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行业动态

我国井筒建设技术与装备重点发展方向
发布时间:2022年06月11日

推动我国从地下工程建设大国迈向强国行列,提升我国钻井技术与国产高端装备核心竞争力,应遵循“基础理论 – 应用技术 – 整机装备 – 钻井工艺 – 工程示范”研究思路,突破钻井地层控制、高效钻进和结构稳定、灾害防控等关键科学技术问题,研发高效、可靠、智能钻井装备及配套系统,满足地下工程领域井筒“安全、快速、智能、绿色”建设的迫切需求。

(一)钻井工程地质保障

岩土工程特别是千米级深井建设问题的复杂性,在很大程度上取决于井筒穿越的地质条件。复杂地质环境和工况下高可靠、高效、智能化的机械破岩装备要实现安全、高效、绿色钻井,必须率先攻克面临的地质透明化难题,为钻井装备“干井掘进”提供“透明地质、靶域改性、主动控灾”的地质安全保障。重点开展基于多重探测手段的地层岩体原位精细化探测、岩性识别与围岩分级方法研究,攻克随钻远距离动态探测与岩体参数感知、风险判识、地层综合预改性等关键技术,完善大直径钻井地质风险评价与防控机制。

(二)钻井技术工艺突破

竖井钻机、竖井掘进机、反井钻机、斜井掘进机等钻井装备形成了各自相适应的钻井技术与工艺。然而无论以哪种机械破岩钻机进行钻井施工,均要遵循“破得掉”“排得出”“控得住”“支得牢” 四大原则,即实现“高效破岩”“连续排渣”“精准钻进”“围岩稳定”4 项关键技术与工艺 [7]。针对井筒多场耦合条件下钻机装备大直径钻井工艺适应性难题,开展机械破岩钻井井内空间布置设计理论和方法、钻进 – 排渣 – 支护与地层改性平行作业工艺、钻井风险控制技术等研究。针对坚硬岩石难破碎、重复破碎和围岩扰动失稳问题,攻克多刀协同与新型破岩方式联合的坚硬岩石大体积破碎、克服重力的机械或流体连续排渣、随钻支护与掘 – 支协同永久支护等科学技术难题。

(三)装备设计与制造能力提升

为适应钻井井筒穿越地层复杂性、多变性、不确定性的特点,装备研制采用“材料 – 结构 – 性能”一体化与“设计 – 制造 – 运行”全过程协同的设计理念,研发智能感知、集中控制、强自适应的大直径钻井钻机。重点开展钻机装备多源动载激励下钻井钻机的动力学建模、系统耦合动力学分析与优化、整机总成及其空间优化布置等研究,研发破岩钻进岩 – 机作用感知反馈、不良地质超前探测、旋转 – 推进 – 支撑协调、高精度装备姿态调控等核心功能系统,形成轻量化、高性能、低能耗、高效、高可靠的智能高端钻井装备及配套系统。

(四)钻井系统运维与预警

在地下大直径钻井过程中,需要对钻井装备运行状态、围岩与支护结构的稳定性开展实时监控并制定防灾减灾技术对策。重点开展智能钻井装备探测、掘进、排渣、支护、推进、支撑、导向、降温、排水、通风等系统运行状态可靠性与稳定性的智能诊断与预警,钻井围岩及其支护结构的监测与风险防控研究,建立钻井过程中井下多维数据融合共网传输体系与智慧终端平台;突破适应井内极端恶劣环境的钻井装备快速脱困技术,快速应对风险,避免并降低潜在的经济损失。



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