形状记忆聚合物防砂筛管在日本第二轮天然气水合物试采中成功应用,但形状记忆效应对聚合物孔渗特征和防砂性能等影响的研究较少.基于此,本文研发了一种以聚氨酯作为基质的形状记忆聚合物防砂材料,探究了聚合物形状记忆特性、形状记忆前后的孔渗特性和力学强度等的变化规律,并评价了防砂性能.实验结果表明:研制的多孔聚氨酯具有良好的形状记忆特性和孔渗特性,形状固定率>98%,形状恢复率为100%,形状记忆温度为59.8℃;回弹前后渗透率均维持在10 D左右,且回弹前后抗压强度均维持在1 MPa左右;压汞测试表明形状记忆是一个对材料内部大孔的压缩-回弹过程,会导致材料内部结构发生变化,造成抗压强度略有降低,但完全回弹后,渗透性会小幅度增加;防砂性能测试表明仅在实验初期会有少量砂产出,砂粒的产出会对聚氨酯渗透性有一定的损伤,但对完全回弹的聚氨酯的渗透率仍可保持在10 D左右.综合材料性能分析认为,研制的形状记忆聚氨酯材料可配合机械防砂筛管使用,能满足水合物开采井防砂的需求.
随着定向钻进技术应用越来越广泛,钻孔轨迹的控制技术变得尤为重要.为了研究钻孔自然弯曲规律,找到顶角和方位角的变化趋势,进而预测待钻钻孔轨迹的变化,使用SPSS软件对安徽省一号矿区的钻孔测斜数据进行多元方程回归统计分析.在考虑孔深、开孔点空间位置信息(x、y、z坐标)对顶角和方位角影响的基础上,建立了四元八次多项式回归方程,并采用均角全距法,将回归拟合的钻孔轴线空间位置与实际钻孔空间位置进行对比.结果表明:将钻孔原始数据进行线性处理后,用四元八次多项式进行回归,能得到较好的效果,若按照钻孔所处地层产状的不同进行分类后进行回归,拟合程度将进一步提高.利用拟合度高的回归方程,能用来预测未开孔地区的钻孔自然弯曲轨迹,对工程施工控制钻孔轨迹也起到了良好的作用,能更好指导工程的施工.
在冰层钻进时,热融钻具往往会发生倾斜,导致其偏离目标冰层,无法完成既定钻探任务,因此必须对热融钻具的倾斜进行预防和纠正.为此,本文首先分析了热融钻具发生倾斜的原因,并将其归纳为热融钻头底部冰层受热不均、热融钻具结构稳定性差、放缆速度高于钻进速度、钻孔直径过大等;然后,从热力法、重力法、浮力法、推靠法、扶正器法、导向杆嫁接法、钻孔直径减小法等方面归纳总结了热融钻具的防/纠斜方法,从而为进一步开展热融钻具防/纠斜研究奠定了基础.
西藏昌都孜拉山隧道勘察水平孔设计深度1500 m,实际完钻深度1888.88 m.钻进过程中强风化破碎带地层孔壁易坍塌,硬岩地层超长水平孔钻孔轨迹控制难度大,绳索取心岩心管和打捞器推送困难,提下钻阻力大、回转扭矩大、钻具磨损严重,局部地层涌水、冲洗液漏失频发,严重影响成孔质量、施工效率和施工成本.分析了无垂深水平孔钻进过程中破碎地层孔壁失稳、钻孔轨迹偏移、钻进扭矩大、钻具磨损严重等问题产生的原因,给出了实钻过程中的解决方案和处理措施,顺利完成钻孔施工任务,积累了无垂深水平孔绳索取心钻进复杂问题处理措施和经验.
天然气水合物的勘探和开发需要从地层中获取保压岩心进行地层的物化性测试、储量评估以及开采工艺等方面的研究.然而,钻探过程中,伴随温度和压力的改变,天然气水合物很容易发生分解,这给水合物钻探取心工作带来了很大的困难.为了解决天然气水合物保压取心钻具的保压可靠性问题,开展了一种新型齿轮-齿条关闭球阀式水合物保压取心钻具的研制,采用绳索打捞的提拉力驱动球阀工作.详细介绍了该保压取心钻具的结构和工作原理;计算了球阀的工作密封比压及打捞内管所需的提拉力;介绍了该保压取心钻具的室内试验和海试情况.研究表明:该水合物保压取心钻具的取心工艺简单、球阀翻转和密封性能良好、取心成功率高,各项功能和性能指标均达到了设计的要求.
