 和 国外多类型先进 的绳索取芯钻具相 比， 在存在 差异 绳 索取芯主要就是一种将岩 心取 出 ， 却 不需要提 出钻 性 的 同时也拥 有性 能之上 的几 大共 同点 ： 第一 ， 内管 总成
浅析海洋地质钻孔纯裸钻绳索取心工艺对泥浆材料的要求
!"!#年$月地质装备浅析海洋地质钻孔纯裸钻绳索取心工艺对泥浆材料的要求罗旭龙#广州海洋地质调查局!广州!)#"28"$摘!要 海洋地质十号船船载钻探系统目前采用纯裸钻绳索取心的施工工艺 因此泥浆是随着钻孔的钻进直排至海底 考虑到地质工程施工的要求以及对海洋环境的保护和可持续发展 泥浆材料的选择则尤为重要 根据海洋地质钻孔纯裸钻绳索取心工艺中泥浆的作用及对泥浆冲洗液性能的要求 作者提出了泥浆材料和泥浆性能参数的选择 在完成海洋地质钻孔施工的同时 尽可能减少对海洋环境的污染关键词 海洋地质 冲洗液 绳索取心 环境保护中图分类号 D 8&$%8文献标识码 Z 文章编号#""<!(![#!"!#$"!""&2"&!收稿日期!"!"#"&"!作者简介罗旭龙##<(2+$!男!宁夏隆德人!资源勘查工程专业!本科!助理工程师!主要从事钻探工作!F B 0&#&2##&"#&2)!;7-/?0&0^S C ^0S 1T$#8&%>S -"P !泥浆的作用#%#!冷却钻头润滑钻具和破碎岩石在浅海地质钻井中!用清水#海水$做为冲洗液开孔!一般情况下常遇到粉质黏土层!钻孔结构稳定!取样率高"在继续钻进过程中!逐渐会出现粉沙质黏土%粉砂及砂砾层!若遇致密性粉砂地层而冲洗液不能正常喷射!很可能会使钻头得不到及时冷却而发生烧钻事故!钻柱也可能出现泥包卡钻现象-#+&."为了避免此类情况的发生!需提前将泥浆泵泵冲加大!提高钻速!同时将海水冲洗液换成充分搅拌混合的泥浆#海水P 膨润土$冲洗液!此时泥浆的注入可保护钻孔井壁!避免烧钻或塌孔等现象发生"因此!泥浆泵的正常运转和维护以及正确操作显得极其重要"#%!!泥浆冲洗液的排出和携带岩粉能力由于海洋地质十号船采用直径#)"--的牙轮钻头!钻进过程中钻头旋转切削地层产生的大量泥土碎屑需要选择不同的泥浆泵冲及时将孔内钻渣排出!保证钻孔的畅通"#%&!平衡地层压力不同的地层对泥浆的稀释浓度是不同的!若遇砂砾含量较高的漏失性地层!就需要配比较高浓度的泥浆!才能维持地层的平衡!保护井壁"#%$!保护孔壁和处理孔内复杂情况海洋地质钻探过程中!极易出现塌孔和漏失现象!这是由于地层疏松和含水量较高等原因造成的"因此!泥浆浓度的配比就起到至关重要的作用!根据近年来海洋地质十号船的施工经验来看!不同的地层%不同的深度!都要及时调整泥浆配比!才能保证钻孔的顺利进行"!!钻孔对泥浆冲洗液的要求##$冲洗液应具有良好的冷却和散热能力"在海洋地质钻井中!开孔阶段常采用清水作为冲洗液!由于海水低温的特性!钻进过程中具有较好的冷却散热能力!对钻头%钻具起到很好的散热作用"#!$冲洗液应具有良好的润滑性"针对钻井中遇到的致密性地层!钻进过程中往往需要提高钻机的转速以达到正常钻进的施工需求!具有良好润滑性的乳状液%表面活性剂和润滑泥浆就会减少钻柱卡顿现象"#&$泥浆应具有良好的剪切稀释作用"这有利于破碎岩石和携带碎屑!对高压喷射钻井特别重要"#$$泥浆应具有良好的护壁%防喷%防漏作用"为避免水敏地层发生坍塌!应采用能抑制岩层水敏的泥浆#各种钙处理泥浆%盐水泥浆%聚丙烯酰胺泥浆等$"对无胶结破碎地层的坍塌!应采用适当黏度%滤失量和密度的泥浆!以维持孔壁稳定"对易溶岩层应采用饱和盐水或饱和盐水泥浆!防止孔壁和岩心被溶解"对漏水和井喷地层!应适当增大泥浆密度"对漏失层应降低泥浆密度!并同时调节泥浆2&罗旭龙 浅析海洋地质钻孔纯裸钻绳索取心工艺对泥浆材料的要求第!!卷!第!期黏度以及向泥浆中加入堵漏材料等-$+8."#)$冲洗液应能抵抗各种外界影响"盐钙侵对泥浆和乳状液的性能均有较大影响!黏土侵增加泥浆固相!影响钻进!均必须设法去除"#8$冲洗液质量要有利于取心%防斜%测井等工作的进行"要防止冲洗液污染岩心品质!减小钻孔缩径!泥浆切力不应过大"一般在黏土层%粉砂层取心的回次!都采用低转速%小泵量以免岩心遭到外力破坏"#2$其他要求"应防止钻具被腐蚀!冲洗液不会发酵变质且环保!不对海洋生物造成污染和伤害"5!泥浆的循环方式泥浆循环有正循环和反循环两种基本方式!而海洋钻井中!受海水深度及潮水变化的影响!一般采用直喷纯裸钻的钻进工艺!对泥浆的配比和环保属性提出了严格的要求"!泥浆材料的选择常规泥浆一般包括水%黏土%化学处理剂%惰性物质及其他材料"在海洋地质钻探工作中!受所处地理环境限制常采用海水和膨润土作为原材料!结合地层需要添加部分化学处理剂"海洋钻井施工中常遇到砂层%砾石及破碎带地层!成孔难度很大!这种机械分散地层!由于颗粒间缺乏胶结!钻进时井壁很容易坍塌-2."若要增加井壁颗粒间的胶结力!黏性较大的泥浆适当渗入井壁地层中!可以明显增强砂%砾之间的胶结力!以此使井壁稳定性增强"提高泥浆黏度!可通过增加泥浆中黏土含量%加入有机或无机增黏剂等措施来实现-)."其组成除黏土%碳酸钠和水外!为了满足钻井需要!往往加有提黏剂%降滤失剂和防絮凝剂"海洋地质十号船钻探系统泥浆配制常采用:/7=6=#钠羧甲基纤维素$泥浆!这是一种最普通的提黏性泥浆!:/7=6=起进一步提黏和降滤失作用"具体配方为&黏土#)"#!""T!水#"""-U!纯碱)##"T!:/7=6=8T左右"泥浆性能&密度#%"2##%#"T(>-&!黏度!)#&)]!滤失量" #!-U(&"-?1!3g约<%)"还有一种铁铬盐+:/7=6=泥浆!相比前一种该泥浆提黏且稳定性较强!铁铬盐起防絮凝#稀释$作用"配方为&黏土!""T'水#"""-U'纯碱浓度)"k!加量约!"k'铁铬盐溶液浓度!"k!加量"%)k':/7=6="%#k"泥浆性能&密度#%#"T(>-&!黏度!)]!滤失量#!-U(&"-?1!3g约<%""D!泥浆的性能##$泥浆密度"工程钻探用泥浆密度一般控制在#%"&##%!"T(>-&!泥浆密度指标常用泥浆密度称测评"#!$泥浆固相含量"通常采用泥浆固相含量测定仪测定!泥浆中所含有用#黏土$%无用#岩粉%沉沙$固相颗粒占泥浆总量的百分率称为泥浆固相含量"泥浆固相含量越低越好!低固相泥浆要求固相含量"$k"#&$泥浆黏度"相对黏度一般用漏斗黏度表示!控制在#(#&"]!有条件的情况下可采用旋转黏度仪测定泥浆的绝对黏度和视黏度"泥浆黏度是指泥浆流动时!其内部的液体分子间%固相颗粒间和液固相间所具有的内摩擦力表现!它是泥浆流动难易程度的一种表现指标"黏度大小对钻进%排粉%保持孔底清洁和安全施工影响很大"#$$泥浆的触变性与静切力"一般采用泥浆静切力计或旋转黏度仪测定!泥浆搅动时其内部结构受到破坏!但在静止时又恢复形成网状结构!称为泥浆的触变性"泥浆静止时!受外力影响而开始流动所需最小的剪切应力!称为静切力"#)$泥浆含砂量"现场多用含砂量测定仪测定泥浆中不能通过!""目筛孔#即直径大于"%"2$--砂粒占泥浆体积的百分数$来计算泥浆含砂量"#8$泥浆滤失量与造壁性"现场多用泥浆失水仪来测定泥浆滤失量!即当泥浆承受压力差作用后!一部分自由水渗入孔壁岩层的数量"造壁性即泥浆失去自由水的同时!泥浆中的黏土等固相颗粒在孔壁上形成泥皮的能力"#2$泥浆3g"现场多采用3g试纸进行测定! 3g"2时泥浆呈酸性!3g'2时泥浆呈中性!3g% 2时泥浆呈碱性"#($泥浆的胶体与稳定性"表示泥浆中黏土颗粒分散和水化程度的指标称为泥浆的胶体率!表示泥浆中黏土颗粒分散的均匀程度的指标称为泥浆的稳定性"#<$泥浆的润滑性与泥皮的黏滞性"此项指标对钻进影响很大!可用其改善泥浆润滑性!降磨减阻!提高转速"( &!"!#年$月地质装备>!环保要求及建议目前海洋地质十号船钻探泥浆多使用膨润土加海水作为钻具冲洗液!根据地层需要再添加适量的化学材料#黄原胶%聚丙烯酰胺$"膨润土的主要成分是蒙脱石!经无机酸化处理呈粉末状!无味%无毒!具有良好的增稠性%润滑性%悬浮稳定性%高温稳定性%耐水性及化学稳定性!和海水充分搅拌溶合!是海洋地质钻探中常见的环保泥浆!能起到冷却钻具%护壁堵漏%稳定钻孔结构的作用!且不会对海洋环境造成污染"海洋地质钻探施工中!在保证泥浆材料安全可靠的同时!要树立保护海洋环境的生态文明理念!在行动上尽可能减少施工过程中生活垃圾和物料垃圾对海洋环境的污染!文明施工!科学钻井"参考文献-#.!苏力才!段建宝!黄恒杰M 钻孔漏失分析及水泥护壁堵漏措施-=.((第十六届全国探矿工程#岩土钻掘工程$技术学术交流年会论文集M !"##M-!.!朱冬钰!赵娟!王海镔M 浅谈岩心钻探烧钻事故及预防措施-N .M 地质装备!!"!"!!##"&$&$$+$8M -&.!仝在平!芦建华M 绳索取心钻进+打滑,地层的分析与对策-=.((第十六届全国探矿工程#岩土钻掘工程$技术学术交流年会论文集M !"##M-$.!宁伏龙!辜牡丹!余义兵!等M 钻井液侵人海洋含水合物地层的数值模型探讨-=.((第十六届全国探矿工程#岩土钻掘工程$技术学术交流年会论文集M !"##M -).!王稳石!朱永宜M 科学钻探复杂地层取心钻进技术-=.((第十六届全国探矿工程#岩土钻掘工程$技术学术交流年会论文集M !"##M-8.!赵尔信!王明田!蒋卫焱!等M 海洋深水工程钻探技术-=.((第十六届全国探矿工程#岩土钻掘工程$技术学术交流年会论文集M !"##M-2.!陶士先!纪卫军!胡继良!等M 复杂地层钻探冲洗液技术新成果-=.((第十六届全国探矿工程#岩土钻掘工程$技术学术交流年会论文集M !"##MF 4+723#3/4,()K )[9#.)*)4,3/0<9-<+,).#+730/.\#.)7#4)N /.#4$B )'(4/7/$2/0Y 4'+3)-H .#77#4$#4<+.#4)@)/7/$#'+7H .#77#4$U \R[^0S 1T#.^/1T W H S ^6/A ?1B.B S 0S T ?>/05^A a B c !.^/1TW H S ^)#"28"!=H ?1/$F :3,.+',&Q @3A B ]B 1@!@H B S 17d S /A ``A ?00?1T ]c ]@B -S b-/A ?1B T B S 0S T c :S %#"]H ?3/`S 3@]^1>/]B `f ?A B 0?1B`A ?00?1T /1`>S A ?1T @B >H 1S 0S T c %F H B A B b S A B !@H B-^`?]`?]>H /A T B ``?A B >@0c @S @H B ]B /d B `/0S 1T f ?@H @H B `A ?00?1T S b @H B d S A B H S 0B %V 1a ?B fS b @H B A B 7e ^?A B -B 1@]S b T B S 0S T ?>/0B 1T ?1B B A ?1T >S 1]@A ^>@?S 1/1`@H B 3A S @B >@?S 1/1`]^]@/?1/d 0B`B a B 0S 3-B 1@S b-/A ?1B B 1a ?A S 1-B 1@!@H B >H S ?>B S b -^`-/@B A ?/0?]3/A @?>^0/A 0c ?-3S A @/1@%Q >>S A `?1T @S @H B b ^1>@?S 1S b -^`?1f ?A B 0?1B >S A ?1T 3A S >B ]]S b ^1>/]B ``A ?00?1T1-/A ?1B T B S 0S T ?>/0`A ?00?1T /1`@H B A B e ^?A B -B 1@]b S A @H B 3B A b S A -/1>B S b-^`b 0^]H ?1T b 0^?`!?@?]3S ?1@B `S ^@@H /@@H B ]B 0B >@?S 1S b-^`-/@B A ?/0]/1`-^`3B A b S A -/1>B 3/A /-B @B A ]]H S ^0`-?1?-?W B @H B 3S 00^@?S 1@S @H B-/A ?1B B 1a ?A S 1-B 1@f H ?0B >S -30B @?1T @H B-/A ?1B T B S 0S T ?>/0`A ?00?1T >S 1]@A ^>@?S 1%I )2J /.-3&-/A ?1B `A ?00?1T 'b 0^]H ?1T b 0^?`'f ?A B 0?1B >S A ?1T 'B 1a ?A S 1-B 1@/03##############################################A S @B >@?S 1本期广告索引#M 各类金刚石钻头与扩孔器封面 !M 中地装#北京$科学技术研究院有限公司!封!#前插#111111*********&M 无锡钻探工具厂有限公司前插!#&1111$M 北京探矿工程研究所#取样钻机$前插$111)M /地质装备0中插#1111111111118M 张家口中地装备探矿工程机械有限公司!中插!#&11111111111111112M 衡阳中地装备探矿工程机械有限公司!中插$#)1111111111111111(M 中地装重庆探矿机械有限公司中插8#211<M 第!8届非开挖技术研讨会暨展览会中插(1#"M 北京探矿工程研究所#流变仪$后插#111##M 北京奥地探测仪器有限公司后插!#&111#!M 中地装#重庆$地质仪器有限公司后插$#封&1#&M 北京海光仪器有限公司封底<&。
如何提高绳索取芯钻进效率
如何提高绳索取芯钻进效率【摘要】绳索取芯钻探是一种不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法，它具有结构简单，钻进效率高岩矿芯质量好，钻头寿命长，劳动强度低等特点。
提高绳索取芯钻进效率要考虑的因素有：套管的选用和下入深度、防斜的措施、金刚石钻头如何根据地层选用及排队使用、冲洗液根据地层情况合理选用其参数及判断孔内漏失层位如何应对、如何加强绳索取芯钻具的维护保养。
【关键词】绳索取芯套管钻头冲洗液钻探绳索取芯钻探是一种不提钻而由钻杆内捞取岩心的先进钻进方法，它具有结构简单，钻进效率高岩矿芯质量好，钻头寿命长，劳动强度低等特点。
我国煤田地质系统从80年代逐渐推广使用，取得了好的效果。
目前一些地勘行业正在试用绳索取芯钻探，笔者根据从事绳索取芯钻探工作的多年实践就如何提高绳索取芯钻进效率谈些看法，供同行在绳索取芯钻进中参考。
绳索取芯钻探不仅要熟练掌握绳索取芯钻具的结构和工作原理，还要注重现场一系列的工作。
如，套管的选用、如何预防孔斜、钻头与护孔器的选择、冲洗液的参数调节、绳索取芯双管和打捞器及钻具的维护保养等，只有认真研究施工方案，因地制宜地做好这些工作，才能提高绳索取芯效率，降低成本，使经济效益提高。
一、套管直径深度的选择及防斜措施绳索取芯钻探与所下套管的直径和孔斜至关重要。
下好表层套管是保证绳索取芯正常钻进的基础。
针对孔深超过180米的钻孔都应下入套管，孔深不超过180米的钻孔也应下入大一级的井口管控制表土坍塌，如果钻进比较厚的第四系地层不下套管，那对冲洗液应定时进行检测，保持其护壁的优良技术参数，同时应尽量减少起下钻次数，达到冲洗液护壁的目的。
一般应根据所采用绳索取芯钻具规格和孔径要求来选择套管直径。
且所遇地层岩性完整程度来确定所下入套管的深度。
绳索取芯钻探与套管直径密切相关。
套管直径过大会造成钻具工作不稳定，容易折断钻杆，且均发生在钻杆与丝扣、钻杆与钻杆连接处，而且不便提高钻具回转速度，影响效率的提高。
南海超深水钻探取样钻具优化及应用
南海超深水钻探取样钻具优化及应用阮海龙;陈云龙;蔡家品;蒋卫焱;何繁;李春【摘要】海洋钻探取样对于充分利用海洋资源起着至关重要的作用,然而缺乏深水及超深水自主取样技术已成为制约我国海洋资源开发的瓶颈.在自主研制的已成功应用在南海北部陆坡588 m深水区的TK系列压入活塞式取样钻具的基础上,对该钻具密封装置、衬管、管鞋等进行了优化.新型压入活塞式取样钻具具有良好的耐磨、抗变形等性能,已在南海北部陆坡1720 m超深水区顺利完成100 m连续钻孔取样作业,岩心平均收获率达85%,成为我国超深水取样第一钻.新型压入活塞式取样钻具可满足我国海洋深水及超深水钻探取样的需求,具有良好的推广应用价值.%Drilling and sampling play a vital role in full exploitation of marine resources;however, the shortage of sampling technologies with independent IPRs in deep water and ultra-deepwater is the bottleneck to exploit marine resources in our country.On the basis of the TK series press-in piston sampling drilling tools, which was independently developed and successfully applied in the 588 m deep northern slope of the South China Sea, the combination of the sealing material, liner and pipe shoe was optimized.The new generation of press-in piston sampling drilling tool has good resistance against wear and deformation, and a 100 m continuous sampling job was successfully completed in the northern slope with a water depth of 1720 m, with the core recovery being 85%.This is the first job of ultra-deepwater sampling in China.The new tool can well meet the deep water and ultra-deepwater marine drilling and sampling needs which has high dissemination and application potential.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2017(029)001【总页数】5页(P105-109)【关键词】南海;超深水;TK系列取样钻具;优化;新型压入活塞式取样钻具;岩心收获率【作者】阮海龙;陈云龙;蔡家品;蒋卫焱;何繁;李春【作者单位】中国地质大学(北京) 北京 100083;北京探矿工程研究所北京100083;北京探矿工程研究所北京 100083;北京探矿工程研究所北京 100083;中海油田服务股份有限公司天津 300451;中海油田服务股份有限公司天津 300451;北京探矿工程研究所北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TE921+.3我国深水海域蕴藏着大量油气资源[1-2]。
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第47卷 第4期 煤田地质与勘探Vol. 47 No.42019年8月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Aug . 2019收稿日期: 2018-11-12基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFC0307501)；国家自然科学基金项目(41702390)；湖南省自然科学基金项目(2018JJ3173) Foundation item ：National Key R&D Program of China(2017YFC0307501)；National Natural Science Foundation of China(41702390)；Natural Science Foundation of Hunan Province ，China(2018JJ3173)第一作者简介: 王佳亮，1986年生，男，湖南长沙人，博士，副教授，从事金刚石工具等方面的教学和科研工作. E-mail ：Jialiangwang2019@ 通信作者: 彭奋飞，1993年生，男，湖南攸县人，硕士研究生，从事金刚石碎岩机具研究. E-mail ：736690463@引用格式: 王佳亮，彭奋飞，万步炎，等. 海底钻机的高可靠绳索取心钻具的结构优化与仿真分析[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(4)：206–211. WANG Jialiang ，PENG Fenfei ，WAN Buyan ，et al. Structural optimization and simulation analysis of high reliability wire-line coring drilling tools for submarine drilling rigs[J]. Coal Geology & Exploration ，2019，47(4)：206–211.文章编号: 1001-1986(2019)04-0206-06海底钻机的高可靠绳索取心钻具的结构优化与仿真分析王佳亮1,2，彭奋飞1,2，万步炎1,2，周 云3(1. 湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室，湖南 湘潭 411201； 2. 湖南科技大学机电工程学院，湖南 湘潭 411201；3. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071)摘要: 以提高绳索取心钻具在海底钻机上应用的工作可靠性，依据海底环境的特殊性，从提高单动机构的单动性能和悬挂机构的工作可靠性两方面着手，对钻具的单动机构展开结构优化并利用ABAQUS 仿真分析手段对悬挂机构进行数值仿真分析。
结果表明：经改进后的单动机构能够抑制海水的腐蚀效应，改善芯轴的定心效果，提高运转灵活性；经改进后的悬挂机构能够降低在频繁使用过程中其关键零部件发生塑性变形的风险，提高悬挂机构的工作可靠性。
研究成果可为相关钻具设计提供理论支撑。
关 键 词：海洋勘探；绳索取心；悬挂机构；取样工具；金刚石钻进；ABAQUS 仿真中图分类号：P634.4 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.04.031Structural optimization and simulation analysis of high reliability wire-line coringdrilling tools for submarine drilling rigsW ANG Jialiang 1,2, PENG Fenfei 1,2, W AN Buyan 1,2, ZHOU Y un 3(1. National Local Joint Engineering Laboratory of Marine Mineral Resources Exploration Equipment and Safety Technol-ogy , Hunan University of Science and Technology , Xiangtan 411201, China ; 2. School of Mechanical Engineering , Hunan University of Science and Technology , Xiangtan 411201, China ; 3. State Key Laboratory of Geomechanics and GeotechnicalEngineering , Institute of Rock and Soil Mechanics , Chinese Academy of Sciences , Wuhan 430071, China ) Abstract: In order to improve the working reliability of wire-line coring drilling tools used in submarine drilling rigs, based on the particularity of submarine environment, from the aspect of improvement of the single action performance of the single action mechanism and the working reliability of the suspension mechanism, the structural optimization of the single action mechanism was carried out, the numerical simulation analysis of the suspension mechanism was conducted by using ABAQUS simulation. The results show that the improved bearing assembly structure can restrain sea water corrosion, improve the centering effect of arbor and enhance the flexibility of bearing assembly. The improved suspension mechanism can reduce the risk of plastic deformation of key parts used frequently, enhance the working reliability of suspension mechanism. This research results can provide theoretical foundation for related drilling tool design.Keywords: offshore exploration; wire-line coring; suspension mechanism; coring drilling tools; diamond drilling ；ABAQUS simulation随着我国“十三五”期间对深海、深地、深空、深蓝四大保障国家安全和战略利益技术的重视，围绕海洋地质及环境科学研究、海洋矿产资源开发及利用所展开的工作成为近期的研究热点[1-2]。
通过钻第4期王佳亮等: 海底钻机的高可靠绳索取心钻具的结构优化与仿真分析 · 207 ·探技术直接从海底深部获取岩心是评价矿产储量、评估海底工程地质条件的直接方法[3-5]。
而海底钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必需的重型技术装备。
海底钻机是指装备于科学考察船上、并利用铠装动力电缆吊放至海底、通过遥测遥控方式在海面进行操作、可从海底岩体中钻取岩心的一类钻机[6-7]。
相比与钻探船钻探作业的方式，其具有智能化程度高、对母船适应性强、钻进成本低等特点，具有良好的工程应用前景[8-10]。
而采用绳索取心方案配合海底钻机进行钻探作业，相比于提钻取心方案其具有辅助作业时间少、对孔壁的护壁作用好、岩心扰动程度低、岩心采集率高等优势。
在钻进过程中绳索取心钻具的工作可靠性是影响海底钻机取心效率和质量的关键。
绳索取心技术以前主要应用于陆域地质勘探，现有的绳索取心钻具主要是围绕陆域岩心钻机的使用工况和使用条件展开，而针对海底钻机使用工况及环境所展开的研究较少。
常规陆域绳索取心钻具通常采用在心轴上设置上下两幅推力球轴承的结构形式实现内管总成的单动功能，其上轴承仅设置防尘盖而不需考虑海水对单动机构的腐蚀因素影响且推力球轴承对芯轴无定心功能，单动性能较差存在提前失效的风险。
若单动机构失效将进一步导致内管总成的悬挂环与外管中的座环在工作过程中发生相对运动，导致其过度磨损从而使失去悬挂功能[11-12]。
内管总成在投放到位以及钻进结束后拔断岩心的过程中，由于冲击力较大悬挂环与座环易发生卡死现象导致打捞失败[13-14]。
此外，受海底钻机内管总成打捞绞车工作能力的限制，其对悬挂环与座环的设计要求更为苛刻。
本文以提高在海底钻机上的绳索取心钻具的工作可靠性为研究目标，针对单动机构的单动性能以及悬挂机构的结构形式进行优化，并对悬挂机构采用ABAQUS 仿真软件进行模拟仿真分析来验证结构形式的合理性，从而设计出一套满足海底钻机使用工况的绳索取心钻具，确保海底钻机钻进高效性的充分发挥。
1 钻具单动机构结构优化设计的适用于海底钻机的HQ 系列绳索取心钻具包括内管总成和外管总成。
图1为该绳索取心钻具总成图。
其中钻具的单动机构由心轴、套管端盖、骨架油封、上传力卡套、双向推力球轴承、定位套、不锈钢单向推力球轴承、下传力卡套、下深沟球轴承、垫圈、锁紧螺母组成。
相比于常规绳索取心钻具，其单动机构的全部不锈钢轴承组件均设置在密闭的套管端盖腔体内且分别设有注油嘴，能够有效抑制海水腐蚀效应，提高轴承的使用寿命。
推力球和深沟球轴承的组合应用弥补了常规钻具仅采用推力球轴承而无法对芯轴进行有效定心的不足，提高单动机构在工作过程中的运转灵活性，减少悬挂机构中的悬挂环与外管总成中的座环之间的非正常磨损，进一步避免由于悬挂环和座环的变形失效所造成的内管总成打捞困难等风险。
此外，本次设计的钻具去除了常规钻具的到位报信和岩心遇堵装置，使得钻具总长缩短，有利于降低海底钻机的整体高度，使铠装电缆的承重要求控制在安全范围内。