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复杂地层长距离钢顶管设计关键技术研究

复杂地层长距离钢顶管设计关键技术研究

作者：吴绍珍上海交通大学

学位级别：硕士

本研究通过总结整个研究和施工过程,取得了如下成果：⑴长距离、复杂地层情况下允许顶力的计算、分析,通过理论分析及文献调研等方式,研究长距离、复杂地层条件下钢顶管的允许顶力计算及减阻要求、中继间设置等,供类似工程借鉴参考。⑵... 详细信息

本研究通过总结整个研究和施工过程,取得了如下成果：⑴长距离、复杂地层情况下允许顶力的计算、分析,通过理论分析及文献调研等方式,研究长距离、复杂地层条件下钢顶管的允许顶力计算及减阻要求、中继间设置等,供类似工程借鉴参考。⑵长距离、复杂地层情况下钢顶管内力计算及壁厚控制,通过理论分析及文献调研,分析复杂地层情况下钢顶管的内力计算,进而介绍该条件下钢管壁厚的控制原则。⑶双排管长距离顶进时间距的确定及控制,通过理论计算及工程实际的结合,分析双排管长距离顶进时的横向间距及纵向错位距离的控制,为后续工程提供理论依据及控制措施。⑷长距离钢顶管遭遇障碍物等复杂地层情况时的应对措施,通过工程实际及文献调研的结合,总结顶管遭遇物理力学性质差异较大的岩土层及障碍物等复杂地层时,需停止顶进时,如何根据实际情况,设计出安全可行的应对方案;另外在事先清楚无法直线顶进时,结合背景工程,对如何实现钢顶管的曲线顶进进行初步的理论及技术探讨。

关键词：顶管法复杂地层顶力曲线顶管顶管施工触变泥浆中继间减阻技术管道长度顶管工程

复杂地层中钻(冲)孔桩终孔误判的可能性分析

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建筑技术 2002年第4期33卷 263-264页

作者：邹泓荣广东省中山市质量监督站

花岗岩层在复杂地层中,时有孤石、破碎岩体、软弱夹层、软硬互层等地质现象,钻(冲)孔桩终孔误判事故屡有发生,但报道不多.目前一个值得注意的倾向是勘察、设计、施工等方面因对终孔误判的可能性认识不足而缺乏预防措施.

关键词：复杂地层钻孔桩冲孔桩终孔误判可能性分析

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复杂地层绳索取心钻具的研制

复杂地层绳索取心钻具的研制

作者：张鹏中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

复杂地层也称不稳定地层，在钻探工程中属难钻进的地层，因其地层的多变性导致应用传统的绳索取心钻具不能获得较高的岩心采取率。究其原因，在于复杂地层钻头的工作环境恶劣，钻头在复杂的工作条件下消耗过快，钻具钻进速度慢，提钻的... 详细信息

复杂地层也称不稳定地层，在钻探工程中属难钻进的地层，因其地层的多变性导致应用传统的绳索取心钻具不能获得较高的岩心采取率。究其原因，在于复杂地层钻头的工作环境恶劣，钻头在复杂的工作条件下消耗过快，钻具钻进速度慢，提钻的间隔也很长，此外由于常规的绳索取心钻具缺乏保护岩心的机构，使得破碎的样品被冲蚀后容易脱落，最终导致岩心采取率很低。本文针对复杂地层取心率低以及环境科学钻探对取心率的高要求两个亟待解决的取样难题，结合传统的S-75系列绳索取心钻具和倒角导正机构的工作原理，融合了一些新的设计思路，研制出了一套能够在复杂地层中获得足以满足环境科学钻探高取样率要求的新型绳索取心钻具。S-75系列绳索取心钻具是一套经典钻具，它的钻进工艺已经非常成熟，在地质岩心取样钻探中应用的比重很高，在岩性较好和较坚硬的地层中能满足较好的取样要求，但其卡取岩心的机构过于简单，当将其应用于破碎地层取心时，容易掉心，本文提出在保留其卡心机构的同时，增加一个可以护住破碎岩心的抓簧，可以很大程度上提高其对于复杂地层的应用性。传统的绳索取心钻具的钻头磨损严重时只能提钻更换钻头;本文结合了阶梯式双钻头掏槽原理，内钻头设计超前于外钻头起掏槽作用，并将其与内管连接，可以随内管一起打捞，从而大大提高了时间效率和经济效益;内外钻头的设计采用带有倒角的内外花键式插接，使得更换后的内钻头能精准的定位，并且内外花键结构可以有效的消除岩墙。新型绳索取心钻具的研制成功对解决复杂地层中遇到的取心难题有一定借鉴作用。双钻头绳索取心既可以满足环境科学钻探对于取心率的高要求，又能够通过不提钻换内钻头有效地提高钻进的效率，同时如果钻进过程中遇到普通地层，也可以换成普通绳索取心钻具，从而在保证工作效率的同时节约成本。

关键词：复杂地层绳索取心钻具岩心采取率

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小秦岭复杂地层液动锤绳索取心钻探试验研究

地质与勘探 2014年第2期50卷 391-396页

作者：卢予北河南省深部探矿工程技术研究中心河南郑州450053 河南省地热能开发利用有限公司河南郑州450053

小秦岭地区是我国主要的矿产资源地,属于严重的破、碎、硬、漏等复杂地层,特别是岩石结构致密、颗粒细、研磨性较弱的坚硬地层,采用传统回转钻进工艺时,钻头经常出现"打滑"现象,从而导致钻头寿命低、钻探效率低、事故率高、钻探成本高... 详细信息

小秦岭地区是我国主要的矿产资源地,属于严重的破、碎、硬、漏等复杂地层,特别是岩石结构致密、颗粒细、研磨性较弱的坚硬地层,采用传统回转钻进工艺时,钻头经常出现"打滑"现象,从而导致钻头寿命低、钻探效率低、事故率高、钻探成本高等问题。针对这些问题并结合生产,本文选择了3处典型复杂地层进行了液动潜孔锤+绳索取心"二合一"和传统金刚石绳索取心钻探试验。试验结果表明:与传统金刚石绳索取心钻进工艺相比,液动锤平均回次进尺可提高44%,机械钻速提高21.34%~30.3%,平均综合钻探成本降低了21%~28%,其中钻头费用可降低66.5%。同时,由于碎岩方式的改变,液动潜孔锤钻探具有钻孔防斜效果好、事故率低、钻头使用寿命长等特点。

关键词：小秦岭复杂地层液动潜孔锤绳索取心钻探试验

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复杂地层盾构施工地表沉降时空演化规律研究

复杂地层盾构施工地表沉降时空演化规律研究

作者：任虹武汉轻工大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,城市轨道交通建设比例在逐年增加,而作为轨道交通运输方式之一的地铁,主要修建在地层情况较复杂的城市中心。在采用较为普遍的盾构施工方法时,会因地层条件的不同而使地表产生或沉降或隆起的情况,从而造成周围环境的安... 详细信息

随着社会的发展,城市轨道交通建设比例在逐年增加,而作为轨道交通运输方式之一的地铁,主要修建在地层情况较复杂的城市中心。在采用较为普遍的盾构施工方法时,会因地层条件的不同而使地表产生或沉降或隆起的情况,从而造成周围环境的安全性能下降,故有必要对复杂地层条件下盾构施工所引起的地表沉降时空演化规律进行研究。本文以武汉地铁某区间为工程背景,将复杂地层分为复杂地质和复杂地下结构来进行阐述,重点研究了盾构区间地表沉降的时间、空间演化规律,得到了复杂地质条件下地表沉降的区间分布规律,以及复杂地下结构处地表沉降的空间分布规律类型。具体而言有如下结果与结论:(1)盾构施工在穿越红黏土区域时,因红黏土承载能力较弱,故地表沉降值较大;该区域的时间、空间演化规律都与掌子面的通过密切相关,基本为掌子面通过前地表沉降值较小,掌子面通过后沉降值显著增大,掌子面远离后累计沉降值逐渐趋于稳定,日沉降值则趋于零,故应在掌子面通过后提高土层的承载能力。(2)盾构施工在穿越灰岩区域时,地层承载能力较弱处的测点组地表沉降值较大,而洞身处土层各向异性的测点组地表沉降空间曲线普遍无规律;同时,该区域内得出的6个区间中Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ的时间、空间演化规律较显著,与红黏土区域相似,而区间Ⅰ仅有1组测点,且无明显时空演化规律,区间Ⅲ、Ⅳ的测点组组数最多,却仅有46%～47%的测点组时空演化规律较显著。(3)盾构施工在穿越复杂地下结构区域时,因受到复杂结构影响而导致空间演化规律不显著;该区段地表沉降值较小,且右线地表沉降值普遍大于左线,但右线开挖时会导致左线继续下沉0.5mm～1mm;同时因测点组位置不同而受影响不一,故空间演化规律显著程度也具有较大差异。(4)复杂地下结构区段各测点组的时间演化规律与其空间规律密切相关,本文进行分析后依次按得出的典型沉降槽、部分规律沉降槽、不规律沉降槽(左、右线)、数据缺失断面沉降槽4种类型进行研究,发现依此顺序,各类测点组的日沉降与累计沉降时间演化规律从明显逐渐变为不明显,并最终至无规律,由此可知,测点组的时间演化规律可根据其空间曲线的分类进行预测。

关键词：盾构施工复杂地层地表沉降空间演化规律时间演化规律

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复杂地层套管损坏机理研究

复杂地层套管损坏机理研究

作者：易浩西南石油学院

学位级别：硕士

本文是由国家教育部科学技术研究重点项目(编号:205135):“基于耦合问题的复杂地层地应力与套管损坏机理研究”资助完成的,是该项目的部分内容之一,同时也是四川省杰出青年基金项目(编号:03ZQ026-044)“特殊类型井套管损坏机理研究”部... 详细信息

本文是由国家教育部科学技术研究重点项目(编号:205135):“基于耦合问题的复杂地层地应力与套管损坏机理研究”资助完成的,是该项目的部分内容之一,同时也是四川省杰出青年基金项目(编号:03ZQ026-044)“特殊类型井套管损坏机理研究”部分内容之一。本文对国内外有关套管损坏机理研究进行了大量的文献调研、收集和阅读,综合分析了前人研究的成果,并详细分析、研究了复杂地层套管损坏机理,提出了本文研究内容和研究思路,在常规套管柱设计的基础上开发了复杂地层套管柱设计软件,针对某油田特殊地层井段、异常高压井段、盐岩层井段等复杂地层地应力变化的井段按本文研究成果进行了特殊套管柱设计。本文的主要研究内容和贡献如下: 1.详细分析和研究了套管损坏的地质因素和工程因素;2.分析了目前国内外套管柱设计的现状和缺陷,提出了在复杂地层井段按实际可能的最大地应力、非均匀地应力确定油层套管的外挤压力,进行特殊井段考虑非均匀地应力的套管柱设计;3.针对西部某具体油田套管柱服役条件和环境,地层、断层结构走向,注水和采油历史情况与套管损坏的整个区块、井段分布,套管损坏位置与断层位置的关系等详细研究,得出了该油田套管损坏的原因和方式,并提出了相应的预防措施,为该油田注水和采油参数的合理调整、预防套管损坏提供了依据;4.本文详细推导了水平地应力与构造应力系数的关系,根据某油田小型压裂曲线反演了射孔段水平地应力,为复杂地层井段套管柱设计提供了实际地应力数据;5.从理论上详细分析和研究了影响套管强度的主要因素,即:水泥环对套管强度的影响,根据地层、水泥环和套管界面之间的位移协调变形关系推导了地层载荷经过水泥环传送到套管外壁上的外挤力传递系数的具体表达式,根据这些力学、数学关系式可方便和简捷地分析水泥环对套管的力学影响关系;6.建立了非均地应力作用下套管受力与变形的力学模型,根据数学、力学关系以及边界条件,在前人的基础上推导出了非均匀地应力作用下,套管强度分析的数学模型,可以直接用于复杂地层特殊井段套管柱设计;7.根据前人的研究成果,并结合西部某油田套管的实际参数,详细研究了射孔对套管强度的影响,并推导出了射孔抗挤强度系数的理论公式,为射孔套管强度设计提供了简便的计算方法;8.根据复杂地层井段套管柱的受力环境,推导出了三轴应力作用下套管柱强度设计的数学关系式,同时推导出了非均匀地应力外载作用下,套管柱当量抗挤强度的数学关系式,为开发复杂地层套管柱的专用软件提供了正确、合理的可编程数学模型。该模型和软件已应用于某油田复杂地层井段套管柱设计,并获得了满意的结果。

关键词：复杂地层套管非均匀地应力套管损坏机理软件开发

双管双动内钻头超前硬质合金钻具在复杂地层中的应用

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地质与勘探 1993年第5期29卷 58-59页

作者：万海田内蒙古有色地质勘查局8队

金刚石绳索取心钻进技术的优点之一,是岩心采取率高、施工质量好。但是,在赤峰杜家地矿区钻探中,采用普通双管和绳索取心钻具,却常常取不上岩心来。为此,我们设计了φ75双管双动内钻头超前硬质合金钻具,通过生产实践。

关键词：复杂地层硬质合金钻具双管钻头

顾桥煤矿顶板复杂地层中高位定向钻孔成孔试验

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煤田地质与勘探 2018年第3期46卷 184-188页

作者：许超王鲜李泉新姜磊中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

针对顾桥煤矿顶板地层条件复杂,高位定向钻孔难以有效成孔的问题,开展了顾桥煤矿顶板复杂地层中高位定向钻孔成孔试验。根据煤层顶板地层实际情况,制定了注浆加固易碎地层、扩大易碎地层孔段钻孔直径、增大易碎地层孔段钻孔倾角和选用... 详细信息

针对顾桥煤矿顶板地层条件复杂,高位定向钻孔难以有效成孔的问题,开展了顾桥煤矿顶板复杂地层中高位定向钻孔成孔试验。根据煤层顶板地层实际情况,制定了注浆加固易碎地层、扩大易碎地层孔段钻孔直径、增大易碎地层孔段钻孔倾角和选用大弯角螺杆马达等具体技术措施,成功在顾桥煤矿施工了7个孔深超过500 m、孔径Φ153 mm的顶板高位大直径定向钻孔,为高位定向钻孔在顾桥煤矿及类似条件矿区推广应用提供了技术保障。

关键词：复杂地层高位定向钻孔成孔技术采空区瓦斯抽采

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西部新区复杂地层钻井液技术

钻井液与完井液 2005年第2期22卷 29-32页

作者：于培志牛新明苏长明吴文辉北京理工大学材料科学与工程学院中国石化股份有限公司中国石化石油勘探开发研究院

塔里木盆地、准噶尔盆地和河西走廊地区等42个新勘探区块,总面积为220000 km2。这些区块由于构造运动剧烈,断层多,地层倾角大,易井斜。三叠系地层疏松易垮塌,并存在大段含不等径砾石或砾石夹层,钻井过程中极易出现井斜、漏失、井壁垮塌... 详细信息

塔里木盆地、准噶尔盆地和河西走廊地区等42个新勘探区块,总面积为220000 km2。这些区块由于构造运动剧烈,断层多,地层倾角大,易井斜。三叠系地层疏松易垮塌,并存在大段含不等径砾石或砾石夹层,钻井过程中极易出现井斜、漏失、井壁垮塌和卡钻等复杂事故;由于井壁垮塌严重,造成井径扩大,极易发生埋钻具事故,严重影响了钻井速度,致使钻井周期长,套管磨损严重。为了更好地满足钻井工程的需要,在分析西部新区地质结构特点的基础上,对巨厚砾石层和大段盐膏层井段钻井液技术难点进行了论述,提出了钻井液体系选择及钻井液性能推荐数据以及钻井液技术处理要点与措施,最后,还对钻井液技术管理与研发方向提出了意见和建议。

关键词：钻井液技术井斜区块井径扩大套管磨损钻井过程盐膏层构造运动复杂地层垮塌