一種鑽井過程模擬實驗裝置

⑴ 中國大陸科學鑽探（CSDC）的最新進展

劉廣志

（地質礦產部科技委高咨中心，北京100812）

中國大陸科學鑽探（CSDC）籌備工作，自進入90年代以來，獲得了迅速的進展：

·召開了「中國深部地質研究中存在的關鍵地質問題」研討會（1991.3）。

·「中國大陸科學鑽探先行項目」開始執行（1991.7）。1994年11月提交有關報告，通過評審，認為中國開展大陸科學鑽探條件業已成熟，爭取列入「九五」國家重大科學工程項目。

·國務院發布的「國家中長期科技發展綱要」中指出：2000年前要為實施地質科學（超深）鑽探工程進行技術准備，2020年前要實施（1992.3）。

·先後召開了第一次（1992.4）、第二次（1993.5）「中國大陸科學鑽探研討會」，討論中國科學鑽探選址，從12個選區歸結為4個，最後選擇大別—膠南作為首批靶區。

·「中國地質超深鑽探（現稱科學鑽探）國家專業實驗室」在中國地質大學（北京）建成，進入設備安裝調試（1993.5）開展科研工作。

·中國派代表團參加在德國波茨坦召開的「國際大陸科學鑽探會議」（1993.8），並參加ICDP籌備會（1993.9）。此後地質礦產部推薦肖序常院士為中方成員（1994.1）。地質礦產部派肖序常、閔志到美國斯坦福大學參加ICDP會議（1995.12）。

·「中國第一口大陸科學鑽孔實施與科學研究」正式申報為「九五」國家重大科學工程項目。國家科委組織高級專家評議、投票，排名第三（1995.2）。財政部同意支付ICDP會費（1995.7）。以「大陸動力學和大陸科學鑽探」為題舉行了第36次香山科學會議。中國地質界對中國開展大陸科學鑽探取得共識（1995.5）。

·再次舉辦「中國大陸第一口科學鑽孔第三次研討會」（1996.1）。對大別—膠南作出進一步靶區選定；並組織專家進行現場考察。

·（1996.2.26～3.1）在日本東京築波市科學城參加「第八屆通過鑽探觀察深部地殼學術會議」，即「第八屆國際大陸科學鑽探學術會議」。地質礦產部派6人代表團參加了大會。會議期間：①參加了學術1、6兩組的大會論文宣講；②參加了ICDP中美德三國諒解備忘錄的簽字儀式，並參加了該計劃對組織管理、未來國際合作的大型討論會；③劉廣志參加了國際岩石圈（ILP）CC-4組主席M.D.佐巴克教授主持的匯報會，互通了各國CC-4組的活動簡況，提出了今後活動方向。

·配合中國第一口大陸科學鑽探的選址工作，提出了「中國第一口大陸科學鑽探取心鑽孔鑽探工程技術前期研究與開發規劃」（1996.3）。

1中國大陸科學鑽探先導孔施工技術方案

1.1施工條件

（1）鑽孔深度不超過5000m。事先由地質部門提出預想鑽孔柱狀圖及有關地球物理資料。

（2）鑽孔貫穿的主要岩層為結晶岩，如片麻岩、榴輝岩、硬玉石英岩、大理岩等等。

（3）貫穿的岩層主要物理力學性質，單軸抗破碎強度可能高達100～150MPa，個別高達150～200MPa，在地質鑽探岩石可鑽性分類中屬7～12級硬至堅硬岩層，個別屬極硬岩層。岩層研磨性可能成兩極分化狀態，多數屬強、高研磨性；少數屬堅硬、緻密弱研磨性打滑層。有的含包裹體。

（4）岩心是提取大量地質信息的「信息源」，是研究下地殼、上地幔的實物資料，鑽孔直徑要有足夠大的尺寸，以獲取盡可能大直徑的岩心。

鑽孔又是井中地球物理、地球化學測井的通道，其直徑和孔壁穩定性要滿足先進的高科技測井儀下井的要求。

1.2科學鑽探先導孔的主要任務和作用

（1）全孔除覆蓋層以外，要不間斷採取岩心、岩樣，液態樣（礦化水，結晶水，油等），氣態樣（H₂,O₂,CO₂,He,CH₄,Cl,H₂S,SO₂等可能出現的氣體），進行多種測試分析。

（2）分孔段進行系統的地球物理，地球化學測井。

（3）減少深孔將來在這一井段的取心，測井工作量。

（4）測量出地溫剖面，在先導孔周圍打一到幾個深100～300多米的測溫孔，測量地熱熱傳導率，熱流密度，以建立地溫數學模型，推斷先導孔地溫剖面，終孔溫度，地溫變化，對在鑽孔深部選擇取心工具，測井儀器，各種取樣器的結構性能，增強薄弱環節是至關重要的。

（5）在先導孔中試驗各種新研製的鑽頭、鑽具、儀器等。

（6）測試地層壓力梯度，壓裂強度，為孔壁穩定性，造斜傾向等提供參考位置與參數。

（7）檢驗過去用於沉積岩鑽孔中的各種儀器和方法在結晶岩鑽孔中是否有效。

（8）鍛煉鑽探隊伍，培養深孔、超深孔鑽探人才。

1.3先導孔鑽孔結構設計

在1993年9月在德國舉行的「國際大陸科學鑽探會議」上，到會代表們幾乎一致的認為，根據多年來國際上施工科學鑽孔經驗，為節省大量投資，更科學的打科學鑽孔，必須大力提倡採用已經在南非和加拿大施工了數百口深度在4000～5000m以深的勘探鑽孔經驗。英國KENTING鑽探公司的John Beswick先生介紹，南非擁有鑽進能力4000m以上的深鑽機150台，鑽進能力大於5000m的鑽機有20多台，根據南非施鑽的經驗，用這類深尺地質岩心鑽，打2000～6000m的科學鑽孔，可以獲得多快好省的科學與經濟效益。

有的專家提出採用加拿大Heath＆Sherwood鑽探公司的HS-150鑽機（鑽深4570m，最大鑽探曾達5424m）和他們設計的專門用於深孔繩索取心用的HNQ,NBQ內外大環隙繩索取心系統，具以下特殊優點：①降低沖洗液壓力降，②內管投入外管後，可快速到達孔底外管的定位處（表1、2）。

表1第一方案先導孔鑽孔結構

註：RTB—帶擴孔的不提鑽換鑽頭鑽具。

如果用第一方案，要設計研製或購置兩套HNQ,NBQ鑽具。

表2第二方案先導孔鑽孔結構

1.4施工技術路線

（1）參照外國施工經驗與我國國情應考慮：我國是一個發展中國家，財政經濟並不寬裕，一切設備、器具、工藝方法應該著意考慮以「自立更生」為主，盡量利用四十幾年來，鑽探工程積累的成功經驗，能予以改進升級的，能自行研製的，則充分發揮自己探礦機械、儀器工廠的潛力（表3）。本著「有所引進，有所不引進」的原則，引進重點國外產品，予以消化、吸收、彌補急缺。

（2）必須採用繩索取心系統，以大幅度降低起下鑽時間，有效縮短施工期；提高岩心品質，實現不提鑽柱或少提鑽柱換鑽頭，減輕工人勞動強度。施工費用可節約1/3。

（3）發揮我國在小口徑孔底動力機並能配合繩索取心系統的技術優勢，開發與採用小口徑螺桿鑽（PDM）、液動錘（Hydro-hammer）驅動的繩索取心鑽具，實現鑽桿不回轉或慢回轉鑽進，一可以節約動力，二可以減輕鑽桿與套管磨耗，三可有效預防鑽孔歪斜（圖1）。

表3目前國產耐溫近300℃的處理劑

圖1孔底動力機驅動的繩索取心系統

（4）大力採用物理—化學方法穩定孔壁，除鑽孔上部孔段下入部分套管外，下部孔段結晶岩中盡可能採用長裸眼鑽進（岩層自穩）。一旦遇到復雜層，岩層失穩，應採用小間隙套管方案。

（5）發揮鑽井液的多信息載體（油氣，礦化水，結晶水，淡水，鹵水，岩屑）作用，輸送大量地質信息（圖2）。

圖2鑽井液多信息載體作用

① 指防井涌、井噴、防塌、縮經等。②指運送岩屑，岩粉作用。③指作為深層流體（油氣，水等）如H₂,O₂,CO₂,CH₄,He,H₂S,CO₂,SO₂以及Na,K,Ca,Mg微粉等在300℃，1000×10⁵Pa狀態下，運載到地面

2中國科學鑽探先導孔鑽探工程急待開展的科研項目

2.1地面設備

（1）頂驅動長行程鑽機用於繩索取心系統，帶桅桿式鑽塔。

（2）微機自控絞車。

（3）全自動鑽桿排架。

（4）自動擰管機

（5）鑽桿疲勞、破裂孔口探傷器。

（6）鑽探操作自動化操縱台（含監測、採集、優化、反饋系統）。

（7）防噴器組（全封閉1套，封鑽桿2套）。

2.2深孔鑽探基礎理論

（1）高溫高壓下的結晶岩岩石物理力學性質，可鑽性分類與破碎機理。

（2）建立高溫高壓試驗設施。

（3）新型重量輕、高強度管材材料。

（4）鑽桿斷裂力學與監測系統。

（5）鑽頭磨損規律與機理。

（6）高溫高壓鑽井液理論：①鑽井液（無固相）聚合物配方、處理劑、添加劑，抗高溫穩定性、固控設備與理論；②高溫高壓鑽井液水力學、流變學、膠體化學理論與實踐。

（7）鑽井力學。

（8）建立機會井資料庫。

2.3深孔鑽探工藝學研究

（1）深孔鑽孔結構與管理程序設計。

（2）不同孔深的鑽具與鑽具穩定。

（3）深孔孔斜防治。

（4）電子計算機輔助鑽進（CDC）系統。

（5）取心取樣工藝，液態、氣態放射性樣品採集工藝，放射性自動檢測技術。

（6）鑽頭與鑽具選擇方案與相應鑽井參數的確定。

（7）不同孔段地溫檢測及其增溫梯度規律。

（8）不同孔段岩石破碎規律，岩石物理力學性質測定。

2.4孔內系統

（1）長壽命金剛石鑽頭與擴孔器。

（2）開發新型超硬材料切削具與取心鑽頭。

（3）用孔底動力機（BHM）驅動的繩索取心系統：①用螺桿鑽驅動的繩索取心系統；②用液動錘驅動的繩索取心系統；③「三合一」式（繩索＋螺桿鑽＋不提鑽換鑽頭）取心系統。

（4）孔壁取心器：①液壓或刮樣器；②孔底電馬達驅動水平取樣器。

（5）高溫高壓氣態或液態取樣器。

（6）小口徑隨鑽測量（MWD）儀。

（7）小口徑垂直鑽進（VDS）防斜系統。

（8）高溫水泥及其固井技術。

（9）高溫穩定、高潤滑性、抗腐蝕鑽井液及其添加劑。

（10）地層測試器、深部流體流量計等。

（11）高精度深孔岩心定向儀及方法。

（12）含鐵鋁合金鑽桿及其合金鋼接頭。

2.5深孔現代化管理

（1）深孔設計、施工、研究資料中系統工程管理（含工程、經濟兩大范籌）。

（2）設計、施工、研究過程中的資料庫。

（3）資料編輯、整理、出版，信息交流。

2.6信息獲取

自覺採取有代表性的樣品和獲取更多的數據，是科學鑽探項目成功的預先要求。採集數據可再分為孔內與地面兩部分。孔內部分包含取心、取砂樣、測井、鑽進與水力測試，孔內地球物理試驗（孔底到地面或兩個孔之間）。地面部分則包括從孔口和泥漿測試裝置取得的固體和液相樣品，包含首次與初步地質描述，化學與物理分析。測井項目則是雄心勃勃、費時的。鑽導孔時，鑽探費用等於測井計劃的費用。測井程序要逐個孔段進行，為減少漏採信息的危險。鑽探結束之後，還要進行長期測量與試驗（圖3）。

圖3

按照KTB經驗野外信息資料整理後直至提出科研報告，均在野外實驗室完成，鑽孔則建成長期觀測站

3《地質超深鑽探（科學鑽探）技術》國家專業實驗室

3.1實驗室的性質和任務

中國地質大學（北京）所屬的《地質超深鑽探技術》國家專業實驗室，是經國家計劃委員會、國家教育委員會於1989年6月批准投資新建的國家級專業實驗室，同時亦是地質礦產部開放研究實驗室，在學術上是一個相對獨立的研究實體。這個實驗室是開展本學科及相關學科的基礎研究和應用基礎性研究工作的重要基地，也是培養本學科高級科技人才的搖籃。

實驗室按照「開放、流動、聯合」的原則，面向國內外同行業開放，歡迎國內外專家學者在本實驗室發布的《課題指南》范圍內申請研究課題，經學術委員會評審批准資助後，來實驗室開展科學研究。也可自帶課題和經費及配套儀器和設備來開放研究實驗室進行科研活動。

3.2實驗室的課題研究領域

（1）大陸科學鑽探

·中國大陸科學鑽探工程的建設與准備工作

·東亞大陸環境科學鑽探工程

·高溫高壓地學模擬實驗裝置（又稱HTHP井筒）（圖4）

圖4高溫高壓地學模擬實驗裝置

（2）鑽探新技術新方法

以岩石力學研究為基礎，採用電子計算機等高新技術，研究新的鑽探技術裝備與方法

·交流變頻調速型鑽機

·繩索取心與不提鑽換鑽頭技術

·碎岩工具的設計與研究

·高溫熱熔法鑽進新技術

3.3研究設施與裝備

碎岩機理與工具研究部分：主要從事岩石物理機械特性，岩石破碎機理，破碎岩石工具以及井下鑽探工具的新技術研究。主要的設備是美國MTS公司的岩石力學試驗機和0～8000赫茲連續可調的中頻感應燒結設備。

計算機應用技術研究部分：主要從事計算機在鑽井工程及其它相關部門中應用技術的研究。主要的設備是計算機控制的鑽井實驗系統，微機群與其外圍設備，以及HP9000系列的計算機工作站。

除上述幾項設施外，實驗室內還專門建立了一個熱熔法鑽井實驗台。

為了實現國際交流，實驗室內還設立了小型學術廳和專家工作室。

岩石圈構造和深部作用

3.4實驗室的管理與組織

《地質超深鑽探技術》國家專業實驗室由國家教育委員會和地質礦產部雙重領導，行政管理屬於中國地質大學（北京）。

本實驗室實行主任負責制。實驗室主任全面負責組織和領導開放研究實驗室的科學研究、學術活動、人員聘任、人才培養、資金使用和行政管理等工作。

實驗室設學術委員會，是學術評審機構。其主要職責是：確定本實驗室的研究方向，制定《課題指南》，審批研究課題，評審科技成果，審議實驗室的經費計劃和組織重大學術活動。

實驗室的固定人員以及客座研究人員均由實驗室主任聘任。並實行任期制，工作成績突出的可連聘。

3.5實驗室的主要研究成果

（1）微機自控鑽進實驗台。

（2）鑽井工藝技術的微機分析系統。

（3）金剛石鑽進原理及最優化鑽進技術的研究。

（4）地質鑽機新型電驅動系統研究。

（5）改善鑽柱工作性狀及井底載荷有效控制方法研究。

（6）不提鑽井底換鑽頭技術。

（7）熱熔法鑽孔新技術。

（8）高溫鑽井液研究。

管理與研究人員

岩石圈構造和深部作用

學術委員會組成

岩石圈構造和深部作用

⑵ 超高溫高壓流變儀研發設計思路

開發適用於深井、超深井鑽井的抗高溫鑽井液體系，就必須在模擬井下溫度、壓力及環型空間鑽井液上返的動態條件下對鑽井液體系進行室內評價，需要對鑽井液在高溫高壓動態條件下的性能進行科學的評價，才能為深井鑽井液設計及現場鑽井液工藝性能調控提供室內實驗依據。

而目前能夠完全模擬井下條件對鑽井液進行高溫高壓動態性能評價的儀器裝置還不太理想，室內模擬評價實驗條件與井下實際工況差別較大，導致室內研究不能很好地指導現場施工。因此，研製和開發能夠模擬井下工況的實驗裝置是研究的一項重要內容。

擬研製高溫高壓流變儀能模擬泥漿在井下的流變狀態，測定泥漿在高溫高壓的環境中的溫度、壓力、剪切力、剪切應力、稠度等重要的參數，進而計算出水基泥漿在不同模式下的流變參數，為優選水基泥漿體系提供有力的依據。

6.2.1 儀器功能設計

1）動態模擬方式：考慮到井下復雜情況及實驗要求，設計轉速調節范圍應為0～1200r/min。

2）實驗溫度和壓力：為真實模擬井底環境，儀器設計工作溫度需達到300℃以上，工作壓力需達到100MPa以上。而且在低溫、低壓、中溫、中壓、高溫、高壓三種復合溫壓條件下，均能夠對壓力和溫度進行精確控制。

3）儀器功能：根據高溫深井鑽井液測試要求，該儀器應具有高溫高壓動態流變性實驗的功能，能夠在模擬鑽井液旋轉剪切和循環剪切的動態流動條件下，進行高溫高壓流變性測試實驗。

6.2.2 儀器結構

1）主機：支架，外殼，加熱系統（加熱套）。

2）高溫高壓釜體：材質為不銹鋼、哈氏合金，鈦，鉭，鎳等，帶自密封及C環的鉗形閉合方式，簡易安全；軸承：待篩選（寶石）；溫度測量：J氏類熱電偶；溫度和壓力實現電腦實時控制（圖6.1）。

3）加壓系統高壓功能。

a.交流伺服機械增壓裝置，採用控制永磁同步電機轉矩的方法，實現對系統壓力的控制（圖6.2）。

b.實驗壓力由一個氣動的高壓（液壓）泵產生，該泵由一個巧妙的後置壓力控制器、高壓閥和壓力感測器來控制。通過液壓泵活塞向密封的測試體泵入液壓油，使其與測試體中的鑽井液液面直接接觸實現加壓（加壓液體充滿測試體的上部，並直接接觸靜止的樣品，位於測試區域內樣品的上方，但接觸面很小以減少液體間的混合），泵壓由SMC電控閥控制，確保了很小的壓力波動。壓力釋放通過耐高壓的氣動閥來實現，具有很高的安全性。入口壓力過濾乾燥調節系統有一個當檢測到有超額的水時利用儀器排壓系統的自動泄壓裝置，當入口剛剛給壓力時，自動排壓被打開，以便產生一個快速的壓力使自動排壓裝置到位。

圖6.1 高溫高壓流變儀主體結構

圖6.2 伺服機械增壓裝置

4）冷卻系統：使用外接冷凝裝置，通過向測試體和加熱套之間的間隙均勻噴射毛細管狀的冷凝液，並由加熱套底部返回冷凝裝置。整個冷凝過程在密閉空間內進行，確保溫度不隨時間波動或者波動小。

5）攪拌系統：機械轉動：採用步進馬達/電機控制技術，在特定范圍內，電機的速度大小可以實現連續的遞增或遞減；庫特同軸圓筒系統，使用傳統的懸錘和轉子測量系統，便於測試數據的轉移和比較。

6.2.3 工作原理

採用旋轉式黏度計原理：被測液體處於兩個同心圓筒間的環形空間內。通過變速傳動外轉筒以恆速旋轉，外轉筒通過被測液體作用於內筒產生一個轉矩，使同扭簧連接的內筒旋轉了一個相應角度，根據牛頓定律，該轉角的大小與液體的黏度成正比，於是液體黏度的測量轉為內筒轉角的測量。反映在刻度盤的表針讀數，讀取600r/min 和300r/min的讀數，通過計算即為液體黏度、切應力。

電磁圈：同軸圓筒式黏度計是用電動機或手搖柄作動力的旋轉式儀器。鑽井液放在兩個圓筒之間的環形空間內，外筒或轉筒以某個恆定的轉速旋轉。轉筒在鑽井液中的旋轉產生一個作用於內筒或吊錘的扭矩，一個扭矩彈簧將抑制此運動。如圖6.3所示。通常是附著在吊錘上的表盤來只是吊錘的偏轉。

圖6.3 旋轉式原理

⑶ 高溫鑽井液檢測儀器國內外發展現狀

3.3.1 高溫高壓流變儀

高溫流變性是高溫鑽井液的重要參數之一，直接影響鑽速、泵壓、排量、懸浮及攜帶岩屑、井眼清潔、井壁穩定、壓力波動及固井質量等，因此國內外非常重視高溫流變儀的研發。典型生產商為美國Fan公司、OFI公司、Grace公司等。其典型產品有如下。

3.3.1.1 OFITE1100高溫加壓流變儀

美國OFI公司研製生產的OFITE1100高溫加壓流變儀是一個全自動測試系統，能夠根據剪切力、剪切速率、時間、壓力、溫度等參數來准確測試壓裂液、完井液、鑽井液、水泥漿的流變特性，並實時顯示和同步記錄剪切應力、剪切率、轉速、壓力、容池和樣品溫度。可以在實驗室使用也可以在野外使用，可選擇防水移動箱，帶輪子，移動方便。OFITE高溫高壓流變儀壓力可達到18MPa，溫度可到260℃，最低0℃。另外還有冷卻系統，冷卻樣品（圖3.1）。

圖3.1 OFITE 1100高溫加壓流變儀

獨特的ORCADA（OFITE R（流變儀）C（控制）and D（數據）A（採集）），軟體簡單。全新的KlikLockTM快速鏈接技術與重新設計的樣品杯相結合，便於拆卸和維修。全新的SAFEHEATTM系統是一個安全、精確、環境友好、高效的空氣傳輸加熱系統，使得操作更安全簡單，清洗更快速。

3.3.1.2 OFITE高溫高壓流變儀

根據剪切力、剪切速率、時間和壓力直到207MPa和溫度最高至260℃條件，全自動系統准確測定完井液、鑽井液、水泥漿的流變特性。選配冷水系統後，可使測試系統適應於需要冷卻的測試樣品，進一步增加了儀器的應用范圍（圖3.2）。

圖3.2 OFITE高溫高壓流變儀

使用羅盤來測定扭矩附件頂部磁鐵的轉動。如果沒有對儀器進行補償，防護罩內動力驅動磁鐵的影響。地球磁場的影響、防護罩磁性的影響、彈簧非線性的影響、實驗室磁場和材料的影響、非理想流體流動的影響、產品結構微小變化的影響等綜合結果使測定角度顯示非線性關系。計算機可以容易地完成這些影響的補償。

3.3.1.3 Ceast毛細管流變儀

毛細管流變儀分為單孔型和雙孔型，應用於熱塑性聚合物材料的質量控制和研發工作。在CeastVIEW平台下，通過VisualRHEO軟體控制儀器。可實現以任意恆剪切速率或活塞桿速度測量。雙孔料筒結構獨立採集分析每個孔所測得的試驗數據。可選各種專用的軟體。可選配多種測量單元：熔體拉伸試驗、口模膨脹、狹縫口模。PVT、半自動清洗等。Rheologic系列：最大力50kN；速度比1∶500000；活塞速度0.0024～1200mm/min。工作溫度50℃～450℃（選配500℃），有兩個PT100感測器控制。可快速更換的載荷感測器（范圍：1～50KN），壓力感測器范圍3.5～200MPa（圖3.3）。

圖3.3 毛細管流變儀

3.3.1.4 Haake RV20/D100高溫高壓黏度儀

Haake RV20/D100該高溫加壓旋轉黏度計的使用上限為203kPa（1400psi）和300℃，它由兩個固定在加熱器上的同軸圓筒組成。外筒用螺栓固定在加熱器（高壓釜）的頂部，內筒支承在滾珠軸承上（外筒通過軸承將內筒托住）。內筒或轉筒靠磁耦合與一個Rotovisco RV 20相連接。內筒作為轉子，釜外的驅動機構通過電磁耦合帶動內筒轉動；內筒通過電磁耦合將其所受的轉矩傳遞給釜外的驅動機構，使其轉過一個角度（圖3.4）。

圖3.4 Haake RV20/D100剪應力測試原理

可用計算機控制來自動描繪流變曲線。該儀器在0s^-1～1200s^-1范圍內可連續變化，並且自動進行數據分析。施加在轉軸上的扭矩可被反應靈敏的電扭力桿測得。測量電扭力桿扭轉的角度即為所施加的扭矩值。剪切應力可由扭矩值通過合適的剪切應力常數來計算得出。

3.3.1.5 美國Grace公司專利產品MODEL 7400/M7500

M7400流變儀包含250mL的漿杯總成，安裝在儀器加壓的測試釜體內，漿杯易於取出，方便漿杯裝樣和清洗。流變儀可配備不同的內筒/轉子（外筒）組合，提供了不同的測量間隙尺寸。轉子（外筒）按需要的速度圍繞內筒轉動，由於內筒和轉子（外筒）之間的環型區域內的液體被剪切，傳導到內筒上的扭矩用一個應力表類型的扭矩感測器測量（圖3.5）。

圖3.5 M7400流變儀

儀器加壓用一個空氣驅動液壓泵，礦物油作為壓力介質，連接到高壓泵上的可編程壓力控制器控制壓力的升壓和保壓，漿杯下的葉輪循環流動壓力油改善溫度控制效果，葉輪也用於提供均勻的樣品加熱效果，溫度控制採用一個連接到內部4000W加熱器和熱電偶的溫度控制器控制，漿杯中心內筒頂部的熱電偶用於測量實際樣品溫度，馬達驅動轉子（外筒）在一定速度范圍內轉動，樣品黏度根據測量出來的剪切應力和剪切速率計算出來。

M7500是專為復雜樣品進行簡單測試而設計的高溫、超高壓、低剪切、自動、數字流變儀。該儀器專利的測量機構設計消除了昂貴和易損的寶石軸承，可以進行大范圍的測量。由於它獨特的設計，使其便於維護並大大簡化了操作流程。基於微軟資料庫作為支持友好的用戶界面，測試結果自動化的壓力，速度和溫度控制，使實驗結果更加精確和一致，標準的API實驗可由觸摸式LCD屏幕或者在計算機上單擊滑鼠來實現（表3.5）。

表3.5 M7500技術參數

M7500與其他同類產品相比，測試時間短且更容易操作；它不含有易碎和昂貴的精密軸承，維修成本低；最先進的速度控制使得低剪切率測試成為可能，自動剪切應力校準在很大程度上簡化了操作程序。

3.3.1.6 Fann流變儀

（1）Fann稠度儀

Fann稠度儀是一種高溫高壓儀器，試驗的泥漿在套筒內承受剪切，其最高工作壓力和溫度分別為140MPa和260℃，其測量原理見圖3.6。它通過安裝在樣品釜兩端的兩個交替充電的電磁鐵產生的電磁力，使軟鐵芯作軸嚮往復運動。存在於運動鐵芯與樣品釜釜壁之間的環形間隙內的泥漿受到剪切，泥漿黏度越高，鐵芯運動越緩慢，從一端運行到另一端所用的時間也就越長，泥漿的相對黏度就用鐵芯的運行時間來衡量。Fann稠度儀不能測量絕對黏度，通常將其結果作為相對黏度。這是因為電磁鐵施加給鐵芯的是一個不變的力，使鐵芯在被測泥漿中從速度為零加速至終速度，在常用的泥漿中鐵芯不能總是勻速運動，因此不能按不變的或確定的環空剪率進行分析。在實際使用中，常用於測量水泥漿的稠度。

圖3.6 Fann稠度儀原理圖

（2）Fann 50C高溫高壓流變儀

Fann50C高溫高壓流變儀是高溫高壓同軸旋轉式黏度計，其最高工作壓力和溫度為7MPa和260℃，其剪應力測量原理如圖3.6。泥漿裝在兩個圓筒的環狀間隙里，外筒可用不同轉速旋轉。外同在泥漿中旋轉所形成的扭矩，施加在內筒上，使內筒轉過一個角度。測量這一角度，即可確定其剪應力值。測量數據用X-Y記錄儀以曲線形式輸出。其轉速可在1～625r/min范圍內無級調速。

Fann 50C早期產品由壓力油提供壓力，適合於作水基泥漿的高溫高壓流變性測試，壓力油對油基泥漿試驗結果影響較大。Fann 50C中期產品有兩種形式，既可由壓力油提供壓力，也可由高壓氮氣或空氣提供壓力。近期產品則只有由高壓氣源提供壓力一種形式。採用氣壓形式後，就不存在壓力油對泥漿污染和對測試結果的影響。

（3）Fann 50SL高溫流變儀

50SL是Fann 50C的改進型產品，它在Fann50C原有結構基礎上，新增加了壓力感測器，冷卻水電磁閥和遠程式控制制器（RCO），是一款高精度的同軸旋轉型黏度計，該儀器具有廣泛的通用性，可解決多種黏度測試問題或完成許多程序測試，Fann 50SL（圖3.7）可以測試特殊剪切速率下的流體的流變特性，如賓漢塑性流體和假塑性流體（包括冪律流體）和膨脹性流體，觸變性和膠凝時間也可以測試出來，實驗可以在剪切率、溫度和壓力精確控制的狀態下進行。

該黏度計可以測試出剪切力-剪切率值，也可得到在流變狀態下的剪率特性，通過選擇合適的扭簧、內筒和外筒可得到很寬的黏度測量范圍（量程從50到64000dyn/cm²之間的剪力范圍）。

最高溫度260℃，壓力7MPa（1000psi）條件下的測試。使用該儀器必須在連接遠程式控制制器和一台合適的電腦的條件下，其控制操作由儀器將感測器信號通過介面傳送到計算機，計算機再把正確的控制信號輸出給Fann 50SL。加熱、施壓和轉子速度的控制由專門軟體的輸入來控制。在各種剪切速率下的表觀黏度、時間依賴性、連續剪切和溫度效應引起的變化等可快速而准確地測定。50SL是一般流變特性，包括鑽井液高溫穩定性測定的理想儀器。唯一不足的是該控制軟體中不具備將曲線在列印機上輸出的功能。

（4）Fann 75流變儀

主要用來測量不同溫度、壓力和剪切速率下鑽井液的剪切應力、黏度。最高測量溫度為260℃，最高測量壓力為138MPa，儀器如圖3.8所示。

該儀器同其他「旋轉」式流變儀工作原理一樣，轉子/浮子組合如圖所示。

（5）Fann IX77流變儀

范氏IX77型全自動泥漿流變儀（圖3.9）是第一台在高壓（30000Psi）和高溫（316℃）的極端條件下測量流體流變性的全自動流變儀。另外，如果配上一個軟體控制的製冷器可以使實驗在室溫以下的溫度進行。

圖3.7 Fann 50SL高溫流變儀

圖3.8 Fann 75流變儀

該儀器是同軸圓筒測量系統，它使用一個精密的磁敏角度感測器來檢測內嵌寶石軸承的彈簧組合的角度，感測器系統可以校準到±1℃。電機轉速實現了0～640r/min無級調速的全自動控制。

儀器的特點在於藉助內嵌微電腦和巧妙的機械及電路設計而帶來的非常安全的傳動機構。它的軟體使儀器的操作、數據採集、輸出報告和報警功能自動進行，最大限度的擴展其應用范圍，給操作帶來較大的靈活性。

IX77禁止用於測試具有赤鐵礦、鈦鐵礦、碳酸鐵成分的或者含有磁性的活亞鐵成分的混合物、溶液、懸浮液和試劑的樣品。

其他高溫高壓流變儀如Chandler 7400（工作極限條件：140MPa和205℃）和Huxley Burtram（105MPa和260℃）與以上類型工作原理相似。

圖3.9 Fann IX77 流變儀

3.3.2 高溫高壓濾失儀

泥漿在鑽井時向地層滲濾是一個復雜的過程，影響因素較多，它包括在泥漿液柱壓力和儲層壓力之間的壓差作用下，發生的靜止濾失。包括在該壓差下，泥漿在流動狀態下的動濾失，這種流動是由泥漿循環時的返流和鑽柱旋轉時的旋流所引起，它對井壁過濾面產生沖刷作用，影響了滲濾的過程。

高溫高壓濾失儀是一種在模擬深井條件下，測定鑽井液濾失量，並同時可製取高溫高壓狀態下濾失後形成的濾餅的專用儀器。溫度和壓力在濾出液控制中起著很大的作用。

3.3.2.1 海通達高溫高壓濾失儀

（1）GGS系列（圖3.10；表3.6）

圖3.10 GGS-71型高溫高壓濾失儀

表3.6 GGS系列儀器參數

其中GGS42-選用單孔單層活網鑽井液杯，濾網目數50。

GGS42-2和GGS71-A使用不銹鋼外殼，添加特殊保溫層，熱傳遞效率高，選用通孔單層活網鑽井液杯，濾網目數50；GGS42-2A和 GGS71-B使用不銹鋼外殼，添加特殊保溫層，熱傳遞效率高，選用通孔單層活網鑽井液杯，濾網目數60，有獨立溫度控制系統，採用國外先進的電子溫控器。

（2）HDF-1型高溫高壓動態濾失儀

HDF-1型高溫高壓動態濾失儀克服了靜態濾失儀的不足，使測試結果更加接近井下實際情況。該儀器由電機驅動的主軸帶動杯體內的螺旋葉片對鑽井液進行攪拌。通過SCR控制器控制變速電機，數字顯示主軸轉速（表3.7；圖3.11）。

表3.7 儀器的主要技術參數

圖3.11 HDF-1型濾失儀

3.3.2.2 OFI公司高溫高壓動態全自動失水儀

OFITE高溫高壓動態失水儀在動態鑽井條件下測量濾失特性。馬達驅動裝配有槳葉的主軸在標准500mL HTHP泥漿池中旋轉，轉速設置范圍為1～1600r/min，模擬鑽井液高溫高壓池中以層流或紊流形式流動。測試方式完全和標準的高溫高壓濾失儀一樣，唯一的差異為濾出物收集時鑽井液在高溫高壓池中流動循環。由於濾失介質為普通的圓盤（disk）材質，因此測定結果跟別的或以往的有充分的可比性，該儀器能夠和電腦相連，並自動畫出曲線。最高壓力8.6MPa，最高溫度260℃（圖3.12）。

圖3.12 OFI高溫高壓動態濾失儀

技術特徵：①一款分析轉動中鑽井液的真正循環濾失儀；②變速馬達，1/2Hp永久磁鐵，直流；③池頂帶蓋得以輔助管路連接，移去堵頭，可以添加額外的鑽井液添加劑；④安全校正的防爆片，保證過壓安全；⑤馬達和轉動主軸轉動轉速操作保證1∶1；⑥可調螺旋槳改變到濾失介質距離；⑦可調熱電偶溫度38～260℃；⑧可選的濾失滲透性濾片；⑨500mL容積的不銹鋼高壓池。

3.3.2.3 美國Fann高溫高壓動態全自動失水儀

Fann90高溫高壓動態失水儀使用人造岩心濾筒，濾液從岩心濾筒側壁濾出，能很好地模擬鑽進過程中鑽井液從井壁濾失的過程，不但能測試在一段時間內累積的濾液量，而且可以繪制濾液隨時間變化的濾失曲線。Fann90的最高工作壓力可達17.2MPa，最高工作溫度260℃。該儀器可與電腦和列印機連接，自動化程度高，操作方便，是當前最先進的高溫高壓動態失水儀（圖3.13）。

圖3.13 Fann90 高溫高壓動失水儀

3.3.2.4 LH-1型鑽井液高溫高壓多功能動態評價實驗儀

「抗高溫高密度水基鑽井液作用機理及性能研究」的多功能動態評價實驗儀，是一種鑽井液用智能型多功能動態綜合評價實驗儀。該儀器能模擬鑽井過程中的井下情況評價鑽井液性能，並將鑽井液多項高溫高壓性能評價實驗集於一體，達到一儀多用的目的（圖3.14）。

圖3.14 鑽井液多功能動態綜合測試儀實物圖

該儀器可以進行高溫高壓靜/動態濾失、高溫高壓鑽屑分散、高溫高壓動態老化等若干項實驗，採用電腦工控機控制實驗過程，實時顯示實驗狀態、自動採集、處理、顯示實驗數據，實現智能化實驗操作。

儀器主要技術指標：工作溫度0～300℃；工作壓力0～40MPa；轉速0～1200r/min，無級調速；釜體容積800mL；冷卻速率200℃～室溫/10min。

3.3.3 高溫滾子爐

溫度的影響對鑽井液在鑽井內的循環是非常重要的。熱滾爐的作用是評定鑽井液循環與井內時溫度對鑽進的影響。

高溫滾子爐包括爐體、滾筒及滾筒帶動的陳化釜。陳化釜設有一釜體，釜體上部設有釜蓋，釜體與釜蓋之間設有密封蓋，釜蓋上垂直於釜蓋設有壓緊螺栓，將密封蓋與釜體壓緊。密封蓋與釜體之間設有密封環，所述的密封環為四氟乙烯材質。覆蓋上設有排氣閥，排氣閥穿過密封蓋與釜腔相通，排氣閥兩端設有O型密封圈，密封圈為四氟乙烯材質。釜蓋與釜體上設有支撐環，支撐環為四氟乙烯材質，爐門邊緣設有密封墊，密封墊為四氟乙烯材質。該滾子爐耐高溫、密封效果好，而且體積小、安全系數高，便於使用。

3.3.3.1 青島海通達XGRL-4高溫滾子爐

滾子爐是一種加熱、老化裝置。採用微處理器智能控制技術，直接設定，數字面板顯示，並可進行偏差指示。適用范圍為50～240℃，滾子轉速為50r/min（圖3.15）。

圖3.15 XGRL-4型高溫滾子爐

該滾子爐採用鋼架結構、硅酸鋁保溫層、不銹鋼外殼；滾筒採用優質金屬材料滾筒和框架、四氟石墨軸承，重量輕、轉動平穩；其加熱系統採用兩根700W加熱管加熱；動力系統由大功率調速電機鏈帶動滾子轉動，傳動平穩可靠、噪音低；溫控部分採用智能儀表設定、顯示和讀出，恆溫准確，溫度超限自動斷開加熱電源，並發出聲光報警。定時部分定時關機。

3.3.3.2 OFFIE 滾子爐

美國OFI公司，五軸高溫滾子爐。適用范圍為50～300℃，滾子轉速為50r/min（圖3.16，圖3.17）。

圖3.16 OFFIE滾子爐

圖3.17 老化罐

3.3.3.3 Fann 701滾子爐

美國Fann公司的Fann 701型五軸高溫滾子爐，適用范圍為50～300℃，滾子轉速為50r/min（圖3.18）。

圖3.18 Fann滾子爐

3.3.4 其他高溫高壓評價儀器現狀

3.3.4.1 高溫高壓堵漏儀

高溫高壓堵漏儀主要是用來模擬高溫高壓條件下進行堵漏材料實驗，對一套泥漿系統既可以做填砂床實驗又可以做縫板實驗，還可以做岩心靜態污染實驗以及測量堵漏層形成後抗反排壓力的大小。如：JHB高溫高壓堵漏儀由加壓部分、加溫部分、縫板模擬部分等組成。參看圖3.19～圖3.22。

圖3.19 高溫高壓堵漏儀實物圖

圖3.20 高溫高壓堵漏儀結構圖

圖3.21 實驗縫板實物圖

圖3.22 實驗用滾珠及套筒實物圖

3.3.4.2 高溫高壓膨脹儀現狀

膨脹儀是評價黏土礦物膨脹性能的重要試驗儀器，主要用於防塌泥漿及處理劑的研究方面。通過電腦回執曲線可准確測定泥頁岩試樣在不同條件下的膨脹量和膨脹率。用以評價不同的防塌處理對頁岩泥水化的抑制能力，並針對不同的地層及不同組分的泥頁岩選擇適用的處理劑，以控制、削弱泥頁岩的水化膨脹進而防止可能出現的坍塌、卡鑽等事故的發生。

常溫常壓膨脹儀不能模擬井下條件下黏土的膨脹情況和加入黏土抑制劑後對黏土的防膨脹效果。

（1）HTP-C4高溫高壓雙通道膨脹儀

HTP-C4型高溫高壓單通道膨脹量儀，能較好模擬井下溫度（≤260℃）和壓力（≤7MPa）條件下，測試頁岩的水化膨脹特性，為石油鑽井井壁穩定性研究、評價和優選防塌鑽井液配方提供了一種先進的測試手段。HTP-C4型頁岩膨脹儀採用非接觸式高精度感測器，電腦監控記錄，性能穩定，測試范圍大，無漂移，通電即可使用，兩個樣品可同時測量（表3.8；圖3.23）。

表3.8 儀器的主要技術參數

圖3.23 HTP-4型高溫高壓單通道膨脹儀

（2）JHTP非接觸式高溫高壓智能膨脹儀

高溫高壓膨脹儀雖然能模擬井下溫度和壓力條件，但其使用的是接觸式線性位移感測器，這種接觸式感測器受膨脹腔結構的影響，在高壓密封和位移之間產生矛盾，使黏土的線性膨脹量不能得到真實的反映，因為增大了試驗誤差。

圖3.24是一種非接觸式高溫高壓智能膨脹儀結構圖。它由加熱體、實驗腔體、腔蓋、腔體、腔身、圓鐵餅、非接觸式位移感測器、試驗液體加入口、加壓孔、前置器、數據採集器及輸出設備組成。它是利用非接觸式位移感測器與圓鐵餅之間的距離隨黏土餅膨脹時提高變化而變短，而改變感測器的輸出電壓，使數據採集器得到實驗參數，達到在室內評價黏土礦物的膨脹性能。克服了現有膨脹儀不能真實和准確地描述井下條件黏土的膨脹情況、實驗誤差大、加入抑制劑後對黏土的防膨脹效果不能預計的問題。結構簡單，操作方便，實驗數據准確。

圖3.24 JHTP非接觸式智能膨脹儀結構

3.3.4.3 高溫高壓黏附儀

該儀器可測定鑽井液在常溫中壓（0.7MPa）及在常溫高壓（3.5MPa）條件下濾失後形成濾餅的黏附性能，同時還可測試鑽井液樣品在高溫（～170℃）高壓（3.5MPa）條件下濾失後形成濾餅的黏附性能。黏附盤加壓方式為氣動（圖3.25）。

3.3.4.4 高溫高壓腐蝕測定儀

OFI高溫高壓腐蝕測試儀是用於測試金屬試樣在高溫高壓動態條件下對各種腐蝕液體的反應速率。該系統主要由壓力釜、控制儀表及閥門、樣品支架和試樣玻璃器皿組成。

壓力釜採用特製的合金鋼材料，最大工作壓力34.5MPa，最高溫度可達204.4℃。壓力釜及內部樣品由熱電偶加溫。加熱速率范圍為2.5℉/min到3℉/min。機箱內包括一個馬達用以搖動測量支架，一台高壓泵用於提供系統壓力。系統設有安全裝置，包括安全警報等。

圖3.25 GNF-1型黏附儀

⑷ 油氣井工程的開設高校

2013-2014年油氣井工程專業院校排行榜 排 名 學校名稱 星 級 博士點 1 中國石油大學（北京） 5★ 1 2 中國石油大學（華東） 5★ 1 3 西南石油大學 3★ 1 4 東北石油大學 3★ 1 5 長江大學 3★ 1 6 中國地質大學（武漢） 3★ 1 7 燕山大學 2★ 0 8中國地質大學（北京）2★09西安石油大學2★010遼寧石油化工大學2★011常州大學2★012重慶科技學院2★0 經過新老幾代人多年的建設與發展，特別是經過「211工程」一期建設，油氣井工程學科已形成五個穩定的研究方向；造就了一支學歷層次高、知識結構合理且比較年輕化的學術隊伍；建成了一批具有國內一流水平的研究室和實驗室；承擔國家自然科學基金、「863計劃」、「973計劃」、國家重點攻關項目十多項；取得了一大批達到國際先進水平的科技成果，並獲得了多項國家級和省部級的科研獎勵；培養了近20名博士，200名碩士，發表了300餘篇高水平的學術論文，出版了20部專著或教材；年均科研經費達到近1000萬元。同時本學科也是國內該領域歷史最久、規模最大的高級專門人才培養或培訓基地。多年來在人才培養和科技發展方面，為我國石油工業的發展做出了重大貢獻。
一、主要研究方向：
1、油氣井流體力學及高壓射流技術。
主要研究井筒中牛頓流體、非牛頓流體、多相流體及高壓射流的流動規律。通過在油氣井筒內復雜流動條件下流體流動規律的研究，豐富和發展洗井技術、射流技術、破岩技術、井控技術，提高機械鑽速，減少井下事故，減低生產成本，縮短建井周期，提高油井產能。該研究方向具有超高壓射流實驗系統，先進的 PIV高速射流實驗測試及數據採集處理系統，中圍壓及高溫高壓模擬實驗井筒，磨料射流實驗裝置等可進行各種射流實驗研究和多相流流動規律研究的裝備條件。
2、油氣井工程岩石力學。
主要研究內容有：地層基礎參數預測與評價技術，破岩機理及破岩技術，井壁穩定理論與控制技術和完井與油層改造過程的岩石力學問題。該研究方向具有高溫高壓三軸模擬試驗架，高溫高壓岩石與鑽井液相互作用模擬試驗架，岩石聲學測試裝置，岩石微觀測試系統等先進實驗裝備，而且有一個金剛石鑽頭研究室，具有金剛石鑽頭的先進研究手段和生產能力。
3、油氣井信息與控制工程。
主要研究內容有：油氣井管柱力學研究，井下過程式控制制研究和地層信息採集與利用研究。綜合應用基礎科學的理論和方法，研究管柱在各種井眼（直井、定向井及水平井）中的力學行為，為井眼軌跡控制、直井防斜打快、管柱的優化設計、合理使用及其壽命預測等提供科學依據。該研究方向建有大型管柱動力學研究模擬實驗裝置和井下鑽柱受力實測裝置，開展了防斜機理的理論和實驗研究，形成了不同底部鑽具組合防斜效果的室內實驗評價方法、井眼軌跡預測和控制技術及相關軟體。建立了針對定向井、水平井、大位移井鑽柱進行摩阻計算、強度分析、穩定性分析和疲勞壽命預測的分析模型及相關軟體。開展了套管損壞與防治技術研究。
4、鑽井液、完井液化學與技術。
主要研究內容有：鑽井液與完井液體系及處理劑的研製、配方與性能研究，井壁穩定化學力學耦合研究，油氣層保護研究及鑽井液膠體與界面化學性質研究等。該研究方向具有范90動濾失儀、膠體ZETA電位分析儀等先進測試儀器以及先進的鑽井液模擬實驗井筒等。
5、固井、完井工程與技術
主要研究內容有：注水泥頂替效率、纖維水泥水泥漿體系研究，低密度流體在洗井、沖砂、壓井及射孔等工程中的應用研究，水力壓裂設計與評價技術研究，出砂機理與防砂技術研究。
二、研究隊伍：
本學科共有研究人員50人，其中教授12人（其中工程院院士1人，博導8人。）、副教授及高級工程師18人，具有博士學位者11人。入選國家「百千萬人才工程」第一、二層次人選者1人，獲得 「國家傑出青年基金」者1人。
三、研究機構：
油氣井工程系
金剛石鑽頭研究室
鑽井液化學研究室
高壓水射流研究中心
四、主要研究成果及獲獎：
1、水平井鑽井配套技術, 1997年國家科技進步一等獎
2、加長噴嘴牙輪鑽頭, 1997年國家發明三等獎
3、人造硬質材料鑽頭破岩機理及設計, 1996年石油天然氣總公司科技進步二等獎
4、無熒光防塌降濾失劑PA-1及低傷害固砂穩定劑, 1996年山東省科技進步二等獎
5、分層地應力剖面建立技術, 1998年山東省計算機優秀應用成果二等獎
6、地應力測量技術及其在油田勘探開發中的應用, 1999年石油天然氣集團公司科技進步二等獎
7、地應力測量技術現狀及發展趨勢研究,1999年石油天然氣集團公司科技情報一等獎
8、大港低滲塊狀砂岩油藏水平井鑽井技術,1999年中國石油天然氣集團公司科技進步二等獎
9、高壓旋轉水射流處理近井地層增產增注研究,1999年山東省科技進步二等獎
10、屋脊失斷塊油藏和特稠油油藏側鑽水平井配套技術研究, 2000年中國石油化工總公司科技進步一等獎 油氣井工程學科培養具備獨立從事油氣井工程中工程設計、組織實施、分析和解決油氣井工程作業問題的能力，可以取得具有一定創新意義的研究成果；能熟練地運用計算機和掌握一門外國語；能夠從事專業及相鄰專業的教學、科研、科技開發和管理工作。
本學科1995年4月作為原中國石油天然氣總公司的重點建設學科正式啟動，2001年成為陝西省重點學科。油氣井工程學科依託一個部級研究中心（CNPC石油鑽井信息應用技術中心），一個導向鑽井研究所，師資力量雄厚，現有教授9人，副教授1人。
1、培養方向主要有：
2、儲層保護技術
3、導向鑽井技術
4、井筒信息應用技術
5、深井與超深井鑽井技術 本學科主要圍繞油氣井工程中的岩石破碎學和工具、石油管柱力學、鑽采地面及井下狀態檢測與故障診斷、鑽井信息資源開發利用、油田化學劑的配製，以及鑽井和採油化學技術的應用等方面開展研究，為高效、安全、優質鑽井提供有力的技術保障。擁有岩石可鑽性測定儀、岩石力學特性參數測定儀、高溫高壓頁岩膨脹性能測定儀、核磁共振岩心分析儀、有線（無線）多通道雜訊振動分析儀等先進儀器設備。近五年，先後承擔了鑽井泵關鍵部件的損傷機理及診斷技術研究、單觀察序列井場信號分離與識別應用研究、西山窯高研磨地層鑽速技術研究、大港濱海區塊下部地層提高機械鑽速技術應用、松南氣田青2-登婁庫組高硬度高研磨地層提速技術研究、柯克亞區塊鑽井提速技術研究與應用、彭水-黃平海相頁岩氣區塊岩石力學特性實驗研究等國家自然基金及企業合作課題20餘項。其中西山窯高研磨地層提速技術研究獲2011年中國石油和化學工業聯合會科技進步三等獎。已發表論文40餘篇，申請發明專利10餘項。培養研究生18人，其中2人進入中國石油大學(北京)，1人進入上海大學繼續深造。

⑸ 超高溫高壓失水儀研發設計思路

在泥漿液柱壓力和儲層壓力之間的壓差作用下，泥漿循環時的返流和鑽柱旋轉時的旋流會產生動態濾失，這種流動對井壁過濾面產生沖刷作用，影響了滲濾的過程。此外，還有鑽井時鑽柱旋轉對泥餅的壓實與刮切作用、劃眼時破壞了老泥餅，重新開始新的滲濾過程、在起下鑽過程中，井內液柱壓力激動對泥漿滲濾的影響等。如果我們要模擬所有的這些因素來進行研究，則不僅難以實現，而且不容易得到規律性的結果。因此我們在研究中，把在鑽井過程始終存在的比較有規律的泥漿沖刷作用和壓差作為主要的影響因素來進行模擬。

6.3.1 儀器功能設計

1）動態模擬方式：為了真實模擬鑽進過程中鑽井液在井下的流動狀態，使鑽井液在井筒上返流動過程中既存在鑽柱旋轉剪切下的周向運動，又存在環空軸向上返運動，呈現復合流態。需設計攪拌器，使其在實驗過程中攪拌鑽井液，維持鑽井液的復合流動狀態，同時攪拌器的攪拌速度能實現無級調速。鑽井環空剪切速度一般為200～300r/min，考慮到井下復雜情況及實驗要求，設計轉速調節范圍應為0～1200r/min。

2）實驗溫度和壓力：為真實模擬井底環境，儀器設計工作溫度需達到300℃以上，工作壓力需達到20MPa以上。而且在低溫、低壓、中溫、中壓、高溫、高壓三種復合溫壓條件下，均能夠對壓力和溫度進行精確控制。

3）功能：根據高溫深井鑽井液測試要求，該儀器應具有高溫高壓動態濾失實驗的功能，能夠在模擬鑽井液旋轉剪切和循環剪切的動態流動條件下，進行高溫高壓濾失實驗。

6.3.2 儀器結構

1）動力傳動組件：由電機、皮帶輪、橫梁、鎖緊手柄、皮帶罩等組成，是儀器的動力傳動系統。

2）主機：主機由底座、外殼、加熱系統等組成。

3）實驗釜體（壓濾器）：材質為不銹鋼、哈氏合金，鈦，鉭，鎳等，帶自密封及C環的鉗形閉合方式，簡易安全；高溫高壓釜體（容積為300～400mL、承壓40MPa）、過濾介質（採用人造岩心濾筒）、緊定螺釘等組成。帶加熱裝置和冷卻裝置。濾液接收器能承受10MPa壓力（圖6.4）。

4）加壓穩壓系統：包括氮氣瓶、泵、儲油罐、壓力轉換器及管線。是一個高壓減壓裝置，高壓經減壓穩壓，以提供實驗所需壓力；管匯組件由調壓手柄、高壓膠管、壓力表、放氣閥等組成。可供壓力為100MPa。

5）攪拌裝置：磁力驅動攪拌器，在負載情況下轉速為0～1200r/min，攪拌軸裝有單個波形葉片，用不銹鋼或耐腐蝕材料做成（圖6.5）。

圖6.4 高溫高壓反應釜

圖6.5 磁力攪拌

6.3.3 工作原理

該儀器在模擬井下作業的實際狀況而確定的參數進行工作的，它是將鑽井液通過加熱套部件加溫並恆定於某一溫度，其間由變速電機按規定的轉速帶動傳動軸不停地攪拌，並由減壓穩壓裝置提供壓力作用於鑽井液上，模擬現場工作狀態，獲其濾失量。如被溫度大於90℃時為防止液體蒸發，應採用回壓裝置。

⑹ 鑽井方法及原理是什麼

1人工挖井方法

1973年出土於浙江餘姚縣的河姆渡古井是世界上目前已知的最古老的水井，經14C測定表明它是5700多年前的產物。

挖掘井階段大約從遠古到西周末年，我們的祖先用原始的工具，諸如石鏟等手工挖井，井的深度很淺。在公元前15世紀前後我國的甲骨文中就出現有「井」字。

2沖擊鑽井方法

沖擊鑽井方法經過了三個階段，即頓鑽大口井階段、頓鑽小口井（卓筒井）階段和機械頓鑽階段。

1）頓鑽大口井階段

最初的頓鑽設備，主要由「踩架」和井架組成。「踩架」上有碓板，碓板一端懸掛著鑽頭，它是直接鑽鑿岩石的工具；碓板另一端供人踩踏，使鑽頭反復上提、下頓，產生沖擊運動。

2）頓鑽小口井（卓筒井）階段

從北宋開始，我國古代鑽井技術又有了新的發展。一是頓鑽大口井發展為頓鑽小口井。當時把口徑只有「碗口大小」的小口井稱為卓筒井，卓筒井地面設備、井身結構示意圖如圖6-11所示。

圖6-12轉盤旋轉鑽井示意圖

1—天車；2—游動滑車；3—大鉤；4—動力機；5—鑽井泵；6—空氣包；7—鑽井液池；8—鑽井液槽；9—旋流除砂器；10—鑽井液振動器；11—表層套管；12—鑽桿；13—鑽鋌；14—鑽頭；15—井眼；16—防噴器；17—轉盤；18—絞車；19—方鑽桿；20—水龍頭

（1）動力系統。

鑽井好像是一座流動性大的獨立作業的小型工廠。鑽機所需的各工作系統大多數是用柴油機作發動機，通過變速箱直接驅動或由柴油機發電來驅動鑽井設備的。動力系統的作用是產生動力，並把動力傳遞給鑽井泵、絞車和轉盤。

（2）起升系統。

起升系統主要用來起升、下放或懸吊鑽柱、套管柱等，主要完成起下鑽、接單根和鑽進時的鑽壓控制任務。這個系統主要由井架、天車、游車、大繩、大鉤、吊環及絞車等組成。一般用最小的提升速度和最大的負載來確定提升系統的能力。

（3）旋轉系統。

旋轉系統主要由轉盤、轉盤變速箱、水龍頭、方鑽桿組成，主要功能是保證在洗井液高壓循環的情況下，給井下鑽具提供足夠的旋轉扭矩和動力，以滿足破岩鑽進和井下的其他要求。旋轉系統還有接、卸鑽柱和鑽具的功能。

（4）循環系統。

鑽機循環系統最主要的功能是在鑽進中通過循環洗井液從井底清除岩屑、冷卻鑽頭和潤滑鑽具。鑽機循環系統主要包括鑽井泵、鑽井液凈化裝置（固相控制設備）和鑽井液槽、罐等。整個循環系統的中心設備是鑽井泵。

（5）氣控系統。

氣控系統主要包括控制面板（控制機構）、傳輸管線和閥門、執行機構（如氣動離合器、氣缸和氣馬達等）以及壓風機等。氣控系統的功能是確保對整個工作機構及其部件的准確、迅速控制，使整機協調一致地工作。

（6）井控系統。

在整個鑽井作業過程中，井控系統要對井下可能發生的復雜情況進行控制和處理，以恢復正常作業。井控系統包括四個主要部分：防噴器組、儲能器機組和防噴器組遙控面板、節流管匯、壓井管匯。

⑺ 浮式鑽井裝置作業過程中出現的穩定性問題及採取的措施

一旦一個女人對你冷淡了，請不要幻想她是身體不舒服或是你做錯了什麼，接受她變心的事實把。做好心理准備，不管你心裡是怎的無法接受，事實就是這樣，女人變了心，上帝都改變不了，你可以試著感動她，不過我以為，感動過來的女人，總有一天還是會離開的，而且很快。男女之間的戀愛過程，或一見鍾情，或經歷坎坷，盡管有著各不相同的色彩，但一般來說，大致總是經過相識、交往、相互產生好感、愛慕直到相愛這樣一個雙方不斷了解和感情深化的過程。戀愛中，為了最終實現建立幸福美滿的婚姻和家庭的目的，雙方總是力求達到相貌上的相互傾心、志向上的相互一致，情趣上的相互吻合，性格上的相互和諧，以及經濟和事業成就上的相互滿意。3
①不拒絕你們之間的肢體接觸

女人不管她表現得如何外向，其實骨子裡都是內斂的動物，而且本能的她們習慣隱藏自己的感情。言不由衷更是她們習慣的互動方式，有時候明明她已經有70分好感，可表現出來的卻總是不足20分。尤其一個女人對異性的肢體接觸是非常敏感的，如果不是有好感，那會讓她產生異常的抵觸和厭惡情緒，但如果這個女人不僅不拒絕你肢體的接觸靠近，還會非常的自然和開心，那麼一定是內心對你有好感且希望你主動追求撩一撩自己表明心跡。但撩只是誇張比喻，千萬不能成為曖昧的一種挑逗方式，不然很容易被定義為不尊重自己，而錯失本來大好的姻緣機遇。

②總是有理由找你幫忙，然後約你出來

女人雖然處於弱勢群體，可時代變遷如今的女人可以說個個是女漢子，獨當一面很少有她們處理不了的問題，即便這個女人真的對一些事力不從心，因為面子，因為不想欠人人情，也不會主動向男人索要幫助，而一個女人若頻發出「求助」信號，她總是能說出一大堆合情合理的原因把你約出去，那麼其實男人你該懂得，女人的本心是醉翁之意不在酒，關鍵是需要多些給你英雄救美的機會。她更希望一來二去兩人產生默契，從而自然地走到一起。所以不要再為自己那一點點處理問題的能力人脈或者維修技能而洋洋得意，因為那隻能證明自己還根本沒有翻譯對女人的心。

不要去欺騙自己，也不要去勉強自己，即使是你現在深愛這個男人，如果他對你的態度不夠端正，對你們婚姻的總是一副不自信的樣子，那麼這樣的男人和你是根本就走不到最後的。

不懂得體諒你的人不要，虛偽的人不要，不負責任的人不要，只顧自己的也不要。

人生伴侶的選擇一定要慎重之外再慎重，現在得不到沒有關系，不好的不要，得到的就要最好的最適合的。

期待他的到來，期待有一段美好的婚姻，有一個美好的人能夠陪你走完這一生。

③秒回你的每條信息

這一條是非常明顯，也會常常出現的一個暗示形式，女人的生活可遠比男人想的要忙碌，逛街吃飯約閨蜜，還有些非常勵志類型，忙碌自己的事業或工作上的東西問題，或許男人不能體會，但確實每個人的生活都不會太悠閑是真的，只是大家忙碌的點不同而已。

但當男人不論發怎樣的消息，不管什麼時候發送，對方總能秒回自己的信息，千萬不要以為對方整閑得要命，而是由於她真的已經開始喜歡上了你，才會如此關注自己的手機，即便是女人變得天天捧著手機，也是在等待你的問候和消息，而秒回舉動其實已經暴露了女人的感情和不淡定的心理狀態，如果你也有好感一定要懂得抓准機遇。

或許還有很多細節上的態度和互動，然而在初期女人暗示階段，這些舉動也算是最為突出和常見的行為，人生很長，遇到的人也會有很多，但能夠遇到一個對自己心動的人實屬不易，若有意，請珍惜，切不可因為優越感爆棚而愚弄人的感情，因為很多過來人都曾經總結過「出來混遲早是要還的」所以要切忌。美好的愛情和婚姻要經歷一個萌芽，開花和結果的過程，這就是男女之間的戀愛過程。

⑻ 海洋鑽井噴射下導管模擬實驗研究

張 輝 柯 珂 王 磊

（中國石化石油工程技術研究院，北京 100101）

摘 要 水力參數是影響深水鑽井表層噴射下導管作業安全順利施工的重要因素之一。本文設計和建立了噴射下導管模擬實驗系統，選取與海底淺層土性質接近的土樣，對噴射下導管作業進行室內模擬實驗。通過改變噴嘴直徑和排量等參數，研究水力參數對導管承載力的作用規律。通過對實驗結果分析發現，當作業排量和射流速度等水力參數超過某臨界值時，水射流對導管壁外側區域的土體產生過度擾動，使導管的豎向和橫向承載力均發生較為明顯的突降。因此在實際作業中，應當在控制水力參數提高破岩效果的同時，避免為增大導管的下入速度而使用過大的水力參數。

關鍵詞 深水鑽井 噴射下導管 模擬實驗 水力參數 承載力

Simulation Experiment Research for Jetting Conctor

in Offshore Drilling Operation

ZHANG Hui，KE Ke，WANG Lei

（Research Institute of Petroleum Engineering，SINOPEC，Beijing 100101，China）

Abstract Hydraulic parameter is one of the most important influence factors for the successful operation of jetting conctor in offshore drilling.The simulation experiment system is designed and built.With the soil sample that has the similar properties with shallow seabed soil，the laboratory experiments are performed to simulate the jetting conctor operation.By using the different jet diameters and different displacements，hydraulic parameters are changed in experiments to research the influence regulators of hydraulic parameters on bearing capacity of conctor.As is shown in experiment results，both of the horizontal and vertical bearing capacities are significantly reced when the jet velocity or replacement is beyond the critical value.The reason is that the soil outside of the conctor is severe disturbed by the jet.The reasonable hydraulic parameters should be selected in jetting conctor operations to increase the efficiency of rock breaking while to avoid the severe disturbance to the soil outside of conctor.

Key words deepwater drilling；jetting conctor；simulation experiment；hydraulic parameters ；bearing capacity

噴射下導管技術是解決海洋鑽井表層作業難題的特色技術之一。使用噴射方法下入導管，對於深水作業是一項經濟有效的技術措施，不僅能夠節約作業時間和成本，同時能夠降低深水作業風險。近年來，隨著國內深水及超深水油氣資源勘探開發活動的不斷增加，噴射下入導管技術在我國南海海域得到廣泛應用。目前，中海油及Husky 、Devon、Chevron等國內外石油公司在中國南海區域所鑽的深水及超深水井絕大多數採用噴射方法下入導管。

在噴射下導管作業過程中，水射流破土在導管下部地層破碎過程中起到重要作用。射流參數過小，導管下部土體無法得到充分破碎，將使導管的下入阻力增大；射流參數過大，對導管外部土體過度擾動，將影響導管下入後承載能力的恢復。因此，本文通過室內模擬實驗，研究射流參數對導管噴射下入過程及導管承載力的影響規律，為噴射下導管水力參數設計提供依據。

1 噴射下導管作業介紹

噴射下導管作業過程中，將底部鑽具組合置於導管內部，通過送入工具與導管相連，並由送入管柱送達海底。導管到達泥線處時，在依靠重力作用進入地層的同時，開泵驅動馬達使鑽頭旋轉，對導管內的土體進行破壞，並循環鑽井液將岩屑從導管與鑽柱的環空返出。導管下入過程中，靠鑽頭旋轉與水力作用聯合破岩，並在導管自重及送入工具的重力作用下克服導管的下入阻力進入地層。導管到達設計深度後，經過一定時間的靜止，在導管與地層土之間建立足夠的膠結強度，保證導管在後續作業中有足夠的承載能力。

噴射下導管技術將鑽井與下導管兩項作業 「合二而一」 進行，一趟鑽完成了鑽井眼與下導管兩項作業，並省去了固井環節。將這項技術應用於深水鑽井導管下入作業，不僅節約了在上千米深水中多次起下鑽的作業時間，同時避免了常規下導管時，容易受到深水海域環境載荷的影響而找不到井口的風險和復雜情況，以及深水海底低溫帶來的固井質量差等技術難題^［1～4］。

2 噴射下導管作業室內模擬實驗

2.1 實驗總體思路

用金屬管作為模擬導管，沿金屬管軸向設置應變片，用小型水泵模擬導管的噴射下入過程，並記錄導管的下入速度。導管下入後靜置一定時間，測試導管的豎向和橫向承載力。採用不同的排量、噴嘴尺寸等參數，重復進行實驗，最終得出導管承載力隨排量、射流出口速度等水力參數變化的規律。

2.2 模擬實驗系統設計

2.2.1 實驗系統整體組成

噴射下入導管室內模擬實驗系統示意如圖1所示，主要包括土箱、管柱系統、循環系統、載入系統、測量系統等組成部分。

2.2.2 載入系統

載入系統包括對模擬導管的豎向載入和橫向載入。通過千斤頂對導管施加豎向上拔力及橫向推力（圖2，圖3），並通過壓力感測器實時採集載入過程中的壓力變化值。

圖1 噴射下導管模擬實驗系統示意圖

圖2 豎向載入系統

圖3 橫向載入系統

2.2.3 測量系統

測量系統主要對載入過程中導管頂部的豎向和橫向位移進行實時測量。通過在導管上部的鐵盒處連接位移百分表（圖4，圖5），測量導管頂部的位移隨載入載荷變化的規律。

2.3 實驗參數

實驗採用表1中的排量及噴嘴尺寸組合，得到不同的水力參數，分別實現：

1）保持噴嘴射流出口速度為23.58m/s，改變排量。

2）保持排量為1.07m³/h，改變噴嘴射流出口速度。

圖4 豎向位移測量系統

圖5 橫向位移測量系統

表1 實驗參數

2.4 實驗步驟

實驗按照以下步驟逐組進行：

1）將導管直立吊起至實驗土層上方、土箱中間位置處。

2）控制大鉤使管柱勻速緩慢下沉入泥，管柱入泥的前1m不開泵。

3）管柱入泥1m後開泵。開泵時先用小排量，逐漸增大至設計排量值。

4）緩緩釋放大鉤，使管柱在自重及射流聯合作用下逐漸下沉。下放過程中保持勻速，並保證管柱的垂直性。

5）管柱到達標記位置後，停泵，並用大鉤吊住管柱靜止20min。

6）釋放大鉤，觀察管柱是否發生沉降。

7）靜置管柱恢復4h之後，對管柱進行承載力測試。

8）在導管頂部中心位置處施加豎向上拔力，以位移40mm作為標准，記錄導管頂部的豎向位移量。

9）在導管頂部固定位置處施加橫向推力，以位移40mm作為標准，記錄導管頂部的橫向位移量。

10）拔出導管，重新整理土樣，更換實驗參數，重復實驗。

2.5 實驗結果及分析

2.5.1 實驗現象

實驗過程中，觀察到的實驗現象如下：

1）導管能夠在自重及輔助壓載作用下下入指定深度。導管下入時，可見泥漿從管內返出的現象，如圖6所示。初始返漿位置多在導管下入1.5 ～2m位置左右。

圖6 泥漿從管內返出

2）導管下入到指定深度後吊住靜止20min，釋放大鉤，多數情況下能夠保持在下入位置。在少數排量較大的情況下，發生了導管下沉3～10cm的情況。

通過上述實驗現象，證明本實驗可近似模擬噴射下入導管現場作業過程。

2.5.2 實驗結果分析

1）射流出口速度保持在23.6m/s不變的情況下，導管的豎向及橫向承載力隨排量的變化曲線如圖7所示。從圖7中可以看出，管柱的豎向及橫向承載力隨排量的增大而降低。在射流出口速度為23.6m/s的條件下，曲線上對應於排量為1.07m³/h（噴嘴尺寸為2mm）時，管柱的豎向及橫向承載力均發生較為明顯的突變。

圖7 射流出口速度不變，排量對管柱承載力的作用規律（砂土中）

2）排量保持在1.07m³/h不變的情況下，導管的豎向及橫向承載力隨射流出口速度的變化曲線如圖8所示。

圖8 排量不變，射流出口速度對管柱承載力的作用規律

從圖8中可以看出，管柱的豎向及橫向承載力隨射流出口速度的增大而降低。在排量為1.07m³/h的條件下，曲線上對應於射流出口速度為23.65m/s（噴嘴尺寸為2mm）時，管柱的豎向和橫向承載力均發生較為明顯的突變。

3 實驗結果與理論計算對比

當水力噴射破碎地層的范圍恰好達到導管壁位置處時，對應的射流出口速度稱為射流破土的臨界射流出口速度，對應的排量稱為臨界排量。根據淹沒水射流特性、土體在射流作用下的破壞條件以及鑽頭水眼的位置、傾角等參數，可以計算得到在實驗條件下射流破土的臨界排量和臨界射流出口速度隨不同噴嘴尺寸的變化曲線^［5～10］，如圖9所示。

圖9 實驗條件下的臨界排量和臨界射流出口速度

從圖9（a）中可以看出，在實驗中所用射流出口速度為23.6m/s的情況下，臨界曲線上所對應的噴嘴直徑為2mm，恰好為圖7中承載力曲線上發生突變的位置；從圖9（b）中可以看出，在實驗中所用排量為1.07m³/s的情況下，臨界曲線上所對應的噴嘴直徑為2mm，恰好為圖8中承載力曲線上發生突變的位置。

上述實驗結果說明：當排量和射流出口速度超出理論計算得到的射流破土臨界排量及臨界射流出口速度時，射流將對管壁外側的土體產生很大擾動，從而使管柱在下入後一定時間內的承載能力發生明顯下降。

4 結論

1）本研究設計的噴射下入導管室內模擬實驗裝置，能夠較好地模擬噴射下導管作業過程，有助於研究水力參數對導管承載力等性能的作用規律。

2）通過實驗結果可以看出，排量、射流出口速度等參數都對導管的承載能力有很大影響，提高射流排量和出口速度，能夠提高射流的破土能力，增加對導管壁附近區域地層的擾動，從而使得導管承載能力降低。

3）對照實驗結果與理論計算結果可以發現，當噴射下入導管作業的水力參數達到或接近射流破土的臨界水力參數時，將對導管壁周圍的地層產生嚴重擾動，使導管的承載能力發生比較明顯的突降。

4）在實際作業過程中，應當控制水力參數小於射流破土的臨界水力參數，防止導管承載力發生嚴重下降，避免為提高導管的下入速度而使用過大的水力參數。

參考文獻

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⑼ 物理模擬實驗原理與目的

根據煤粉產出特徵及影響因素等方面的研究可知:煤岩自身性質是煤粉產出的基礎,工程擾動是煤粉產出的誘因,而構造煤的發育是煤粉產出的關鍵。煤岩自身性質包括煤岩成分、煤體結構等,工程擾動包括鑽井工程、儲層改造、排采過程中流體、壓力等儲層特徵的變化。因此,通過開展煤粉產出物理模擬實驗,模擬煤層氣的排采過程,分析不同因素對煤粉產出和運移的影響,揭示煤粉產出規律(姚征,2013)。

煤粉產出物理模擬實驗是一種研究煤層氣開發中煤粉從何產出、如何運移及煤粉特徵、儲層傷害等的室內分析方法。通過模擬煤儲層靜態地質特徵及煤層氣動態生產過程,還原再現煤粉在煤儲層中的動態產出規律與流態運移方式,以此分析煤粉產出的影響因素、煤粉特徵及儲層傷害強度。煤粉產出物理模擬實驗通過模擬煤儲層物性特徵及煤層氣排采過程,討論煤粉產出影響因素與動態變化規律。分析煤粉產出的靜態地質因素從實驗樣品,即煤岩組分和煤體結構的差異性入手;分析煤粉產出的動態生產因素從實驗條件,即不同流體驅替流速和不同圍壓條件入手。實驗中討論的變數包括煤岩組分、煤體結構、驅替流速、圍壓強度,應用控制變數法,逐一分析上述變數對產出煤粉的質量、粒度、組分、形態、表面特徵及岩心滲透率變化的差異影響,進而揭示煤粉產出規律(曹代勇等,2013)。因此,煤粉產出物理模擬實驗的原理及目的包括以下五點:

(1)通過模擬煤層氣井排采生產中不同條件下的煤儲層有效應力、地層圍壓、排水強度等狀態,分析驅替流速及圍壓等因素對煤粉產出的動態影響,為初步查明韓城區塊煤層氣井煤粉產出規律提供實驗依據;

(2)通過選擇具有不同煤岩組分特徵的煤岩樣品進行物理模擬實驗,對比分析煤儲層的物質成分差異性對煤粉產出的影響;

(3)通過選擇具有不同煤體結構類型的煤岩樣品進行物理模擬實驗,對比分析煤儲層的煤體結構差異性對煤粉產出的影響;

(4)通過對比分析不同實驗條件下煤粉的產出質量、組分構成、粒度分布、形態特徵及煤岩樣品滲透率的動態變化,揭示實驗條件下煤粉產出規律,討論煤粉在煤儲層及排采系統中的賦存及運移狀況,為查明煤粉對煤儲層的滲透性傷害及排采設備的連續性危害提供理論證明。

⑽ 根據鑽井工藝中鑽進、洗井、起下鑽具各工序的需要，一套鑽機必須具備哪些系統和設備

1起升系統為了起下鑽具、下套管以及控制鑽頭送進等，鑽機裝有一套起升機構，它主要由主絞車、輔助絞車（或貓頭）、工作剎車、輔助剎車、游動系統[包括鋼絲繩、天車、游動滑車（簡稱游車）和大鉤]以及懸掛游動系統的井架組成。另外，還有起、下鑽操作使用的工具及設備，如吊環、吊卡、卡瓦、大鉗、立根移運機構等。

井架是鑽采機械的重要組成部分之一，如圖3-36所示，它在鑽井和採油生產過程中，用於安放和懸掛天車（圖3-37）、游車、大鉤、吊環、吊鉗、吊卡等起升設備與工具，以及起下、存放鑽桿、油管或抽油桿。

圖3-49閘板結構示意圖旋轉防噴器的結構特點是：橡膠芯子可以在抱緊鑽桿的情況下隨鑽桿一起旋轉，從而能夠在封閉鑽桿與套管環形空間的同時，滿足邊噴邊鑽的工藝要求。萬能防噴器的膠皮芯子能在幾秒鍾內對任何鑽具進行封閉，爭取寶貴的搶險時間。當鑽機上配備有閘板防噴器、旋轉防噴器和萬能防噴器三類防噴器時，它們既可以單獨使用，也可以重疊使用，可以實現邊噴邊鑽、不壓井起、下鑽和反循環鑽井等鑽井新工藝。大多數防噴器都配有手動和液動兩套控制裝置，以便在緊急情況下遠距離控制。