摘要:在战略性矿产资源勘探取样过程中，传统的垂直孔面临着单孔投资高、获取地质信息有限等难题，无法满足高效增储勘探的需求。为此，基于绳索取心和定向钻井技术，设计了一种定向钻进连续取心钻具，能够高效精准的获取地下三维空间的地质岩心。针对该技术在硬岩中钻进效率低、钻具易折断、岩心难以连续获取等技术难点，采用仿真模拟的方法分别研究了钻压、转速、造斜率对定向取心钻进的影响。仿真分析结果表明，钻压、转速与钻进速度、造斜率和弯接头应力成正比，当钻压>30 kN、转速>230 r/min时即可满足6°/30 m的造斜需求。综合考虑钻具使用寿命，优选钻压为25~30 kN，转速为230~300 r/min。随着造斜率增大，岩心与岩心管之间的接触应力也随之变大，但最终的接触应力会保持在稳定范围内。当造斜率为9°/30 m时，最大的接触应力为514.7 MPa，均小于岩心管材质的屈服强度。上述仿真模拟为定向钻进连续取心钻具的钻进参数与造斜能力协调优化提供理论支撑。

摘要:连续循环短节可在停钻时保持钻井液连续循环，实现连续循环钻井，有效解决井底沉渣、井底压力波动等问题，尤其适合海域油气水平井钻井工程。本文设计了一种连续循环短节，介绍了短节结构及工作原理，并对极限工况下的短节本体强度进行了受力分析和结构优化设计，优选了本体安全系数大于1.2的旁通阀侧开孔；对旁通阀进行了有限元受力分析，从应力分布和密封比压两方面综合分析，得到了密封副半锥角和阀芯板厚度变化对旁通阀受力和密封效果的影响规律，优选出了密封副半锥角α=30°和阀芯板厚度δ=8 mm，并对优选结构参数的连续循环短节进行了旁通阀密封测试和本体强度测试，证明短节强度和密封性能均满足极限内压力35 MPa和极限拉力3503 kN的实际使用需求。

摘要:保压取心技术可以使取出的岩心保持在原位状态下，最大限度地减少岩心重要数据的丢失，进而准确获取地下矿产资源储量和地层参数。本文利用数值模拟研究保压取心钻具的球阀机构，探索其动力学特性，优化球阀机构，增加其密封可靠性。分析结果表明，随着关闭推力的增大，球阀关闭时间缩短，产生的振动增大，易造成密封失效，需选择较小的推力提高密封的可靠性；随着接触面摩擦系数的降低，产生的振动反而增加；翻转到位后球阀在30 MPa条件下，其应力、应变皆在球阀的许可范围内，满足使用需求。该项研究对于指导球阀机构的优化设计及提高其工作可靠性具有重要的意义。

摘要:针对大洋钻探硬岩取心钻具钻进效率低、取心效率低等问题，本文介绍了中国地质科学院勘探技术研究所研制的?185 mm规格中空螺杆马达井底动力绳索取心钻具的基本研制情况及陆地试验情况。研制过程中，通过理论计算和Ansys Workbench有限元仿真模拟，对中空式螺杆马达螺旋线型的结构进行了优化设计及动力学分析，并对万向节进行了受力安全分析，优选了材质，钻具攻克了多头小偏移量短节距中空转子和柔性中空万向节等关键技术，通过在陆地开展花岗岩块取心试验，验证了该取心钻具原理样机工作性能的可行性，为该钻具的工程应用提供了工作参数指导及匹配钻头的优选，也可为我国大洋钻探及深地科学钻探提供硬岩取心技术支持。

摘要:套管定向钻井技术是一种新型定向钻井工艺方法，兼备套管钻井和定向钻井的优势，能够实现高效的定向钻井目标。锁定器作为套管定向钻井系统中的关键部件，其性能好坏将对钻井可靠性产生直接影响。本文设计了一种将锁定器活动机构部件全部密封的结构形式，对锁定器中的传扭和轴向限位进行承载力计算分析，采用两参数Mooney-Rivlin超弹性本构模型，对两端关键密封O形圈的装配间隙以及橡胶硬度的承受密封压力情况进行分析，研究表明，锁定器芯承受最大65011 N·m的制动扭矩时，单个传扭键承受10835 N·m的扭矩，应力为74.86 MPa，单个定位卡可承受184520 N的竖向承载力，应力为659 MPa，两者的应力均小于所使用材料的屈服强度930 MPa，锁定器的轴向承载能力和传扭性能均满足设计要求；配合间隙以及橡胶硬度均对O形圈密封性能产生影响，仿真结果表明，在所选公差配合范围内，O形圈表面接触压力均大于外界压力，能够实现有效密封，考虑到间隙越小，Mises应力和剪切应力也随之增大，过大的应力会使密封圈损坏，且不易装配，因此配合间隙选择大值；橡胶硬度越大O形圈的密封性能越好且在相同介质压力下O形圈的形变越小，通过数值模拟选择90 HA硬度的O形圈，可以满足锁定器的密封需求。

摘要:本文针对中国主导的IODP349、367、368/368X航次的钻探取心存在的问题，通过详细分析取心数据，分别对沉积岩和硬岩地层所采用的取心器具、影响岩心采取率、岩心质量、取心效率等因素进行具体分析，分类总结了大洋钻探取心受岩性、工艺器具和外部环境等多方面综合影响的原因和程度，初步提出了相应的改进措施。

摘要:天然气水合物作为一种高效清洁能源，广泛分布于我国南海海域的沉积地层中。我国先后于2017年和2020年成功开展了2次试开采，但由于海域天然气水合物特殊的赋存条件，单井水合物试采仍然面临着开采范围小、高产稳产时间短等问题。为了提高水合物的开采范围，基于cohesive单元进行了水合物储层二维水力压裂数值模型研究，比较了100 m×100 m和20 m×20 m两种模型的裂缝半长和宽度，得出了当注入压力为25 MPa时，压裂裂缝半长均为6 m，最大宽度分别为5.8、5.5 mm，构建尺寸较大的模型得出的实验结果更加准确。并且研究了裂缝宽度随注入时间的变化规律，随着注入压力和注入量的不断增加，初期裂缝宽度急速变大，后续在地应力和注入流体压力的共同作用下裂缝出现“阶梯式”的扩展规律。该研究在页岩气和煤层气等非常规能源储层水力压裂模型分析中得到了成功运用，为海域天然气水合物储层水力压裂提供一定的理论指导。

摘要:针对深海硬岩取心钻进过程中钻进效率低、取心率低、扰动大、事故率高等问题，本文以深海硬岩为研究对象，通过有限元数值分析软件，探究深海硬岩在回转、冲击复合工况下的破碎机理。研究结果表明：旋转冲击的破岩方式可有效的提高深海硬岩钻进效率；钻进取心过程中可优选15~25 kN钻压，凸台高度可优选4~6 mm，此时钻进速度较快、获取岩心质量较高、能量利用率高；在震击部件强度允许的条件下，冲击频率越接近最优频率，钻进效率越高。

摘要:第二轮海域天然气水合物试采在神狐海域首次应用了深海井口吸力锚技术，为浅软地层水平井开采水合物提供了稳定的井口支撑。通过理论计算及有限元分析对吸力锚沉贯过程中的自重沉贯深度以及需求负压进行研究，同时现场采用“步渐间歇式自重贯入、拖拽连续负压沉贯”施工工艺，保障了国产首个深海井口吸力锚成功安装。现场实践结果表明，理论计算结果与实际施工情况较为接近，理论分析可指导井口吸力锚安装；沉贯施工工艺快速、高效、安全，井口吸力锚安装的各项指标满足使用需求，对吸力锚技术在深海油气领域应用具有借鉴意义。

摘要:随钻扩孔是大洋钻探跟管钻进工艺的关键技术环节，扩张式随钻扩孔器通过压差控制刀翼的张开和闭拢，扩孔率大，可有效实现套管跟管钻进。设计了悬臂式扩孔器，采用偏置式喷射孔布置对刀翼进行冲刷，运用计算流体力学理论，采用标准k-湍流模型，对喷射孔在不同角度和直径下的流场进行模拟分析。模拟结果表明：作用于扩孔刀翼切削齿的流体速度和动压力受喷射孔角度、直径和环空钻井液综合影响；随着喷射孔角度α从40°递增至90°，作用于切削齿的流体速度呈类余弦曲线变化；随着喷射孔直径d从4 mm增大到10 mm，作用于切削齿的流体速度和动压力呈抛物线型变化；综合考虑冲刷效果、加工性能和喷射流体与环空钻井液的相互作用，优选α=70°、d=8 mm。陆地试验和浅海试验证明，扩张式随钻扩孔器结构功能可行，扩孔尺寸满足套管正常跟管钻进需求，优选的喷射孔角度和直径可对刀翼形成良好冲刷，有效防止泥包产生。研究成果可为大洋钻探不同规格的随钻扩孔器设计提供参考依据。