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2024, 51(4):82-92.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.011
摘要:
深部钻探是获取深部油气资源以及精准探测地球深部的必要手段，随着深井、特深井井深的不断增加，面临的高温环境对钻井液体系提出了更严格的要求。近年来，经过研究人员持续不断的研究，抗高温钻井液体系取得了新的进展。本文分析总结了国内外各种抗高温钻井液体系的研究与应用情况，并指出了不同体系的优势和应用场景，主要包括抗高温聚磺钻井液、高密度钻井液、低密度钻井液等抗高温水基钻井液体系，抗高温纯油基钻井液、水包油、油包水钻井液以及可逆油基钻井液体系，海上深水无固相、甲酸盐钻井液、泡沫钻井液以及弱凝胶钻井液等抗高温无固相钻井液体系；有机硅钻井液体系和生物质钻井液体系。未来的发展方向包括环境友好型、提高抗高温性能、降低成本和增强多功能性。这将需要不断的技术创新和合作，推动钻井行业向更可持续和高效的方向发展，促进抗高温钻井液体系的开发与应用。
深部钻探是获取深部油气资源以及精准探测地球深部的必要手段，随着深井、特深井井深的不断增加，面临的高温环境对钻井液体系提出了更严格的要求。近年来，经过研究人员持续不断的研究，抗高温钻井液体系取得了新的进展。本文分析总结了国内外各种抗高温钻井液体系的研究与应用情况，并指出了不同体系的优势和应用场景，主要包括抗高温聚磺钻井液、高密度钻井液、低密度钻井液等抗高温水基钻井液体系，抗高温纯油基钻井液、水包油、油包水钻井液以及可逆油基钻井液体系，海上深水无固相、甲酸盐钻井液、泡沫钻井液以及弱凝胶钻井液等抗高温无固相钻井液体系；有机硅钻井液体系和生物质钻井液体系。未来的发展方向包括环境友好型、提高抗高温性能、降低成本和增强多功能性。这将需要不断的技术创新和合作，推动钻井行业向更可持续和高效的方向发展，促进抗高温钻井液体系的开发与应用。
2024, 51(4):14-22.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.003
摘要:
特深科学钻探是直接获取地球深部信息的唯一技术手段，对于深入理解地球内部结构、探索地下资源具有重要意义，已上升为国家战略科技问题。为响应党中央“向地球深部进军”的号召，需大力推进对特深科学钻探装备技术的研发。本文简要回顾了国内外特深科学钻探装备技术发展历程，结合我国发展需求，梳理总结了特深科学钻探中顶驱、绞车、钻井泵等关键装备面临的技术难题，并在此基础上提出了发展方向及展望，为我国特深科学钻探工程发展提供参考。
特深科学钻探是直接获取地球深部信息的唯一技术手段，对于深入理解地球内部结构、探索地下资源具有重要意义，已上升为国家战略科技问题。为响应党中央“向地球深部进军”的号召，需大力推进对特深科学钻探装备技术的研发。本文简要回顾了国内外特深科学钻探装备技术发展历程，结合我国发展需求，梳理总结了特深科学钻探中顶驱、绞车、钻井泵等关键装备面临的技术难题，并在此基础上提出了发展方向及展望，为我国特深科学钻探工程发展提供参考。
2024, 51(4):7-13.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.002
摘要:
为助力我国超深地层科学探索和万米以上深层油气发现，研制了2套12000 m特深井自动化钻机。该钻机配套15 m超高钻台底座、4600 kW高载重比绞车、3000 hp五缸钻井泵组、9000 kN交流变频顶部驱动装置等，满足万米超高压复杂井钻井作业需要；配套超大容量管柱自动化处理设备及集成控制系统，满足万米钻具自动化存储和排放要求，实现了管柱从堆场到井口的全流程作业自动化；全面应用电动驱动设备，控制更精准，运行更环保，低温环境适应能力强，安全性更高；顶部驱动装置、发电机组、国产变频器全面替代进口，国产化程度高。钻机现场应用效果表明：两套12000 m特深井自动化钻机综合钻井速度达到1.6 m/h，起下钻速度24.8柱/h，通过远程在线检测及专家诊断系统使钻机的平均故障率较在役石油钻机降低50%，可减少钻井作业人员3人/班，人员劳动强度大大降低。为我国万米级地层的油气田开发提供了装备保障。
为助力我国超深地层科学探索和万米以上深层油气发现，研制了2套12000 m特深井自动化钻机。该钻机配套15 m超高钻台底座、4600 kW高载重比绞车、3000 hp五缸钻井泵组、9000 kN交流变频顶部驱动装置等，满足万米超高压复杂井钻井作业需要；配套超大容量管柱自动化处理设备及集成控制系统，满足万米钻具自动化存储和排放要求，实现了管柱从堆场到井口的全流程作业自动化；全面应用电动驱动设备，控制更精准，运行更环保，低温环境适应能力强，安全性更高；顶部驱动装置、发电机组、国产变频器全面替代进口，国产化程度高。钻机现场应用效果表明：两套12000 m特深井自动化钻机综合钻井速度达到1.6 m/h，起下钻速度24.8柱/h，通过远程在线检测及专家诊断系统使钻机的平均故障率较在役石油钻机降低50%，可减少钻井作业人员3人/班，人员劳动强度大大降低。为我国万米级地层的油气田开发提供了装备保障。
2024, 51(4):111-116.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.014
摘要:
泡沫轻质土及土工格栅在治理山区软土路基病害中均有重要作用，得到了广泛的应用。单独应用泡沫轻质土存在很大的局限性，将泡沫轻质土与土工格栅的优势结合起来，对泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究，对公路工程有着重要的意义。通过开展足尺模型试验，对泡沫轻质土路堤及泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究，结果表明：使用泡沫轻质土加筋路堤比普通泡沫轻质土路堤可以减小沉降，也更有效地减小路基土压力，同时有助于基底土压力扩散，解决基底应力分布不均匀问题。因此，采用泡沫轻质土加筋路堤可以提高软土路基承载力，增强路基的稳定性。
泡沫轻质土及土工格栅在治理山区软土路基病害中均有重要作用，得到了广泛的应用。单独应用泡沫轻质土存在很大的局限性，将泡沫轻质土与土工格栅的优势结合起来，对泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究，对公路工程有着重要的意义。通过开展足尺模型试验，对泡沫轻质土路堤及泡沫轻质土加筋路堤变形进行研究，结果表明：使用泡沫轻质土加筋路堤比普通泡沫轻质土路堤可以减小沉降，也更有效地减小路基土压力，同时有助于基底土压力扩散，解决基底应力分布不均匀问题。因此，采用泡沫轻质土加筋路堤可以提高软土路基承载力，增强路基的稳定性。
2024, 51(4):1-6.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.001
摘要:
根据万米特深井超高温超高压工况需求，开展超高强高韧套管合金化技术和制造工艺研究，开发出具有良好韧性、高温强度、抗挤毁和抗延迟断裂性能的BG155V超高强高韧套管，批量试制的性能检测结果表明屈服强度达到1100 MPa以上，0 ℃横向夏比冲击功平均值达到名义屈服强度的10%。对套管不同服役温度下强度、低温韧性以及微观组织进行了分析，发现采用热轧后控制冷却工艺的管体晶粒度达到11级，通过细小的晶粒保证材料良好韧性和抗延迟断裂性能，提升了万米特深井油气资源开发用套管安全服役的可靠性。
根据万米特深井超高温超高压工况需求，开展超高强高韧套管合金化技术和制造工艺研究，开发出具有良好韧性、高温强度、抗挤毁和抗延迟断裂性能的BG155V超高强高韧套管，批量试制的性能检测结果表明屈服强度达到1100 MPa以上，0 ℃横向夏比冲击功平均值达到名义屈服强度的10%。对套管不同服役温度下强度、低温韧性以及微观组织进行了分析，发现采用热轧后控制冷却工艺的管体晶粒度达到11级，通过细小的晶粒保证材料良好韧性和抗延迟断裂性能，提升了万米特深井油气资源开发用套管安全服役的可靠性。
2024, 51(4):31-37.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.005
摘要:
根据科学钻探特点和我国特深井井身结构情况，论文首先设定了我国万米科学特深井基本井身结构和取心井段，结合前苏联SG-3井、德国KTB主井和我国大陆科钻一井、松科2井等大陆科学钻探工程项目，阐述了特深井井斜预测方法、测量方法、全面钻进和取心钻进的防斜纠斜技术方法。给出我国万米科学特深井上部井段井斜控制方法和控制指标以及连续取心井段防斜纠斜工艺、器具等总体方案，并提出了进一步研究的建议。
根据科学钻探特点和我国特深井井身结构情况，论文首先设定了我国万米科学特深井基本井身结构和取心井段，结合前苏联SG-3井、德国KTB主井和我国大陆科钻一井、松科2井等大陆科学钻探工程项目，阐述了特深井井斜预测方法、测量方法、全面钻进和取心钻进的防斜纠斜技术方法。给出我国万米科学特深井上部井段井斜控制方法和控制指标以及连续取心井段防斜纠斜工艺、器具等总体方案，并提出了进一步研究的建议。
2024, 51(4):172-176.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.021
摘要:
钻机作为钻探工程中最重要的地面设备，是当之无愧的钻井利器。全液压岩心钻机是岩心钻机的主要发展方向。本文从科普的角度，介绍了岩心钻机在破岩过程中提供压力和旋转运动的主要作用，类比杠杆分析液压传动的工作原理，回顾了立轴式手把钻机、立轴式油压钻机到全液压岩心钻机的发展历程，阐述模块化轻便岩心钻机的特点及适合绿色勘查要求的优越性，并指出全液压岩心钻机的智能化、高效化、绿色化的发展方向。
钻机作为钻探工程中最重要的地面设备，是当之无愧的钻井利器。全液压岩心钻机是岩心钻机的主要发展方向。本文从科普的角度，介绍了岩心钻机在破岩过程中提供压力和旋转运动的主要作用，类比杠杆分析液压传动的工作原理，回顾了立轴式手把钻机、立轴式油压钻机到全液压岩心钻机的发展历程，阐述模块化轻便岩心钻机的特点及适合绿色勘查要求的优越性，并指出全液压岩心钻机的智能化、高效化、绿色化的发展方向。
2024, 51(4):54-63.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.008
摘要:
在深井、特深井钻探过程中，井下钻具处于高温、高压、高腐蚀环境，钻杆与外部岩层以及套管发生激烈的碰撞和磨损，钻具耐磨防护是需重点关注的问题。目前在钻杆接头上敷焊耐磨带是深井钻具防护的主要方法，对减少钻具磨损、延长钻具寿命起着重要作用。本文综述了国内外耐磨带技术发展研究现状，阐述了耐磨带失效原因以及关键性能评价测试方法，分析目前耐磨带技术发展的关键为耐磨带防脱落、耐磨带修复技术和套管友好型耐磨带材料研究。最后对耐磨带技术在深井、特深井应用发展趋势进行展望。
在深井、特深井钻探过程中，井下钻具处于高温、高压、高腐蚀环境，钻杆与外部岩层以及套管发生激烈的碰撞和磨损，钻具耐磨防护是需重点关注的问题。目前在钻杆接头上敷焊耐磨带是深井钻具防护的主要方法，对减少钻具磨损、延长钻具寿命起着重要作用。本文综述了国内外耐磨带技术发展研究现状，阐述了耐磨带失效原因以及关键性能评价测试方法，分析目前耐磨带技术发展的关键为耐磨带防脱落、耐磨带修复技术和套管友好型耐磨带材料研究。最后对耐磨带技术在深井、特深井应用发展趋势进行展望。
2024, 51(4):145-153.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.018
摘要:
山东招远大尹格庄3000 m科学钻探项目是在胶东地区招平断裂带处施工的最深科学钻探项目，设计钻孔深度为3000 m。为达到提高钻探施工效率、降低孔内事故概率的目的，本项目采用高效稳定的XY-9DB型变频钻机、自主研发的高效长寿命金刚石钻头、CHD76系列高强度钻杆及联合研发的LZRT360型钻井液离心机，采用了P/H绳索取心液动冲击钻探技术、绳索取心涂层减阻内管技术等关键技术，进行深孔钻进施工，并针对不同地层进行了冲洗液体系的优选。该项目终孔孔深3120.35 m，终孔孔径78 mm，平均岩心采取率95.6%，平均矿心采取率97.9%。本文对此项目施工过程中钻遇复杂地层的处理方法、解决方案以及设备使用情况进行了总结，为类似深部钻探工程项目提供了参考。
山东招远大尹格庄3000 m科学钻探项目是在胶东地区招平断裂带处施工的最深科学钻探项目，设计钻孔深度为3000 m。为达到提高钻探施工效率、降低孔内事故概率的目的，本项目采用高效稳定的XY-9DB型变频钻机、自主研发的高效长寿命金刚石钻头、CHD76系列高强度钻杆及联合研发的LZRT360型钻井液离心机，采用了P/H绳索取心液动冲击钻探技术、绳索取心涂层减阻内管技术等关键技术，进行深孔钻进施工，并针对不同地层进行了冲洗液体系的优选。该项目终孔孔深3120.35 m，终孔孔径78 mm，平均岩心采取率95.6%，平均矿心采取率97.9%。本文对此项目施工过程中钻遇复杂地层的处理方法、解决方案以及设备使用情况进行了总结，为类似深部钻探工程项目提供了参考。
2024, 51(4):117-124.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.015
摘要:
为治理某滑坡，基于现场勘察资料构建了边坡数值分析模型，以边坡特征点位移出现拐点为判据，采用强度折减法确定边坡天然工况稳定性系数为1.05，该边坡稳定性水平不满足工程规范要求，处于欠稳定状态。结合数值分析结果、专家现场分析意见及边坡加固措施的作用机理，确定了3种加固治理方案，方案1为“圆形抗滑桩+锚杆+截排水”，方案2为“方形抗滑桩+圆形抗滑桩+锚杆+截排水”，方案3为“方形抗滑桩+圆形抗滑桩+截排水”。基于有限元数值模型分析边坡岩土体、抗滑桩和锚杆的应力场、位移场及坡体稳定性系数变化，计算得到3种加固方案对应的边坡天然工况稳定性系数分别为1.39、1.28、1.18，分别较加固前提升了32.4%、21.9%、12.4%。经综合对比3种加固方案的加固措施和坡体应力、位移变化及其加固效果和经济性水平，综合确定方案1为最终加固方案。
为治理某滑坡，基于现场勘察资料构建了边坡数值分析模型，以边坡特征点位移出现拐点为判据，采用强度折减法确定边坡天然工况稳定性系数为1.05，该边坡稳定性水平不满足工程规范要求，处于欠稳定状态。结合数值分析结果、专家现场分析意见及边坡加固措施的作用机理，确定了3种加固治理方案，方案1为“圆形抗滑桩+锚杆+截排水”，方案2为“方形抗滑桩+圆形抗滑桩+锚杆+截排水”，方案3为“方形抗滑桩+圆形抗滑桩+截排水”。基于有限元数值模型分析边坡岩土体、抗滑桩和锚杆的应力场、位移场及坡体稳定性系数变化，计算得到3种加固方案对应的边坡天然工况稳定性系数分别为1.39、1.28、1.18，分别较加固前提升了32.4%、21.9%、12.4%。经综合对比3种加固方案的加固措施和坡体应力、位移变化及其加固效果和经济性水平，综合确定方案1为最终加固方案。
2024, 51(4):23-30.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.004
摘要:
分析了涡轮钻具结构特征及性能特点，在深井、特深井的高温高压、强研磨性地层中，涡轮钻具基本上成为唯一可选的用于复合钻进提速降本的井下动力钻具。针对深部资源的勘探开发需求，阐述了现有涡轮钻具同径取心技术的优势及存在的问题，利用数值模拟仿真技术分析和研究了涡轮钻具同径取心过程中钻井液的流动状态对取心效果的影响，认识到涡轮钻具可耐高温，适于深井、特深井全面钻进及取心钻进，但其高转速在取心钻进过程也容易造成岩心磨损、岩柱螺旋，而改善同径取心钻具高速单动性能、加长涡轮钻具螺旋稳定器、利用反螺旋扰流板等技术措施，有利于减小取心钻具井底的涡动、降低岩心内外管轴向速度差，从而提高涡轮钻同径取心钻进的岩心质量。
分析了涡轮钻具结构特征及性能特点，在深井、特深井的高温高压、强研磨性地层中，涡轮钻具基本上成为唯一可选的用于复合钻进提速降本的井下动力钻具。针对深部资源的勘探开发需求，阐述了现有涡轮钻具同径取心技术的优势及存在的问题，利用数值模拟仿真技术分析和研究了涡轮钻具同径取心过程中钻井液的流动状态对取心效果的影响，认识到涡轮钻具可耐高温，适于深井、特深井全面钻进及取心钻进，但其高转速在取心钻进过程也容易造成岩心磨损、岩柱螺旋，而改善同径取心钻具高速单动性能、加长涡轮钻具螺旋稳定器、利用反螺旋扰流板等技术措施，有利于减小取心钻具井底的涡动、降低岩心内外管轴向速度差，从而提高涡轮钻同径取心钻进的岩心质量。
2024, 51(4):135-144.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.017
摘要:
硬质岩深大抗滑桩桩孔成孔效率是滑坡灾害防治的难点问题之一。选取川西南典型复杂山区硬质岩滑坡抗滑桩成孔为研究对象，系统分析了裂隙弱发育深部硬质玄武岩地层抗滑桩传统工艺成孔存在的问题，对此设计了9种组合旋挖成孔工艺方案进行现场试桩试验，从钻进效率、技术及经济可行性等方面进行了分析论证。现场试验及分析结果表明：采用“大扭矩截齿筒钻旋挖+扩孔直径差0.4 m”分级扩孔一体化成孔技术在硬质岩地层中钻进效率较高、钻具损耗较低、成本较低，验证了硬质岩抗滑桩高效旋挖分级扩孔技术的可行性和高效性，对比现有人工成孔、冲击钻成孔、旋挖一次成孔等工艺，从安全、效率、成本等方面均得到了极大提升。该技术成功应用于白鹤滩迁建集镇后缘滑坡桩基施工，每延米综合耗时1.43 h，较改进前旋挖一次成孔效率提升3倍，成本降低了60%。该技术为复杂地质条件下水敏型、震敏型硬质岩滑坡抗滑桩快速成孔施工提供了高效、可行的技术方案。
硬质岩深大抗滑桩桩孔成孔效率是滑坡灾害防治的难点问题之一。选取川西南典型复杂山区硬质岩滑坡抗滑桩成孔为研究对象，系统分析了裂隙弱发育深部硬质玄武岩地层抗滑桩传统工艺成孔存在的问题，对此设计了9种组合旋挖成孔工艺方案进行现场试桩试验，从钻进效率、技术及经济可行性等方面进行了分析论证。现场试验及分析结果表明：采用“大扭矩截齿筒钻旋挖+扩孔直径差0.4 m”分级扩孔一体化成孔技术在硬质岩地层中钻进效率较高、钻具损耗较低、成本较低，验证了硬质岩抗滑桩高效旋挖分级扩孔技术的可行性和高效性，对比现有人工成孔、冲击钻成孔、旋挖一次成孔等工艺，从安全、效率、成本等方面均得到了极大提升。该技术成功应用于白鹤滩迁建集镇后缘滑坡桩基施工，每延米综合耗时1.43 h，较改进前旋挖一次成孔效率提升3倍，成本降低了60%。该技术为复杂地质条件下水敏型、震敏型硬质岩滑坡抗滑桩快速成孔施工提供了高效、可行的技术方案。
2024, 51(4):46-53.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.007
摘要:
深部钻探的复杂钻进条件对孕镶金刚石钻头的性能提出了更高的要求。为了提高电镀金刚石钻头的使用范围，研究了MnCl2和丁炔二醇乙氧基化合物（BEO）对镍基镀层表面形貌、显微硬度和热稳定性的影响，对比研究了300 ℃退火1 h后纯Ni金刚石钻头、Ni-Mn金刚石钻头和添加BEO的Ni-Mn金刚石钻头的钻进性能。结果表明，300 ℃退火1 h后的纯Ni镀层显微硬度下降到300 HV。以此镀层为胎体的金刚石钻头由于胎体耐磨性过低，导致金刚石过早脱落，钻头寿命只有2.94 m。Ni-Mn镀层和添加BEO的Ni-Mn镀层都具有良好的热稳定性，300 ℃退火1 h后硬度分别提高到640 HV和693 HV。Ni-Mn胎体电镀金刚石钻头在退火后兼有合适的钻进寿命和钻进效率，钻头寿命可以达到4.67 m。而添加BEO的Ni-Mn胎体金刚石钻头在本文试验中由于胎体硬度过高，导致金刚石无法正常出刃而失效。
深部钻探的复杂钻进条件对孕镶金刚石钻头的性能提出了更高的要求。为了提高电镀金刚石钻头的使用范围，研究了MnCl2和丁炔二醇乙氧基化合物（BEO）对镍基镀层表面形貌、显微硬度和热稳定性的影响，对比研究了300 ℃退火1 h后纯Ni金刚石钻头、Ni-Mn金刚石钻头和添加BEO的Ni-Mn金刚石钻头的钻进性能。结果表明，300 ℃退火1 h后的纯Ni镀层显微硬度下降到300 HV。以此镀层为胎体的金刚石钻头由于胎体耐磨性过低，导致金刚石过早脱落，钻头寿命只有2.94 m。Ni-Mn镀层和添加BEO的Ni-Mn镀层都具有良好的热稳定性，300 ℃退火1 h后硬度分别提高到640 HV和693 HV。Ni-Mn胎体电镀金刚石钻头在退火后兼有合适的钻进寿命和钻进效率，钻头寿命可以达到4.67 m。而添加BEO的Ni-Mn胎体金刚石钻头在本文试验中由于胎体硬度过高，导致金刚石无法正常出刃而失效。
2024, 51(4):64-73.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.009
摘要:
在钻井工程领域，硅基材料因其出色的物理化学特性展现巨大的应用潜力，尤其在深井、特深井的高温、高压、高盐等恶劣环境下的井下作业中。本文综述了含硅类处理剂的分类及其在钻井液中的研究现状，阐述了由无机硅酸盐、纳米二氧化硅、有机硅、复合硅作为主要成分的硅基处理剂在加强井壁稳定性、控制钻孔恶性漏失以及改善钻井液综合性能等方面的具体应用。同时，本文还探讨了硅基材料在未来油气矿产勘探开发应用中面临的技术挑战和研究方向。这对于进一步优化硅基材料技术，使其应用于复杂地层钻井工程具有重要意义。
在钻井工程领域，硅基材料因其出色的物理化学特性展现巨大的应用潜力，尤其在深井、特深井的高温、高压、高盐等恶劣环境下的井下作业中。本文综述了含硅类处理剂的分类及其在钻井液中的研究现状，阐述了由无机硅酸盐、纳米二氧化硅、有机硅、复合硅作为主要成分的硅基处理剂在加强井壁稳定性、控制钻孔恶性漏失以及改善钻井液综合性能等方面的具体应用。同时，本文还探讨了硅基材料在未来油气矿产勘探开发应用中面临的技术挑战和研究方向。这对于进一步优化硅基材料技术，使其应用于复杂地层钻井工程具有重要意义。
2024, 51(4):38-45.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.006
摘要:
在油气钻井、深部地层钻探中，聚晶金刚石钻头有着广泛的应用。聚晶金刚石复合片（PDC）由聚晶金刚石层与硬质合金基体所组成。由于聚晶金刚石层与硬质合金基体的热膨胀系数等性质差异，PDC在烧结冷却后内部会存在巨大的残余应力。为降低PDC内部的残余应力，本文提出了一种梯度结构金刚石复合片的制备技术。通过以熔融沉积成型加烧结的工艺方法，确定了梯度结构金刚石复合片的制备技术路线；对制备出的梯度结构金刚石复合片的微观形貌及残余应力的分布情况特征等进行分析；进行室内钻进试验验证了梯度结构金刚石复合片的钻进性能。结果表明，熔丝制造工艺制备的梯度结构金刚石复合片在聚晶金刚石层和梯度层界面处存在1.4 GPa的压应力，显著提高了层间结合能力，相比常规复合片钻进效率提升约36%且使用寿命更长。
在油气钻井、深部地层钻探中，聚晶金刚石钻头有着广泛的应用。聚晶金刚石复合片（PDC）由聚晶金刚石层与硬质合金基体所组成。由于聚晶金刚石层与硬质合金基体的热膨胀系数等性质差异，PDC在烧结冷却后内部会存在巨大的残余应力。为降低PDC内部的残余应力，本文提出了一种梯度结构金刚石复合片的制备技术。通过以熔融沉积成型加烧结的工艺方法，确定了梯度结构金刚石复合片的制备技术路线；对制备出的梯度结构金刚石复合片的微观形貌及残余应力的分布情况特征等进行分析；进行室内钻进试验验证了梯度结构金刚石复合片的钻进性能。结果表明，熔丝制造工艺制备的梯度结构金刚石复合片在聚晶金刚石层和梯度层界面处存在1.4 GPa的压应力，显著提高了层间结合能力，相比常规复合片钻进效率提升约36%且使用寿命更长。
2024, 51(4):101-110.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.013
摘要:
红层是典型的“易滑地层”，在降雨条件下很容易发生浅层土质滑坡，因此研究红层地区浅层土质边坡在降雨条件下的稳定性十分重要。本研究以湖南省红层区浅层土质边坡为例，采用修正Green-Ampt入渗模型，对不同坡度、降雨强度、饱和渗透系数和初始含水率条件下的红层地区浅层土质边坡的稳定性进行研究，分析得到了各因素对边坡稳定性的影响规律。边坡坡度<45°时，安全系数随坡度增大而减小，边坡坡度>60°时，安全系数随坡度增大而增大；湿润锋随降雨强度的变化不明显，安全系数随降雨强度的增加变化不明显；随着饱和渗透系数的增加，湿润锋深度增加，边坡安全系数减小；安全系数随初始含水率的增加而减小。研究结果可为红层地区边坡防护工程提供一定的理论依据和实践指导。
红层是典型的“易滑地层”，在降雨条件下很容易发生浅层土质滑坡，因此研究红层地区浅层土质边坡在降雨条件下的稳定性十分重要。本研究以湖南省红层区浅层土质边坡为例，采用修正Green-Ampt入渗模型，对不同坡度、降雨强度、饱和渗透系数和初始含水率条件下的红层地区浅层土质边坡的稳定性进行研究，分析得到了各因素对边坡稳定性的影响规律。边坡坡度<45°时，安全系数随坡度增大而减小，边坡坡度>60°时，安全系数随坡度增大而增大；湿润锋随降雨强度的变化不明显，安全系数随降雨强度的增加变化不明显；随着饱和渗透系数的增加，湿润锋深度增加，边坡安全系数减小；安全系数随初始含水率的增加而减小。研究结果可为红层地区边坡防护工程提供一定的理论依据和实践指导。
2024, 51(4):93-100.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.012
摘要:
本文以西藏某铜矿区露天矿山岩质边坡为例，基于矿山边坡现场调查及其工程地质特征，开展了矿山边坡工程地质分区研究，并采用赤平投影法和萨尔玛法相结合，定性分析和定量计算边坡稳定性。研究结果表明：边坡稳定性评价结果与当前边坡现状相一致，矿区边坡总体上稳定性较差，局部区域边坡稳定性差。通过定性和定量两种稳定性评价方法相互印证，对下一阶段边坡灾害防治设计、施工等提供了重要依据，对类似边坡工程有很好的参考和借鉴作用。
本文以西藏某铜矿区露天矿山岩质边坡为例，基于矿山边坡现场调查及其工程地质特征，开展了矿山边坡工程地质分区研究，并采用赤平投影法和萨尔玛法相结合，定性分析和定量计算边坡稳定性。研究结果表明：边坡稳定性评价结果与当前边坡现状相一致，矿区边坡总体上稳定性较差，局部区域边坡稳定性差。通过定性和定量两种稳定性评价方法相互印证，对下一阶段边坡灾害防治设计、施工等提供了重要依据，对类似边坡工程有很好的参考和借鉴作用。
2024, 51(4):163-171.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.020
摘要:
本文分析了原状土样获取的技术标准现状和行业现状，研究了钻进方式、取样工具选取的适宜性综合分析、土样的封装及运输。对比试验研究表明，在武汉长江I级阶地粘土层段采用锤击钻进配合使用敞口薄壁取土器，在砂土层采用锤击和回转组合钻进配合使用内置环刀取土器，辅以胶盖自封和胶带密封，取得的原状样品在现场质量评测、室内样品制备性和试验性方面均有比较良好的表现，基于此套方法获取的原状样原始结构受扰动较小，土的原始结构力保持良好。
本文分析了原状土样获取的技术标准现状和行业现状，研究了钻进方式、取样工具选取的适宜性综合分析、土样的封装及运输。对比试验研究表明，在武汉长江I级阶地粘土层段采用锤击钻进配合使用敞口薄壁取土器，在砂土层采用锤击和回转组合钻进配合使用内置环刀取土器，辅以胶盖自封和胶带密封，取得的原状样品在现场质量评测、室内样品制备性和试验性方面均有比较良好的表现，基于此套方法获取的原状样原始结构受扰动较小，土的原始结构力保持良好。
2024, 51(4):125-134.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.016
摘要:
地形起伏度与斜坡地质灾害的空间分布密切相关，但同时考虑地形起伏度最佳统计单元、灾害类型、灾害规模的研究偏少。以地貌单元跨度巨大的四川省为例，运用均值变点分析法确定地形起伏度最佳统计单元，采用频率比法、信息量法、确定性系数法等3种数据统计模型，研究地形起伏度对斜坡地质灾害空间分布的影响。研究表明：平均地形起伏度与统计窗口大小存在显著正相关关系，最佳统计单元的窗口数量为20×20、面积大小为3.24×106 m2；斜坡地质灾害主要分布于丘陵和小起伏度山地，数量总占比为68.9%，其中滑坡易发优势区间为50~350 m，崩塌易发优势区间为50~200 m；小起伏区域利于发育小型灾害，大起伏度区域更利于发育中型和大型灾害。
地形起伏度与斜坡地质灾害的空间分布密切相关，但同时考虑地形起伏度最佳统计单元、灾害类型、灾害规模的研究偏少。以地貌单元跨度巨大的四川省为例，运用均值变点分析法确定地形起伏度最佳统计单元，采用频率比法、信息量法、确定性系数法等3种数据统计模型，研究地形起伏度对斜坡地质灾害空间分布的影响。研究表明：平均地形起伏度与统计窗口大小存在显著正相关关系，最佳统计单元的窗口数量为20×20、面积大小为3.24×106 m2；斜坡地质灾害主要分布于丘陵和小起伏度山地，数量总占比为68.9%，其中滑坡易发优势区间为50~350 m，崩塌易发优势区间为50~200 m；小起伏区域利于发育小型灾害，大起伏度区域更利于发育中型和大型灾害。
2024, 51(4):154-162.
DOI: 10.12143/j.ztgc.2024.04.019
摘要:
针对大安区块超深层页岩气水平井钻井过程中存在难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点，以大安页岩气高效快速开发为目的，分析了钻遇地层特征和钻井技术难点，通过井身结构优化、高效钻头优选、“铂金靶体”快速识别、水平段降密提速、油基钻井液地面降温、抗高温白油基钻井液体系及等壁厚螺杆技术等技术研究和使用，形成了大安区块超深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在渝西大安区块大安104H超深层页岩气水平井进行了现场试验，实际完钻井深6789 m，水平段长2406.13 m，平均机械钻速10.60 m/h，较区块平均机械钻速8.12 m/h提高30.54%。结果表明，超深层页岩气水平井钻井提速技术可为大安页岩气高效开发提供技术支撑。
针对大安区块超深层页岩气水平井钻井过程中存在难钻地层机械钻速低、旋转导向仪器高温下的故障率高和钻井周期长等技术难点，以大安页岩气高效快速开发为目的，分析了钻遇地层特征和钻井技术难点，通过井身结构优化、高效钻头优选、“铂金靶体”快速识别、水平段降密提速、油基钻井液地面降温、抗高温白油基钻井液体系及等壁厚螺杆技术等技术研究和使用，形成了大安区块超深层页岩气水平井优快钻井技术。该技术在渝西大安区块大安104H超深层页岩气水平井进行了现场试验，实际完钻井深6789 m，水平段长2406.13 m，平均机械钻速10.60 m/h，较区块平均机械钻速8.12 m/h提高30.54%。结果表明，超深层页岩气水平井钻井提速技术可为大安页岩气高效开发提供技术支撑。
