千米级竖井全断面科学钻进装备与关键技术分析

摘要

千米级竖井全断面钻进技术是我国深地开发的重要技术支撑.围绕机械高效破岩与智能安全钻进这一主题,阐述了机械破岩钻井装备和无人化钻井的研究进展,梳理得出以竖井钻机、竖井掘进机和反井钻机3种钻机构成的机械破岩科学钻井技术、工艺及装备体系,并凝练出竖井全断面科学钻进过程中破岩、排渣、智能监控、支护和辅助钻进5项核心技术及其涵盖的12项关键技术;提出千米级竖井全断面机械破岩钻井需要攻克的关键技术问题与科学问题.针对深部高应力、高岩温和高水压条件下岩石强流变、强扰动等特点,以破岩与围岩控制技术、高效排渣技术、装备钻进与支撑技术的"三位一体"协同控制为核心,将重点攻克:①深部破岩机理和井帮围岩控制理论研究,以及辅助机械破岩的高效破岩技术;②多相流流动理论研究,优化多相比、提升高度、多相流速等参数,建立低能耗高效循环排渣模式;③围岩智能感知、判识与精准钻进轨迹的智能化控制理论研究,开发深部地层钻进多信息融合的钻机自适应钻进技术.为解决机械破岩、多相流循环排渣、钻井智能推进3者之间的协调性和匹配性问题,从基础理论分析、装备性能、工艺研究3个方面,构建了机械破岩科学钻井参数动态优化设计体系,基于以上机械化全断面钻井技术和装备现有条件和尚待攻克难题的梳理,为国家千米级竖井全断面钻进成套技术与装备的开发与升级提供借鉴.