定向鉆進(jìn)原理與應(yīng)

定向鉆進(jìn)原理與應(yīng)用

煤炭科學(xué)研究總院西安研究院鉆探技術(shù)與裝備研發(fā)中心2023/10/14井下千米定向鉆進(jìn)裝備與工藝培訓(xùn)第一章

概述

一、定向鉆進(jìn)技術(shù)二、受控定向鉆進(jìn)應(yīng)用三、受控定向鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)第一節(jié)

定向鉆進(jìn)技術(shù)一、定向鉆進(jìn)與定向鉆井（孔）的含義

1、定向鉆進(jìn)的含義

石油鉆井中對(duì)定向鉆進(jìn)技術(shù)的定義為沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軸線(xiàn)鉆達(dá)目的層位的鉆井方法。地質(zhì)勘探中對(duì)定向鉆進(jìn)技術(shù)的定義是指利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用人工造斜工具使鉆孔按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行延伸鉆到預(yù)定目標(biāo)的一種鉆進(jìn)方法。國(guó)外有文獻(xiàn)認(rèn)為是為了鉆達(dá)到一個(gè)預(yù)定的地下目標(biāo)，使井眼在特定方向偏斜的工藝和科學(xué)。

煤礦井下對(duì)定向鉆進(jìn)技術(shù)的定義：是指利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用專(zhuān)用工具使近水平鉆孔軌跡按設(shè)計(jì)要求延伸鉆進(jìn)至預(yù)定目標(biāo)的一種鉆探方法，即有目的地將鉆孔軸線(xiàn)由彎變直或由直變彎。2023/10/14編輯課件第一節(jié)

定向鉆進(jìn)技術(shù)

2、定向鉆井（孔）的含義。

定向鉆孔是指用定向鉆進(jìn)方法控制鉆孔軌跡鉆到預(yù)定目標(biāo)的鉆孔。

與常規(guī)鉆孔的區(qū)別：定向鉆孔設(shè)計(jì)有特殊的軌跡，鉆進(jìn)中必須研究和利用地層自然彎曲規(guī)律、鉆孔控制理論或人工造斜工具控制鉆孔軌跡，最終鉆達(dá)預(yù)定目標(biāo)要求。

2023/10/14編輯課件第一節(jié)

定向鉆進(jìn)技術(shù)

3、關(guān)于“靶區(qū)”與“靶點(diǎn)”的含義

為了控制定向井軸線(xiàn)到達(dá)預(yù)定目標(biāo)時(shí)偏離不大，在定向井設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)預(yù)定目標(biāo)事先規(guī)定了一定的范圍，該范圍是井孔軸線(xiàn)到達(dá)預(yù)定目標(biāo)時(shí)的允許偏差區(qū)域，稱(chēng)為靶區(qū)。靶區(qū)的形狀和大小可以是以靶點(diǎn)為圓心的一定半徑的圓或圓筒，也可以是以靶點(diǎn)為中心，離靶心一定偏線(xiàn)距和沿線(xiàn)距的距形或正方形。目的層急傾時(shí)，靶區(qū)還可給定在垂直面或目的層傾斜面上。預(yù)定的目標(biāo)為靶點(diǎn)，一般為靶區(qū)的中心。井孔軸線(xiàn)鉆到預(yù)定靶區(qū)稱(chēng)為“中靶”，反之則稱(chēng)之為“脫靶”。2023/10/14編輯課件第一節(jié)

定向鉆進(jìn)技術(shù)二、定向鉆孔的類(lèi)型

1、按施工技術(shù)方法分類(lèi)

1）自然彎曲定向孔。利用地層在一定鉆進(jìn)條件下的自然彎曲規(guī)律設(shè)計(jì)鉆孔軸線(xiàn)，通過(guò)移動(dòng)孔位或改變開(kāi)孔頂角、方位角，采用常規(guī)鉆進(jìn)技術(shù)工藝，必要時(shí)利用井斜控制理論輔以一般的增斜、減斜措施，達(dá)到基本按設(shè)計(jì)的鉆孔軸線(xiàn)鉆達(dá)目的層的鉆孔。自然彎曲定向孔又稱(chēng)初級(jí)定向孔。

2）人工彎曲定向孔。采用人工造斜工具與技術(shù)強(qiáng)制進(jìn)行人工彎曲，并克服鉆孔自然彎曲的影響，或者利用鉆孔自然彎曲規(guī)律與人工造斜工具強(qiáng)制進(jìn)行人工彎曲相結(jié)合，使鉆孔按設(shè)計(jì)軌跡鉆達(dá)目的層的鉆孔。又稱(chēng)受控定向孔。2023/10/14編輯課件第一節(jié)

定向鉆進(jìn)技術(shù)

2、按鉆井井底結(jié)構(gòu)分類(lèi)

1）單底定向井（孔）。只有一個(gè)主干井眼的定向井。

2）多底定向井（孔）。主干井(首先完成的鉆井)鉆進(jìn)后，再?gòu)闹鞲删畠?nèi)開(kāi)出其他分支井的定向井。它又分一級(jí)和多級(jí)分支定向井。

2023/10/14編輯課件第二節(jié)

受控定向鉆進(jìn)應(yīng)用一、在石油、天然氣鉆井工程中應(yīng)用

1、海洋鉆井平臺(tái)上鉆叢式定向井。控制較大面積的油氣構(gòu)造。生產(chǎn)設(shè)施集中在平臺(tái)上，節(jié)省建造平臺(tái)費(fèi)用。

2、勘探和開(kāi)發(fā)近海岸油氣田。使鉆井定向彎曲，鉆達(dá)海底油氣層，節(jié)約海上鉆井平臺(tái)的建設(shè)費(fèi)用(b)。

3、用定向井控制斷層。查明油水界面或斷層面位置(c)。2023/10/14編輯課件

4、避開(kāi)地表障礙物?？碧胶烷_(kāi)發(fā)障礙物下方的油氣田。

5、糾正已斜的井眼或繞過(guò)井內(nèi)墮落物而進(jìn)行側(cè)鉆。（g）

6、打定向井探采鹽丘突起下部的油氣層。含油構(gòu)造有時(shí)與鹽丘構(gòu)造共生，部分鹽丘可能直接覆蓋在油藏上面，直井鉆遇鹽層可能導(dǎo)至沖蝕、鉆井液漏失和腐蝕等問(wèn)題(d)。第二節(jié)受控定向鉆進(jìn)應(yīng)用2023/10/14編輯課件第二節(jié)受控定向鉆進(jìn)應(yīng)用

二、在煤層、煤層氣鉆井工程中應(yīng)用

1、在煤層中施工定向鉆孔抽瓦斯

1）煤層硬度系數(shù)大于1，煤層條件好，煤層中易成孔，主要在煤層中施工鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放，抽放方式主要分：

a單孔抽放；

b主孔與分支孔聯(lián)合抽放。

2023/10/14編輯課件第二節(jié)受控定向鉆進(jìn)應(yīng)用

2）煤層硬度系數(shù)小于1，煤質(zhì)松軟，在煤層中難以成孔，采用梳狀鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放。

梳狀鉆孔技術(shù)是通過(guò)在目標(biāo)煤層上（下）較穩(wěn)定巖層施工水平長(zhǎng)鉆孔，并進(jìn)行分支穿入煤層實(shí)現(xiàn)難成孔軟煤層的瓦斯有效長(zhǎng)期抽采。

2023/10/14編輯課件

2、探測(cè)煤層構(gòu)造，煤層頂板、底板等地質(zhì)信息。3、用于煤礦井下探放水鉆孔施工。第二節(jié)受控定向鉆進(jìn)應(yīng)用2023/10/14編輯課件第三節(jié)

受控定向鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

一、根據(jù)已知地質(zhì)條件，合理設(shè)計(jì)定向鉆孔軸線(xiàn)軌跡。二、能可靠地控制人工彎曲工具改變鉆孔軌跡，且造斜強(qiáng)度穩(wěn)定、可調(diào)。三、能準(zhǔn)確、可靠地對(duì)造斜工具定向和測(cè)量鉆孔的傾角和方位角。2023/10/14編輯課件第二章

定向鉆進(jìn)的受控機(jī)理

一、定向鉆孔的彎曲機(jī)理二、定向鉆孔的彎曲條件三、定向鉆孔的受控方法第一節(jié)定向鉆孔的彎曲機(jī)理

鉆孔彎曲影響因素

工藝技術(shù)因素

地質(zhì)因素

結(jié)構(gòu)構(gòu)造

孔底鉆具組合

鉆進(jìn)工藝參數(shù)

其他因素客觀(guān)因素主觀(guān)因素

硬度2023/10/14編輯課件第一節(jié)定向鉆孔的彎曲機(jī)理一、地質(zhì)因素：主要是鉆進(jìn)地層的硬度及結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

1、用相同直徑的鉆頭、鉆具組合以及鉆探工藝鉆進(jìn)不同硬度地層時(shí)，一般在硬巖中成孔直徑較小，而軟巖層更有利于鉆孔彎曲。

2、地層的層理、片理、裂隙、斷層、軟硬互層、溶洞、卵礫石等結(jié)構(gòu)構(gòu)造使巖層具有不均質(zhì)性，在這種地層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭在孔底受力不平衡，容易引起鉆孔彎曲。其中層理、片理和軟硬互層對(duì)鉆孔軌跡彎曲影響最大。（1）層理的影響平行層理與層理斜交垂直層理2023/10/14編輯課件第一節(jié)定向鉆孔的彎曲機(jī)理A.鉆頭垂直于層面，鉆孔為圓形，不發(fā)生彎曲；B.鉆頭與地層面斜交，鉆頭軸線(xiàn)力圖向垂直于地層層面方向偏斜，鉆孔呈橢圓形；C.鉆頭平行于層面硬度較小，孔壁易巖石易破碎，形成的鉆孔較大，孔壁間隙大，鉆頭穩(wěn)定性差，鉆孔容易彎曲。2023/10/14編輯課件第一節(jié)定向鉆孔的彎曲機(jī)理

a.垂直于層理方向，硬度最小，破碎阻力小，破碎速度快，孔壁間隙最小，不易發(fā)生彎曲；

b.平行于層理方向的硬度最大，破碎阻力最大，破碎速度最慢，孔壁間隙最大，使鉆頭穩(wěn)定量差，鉆孔容易彎曲；

c.與層理斜交方向巖層的硬度、破碎阻力、破碎速度以及鉆孔彎曲程度介于兩者之間。2023/10/14編輯課件第一節(jié)定向鉆孔的彎曲機(jī)理

（2）軟硬互層構(gòu)造的影響

遇層角指鉆孔軸線(xiàn)與巖層層面法線(xiàn)的夾角的余角，鉆孔軸線(xiàn)的遇層點(diǎn)的切線(xiàn)與其在層面上的射影所夾的銳角。

鉆具沿層面下滑的臨界遇層角主要與巖石對(duì)鉆頭的摩擦系數(shù)有關(guān)，這取決于巖石的性質(zhì)，一般臨界遇層角的值δ≤20°。2023/10/14編輯課件第一節(jié)定向鉆孔的彎曲機(jī)理

遇層角大于臨界角,鉆頭由軟巖層進(jìn)入硬巖層時(shí)，靠層面上硬巖一端孔底反力的合力大，靠軟巖一端孔底反力的合力小，不僅鉆頭兩端存在鉆速差和孔底不對(duì)稱(chēng)不均勻破碎，而且將產(chǎn)生一傾倒力矩M使鉆頭扭轉(zhuǎn)，并沿著地層上傾方向，即垂自于層面方向彎曲(稱(chēng)為“頂層進(jìn)”)；遇層角大于臨界角時(shí)鉆頭由硬巖層進(jìn)入軟巖層時(shí)，鉆頭靠層面上軟巖一側(cè)的鉆速快，靠硬巖一側(cè)的鉆速慢，加之產(chǎn)生的傾倒力矩，使鉆孔有向地層下傾方向彎曲的趨勢(shì)（稱(chēng)為“順層跑”）。2023/10/14編輯課件第一節(jié)定向鉆孔的彎曲機(jī)理二、工藝技術(shù)因素

1、鉆進(jìn)工藝參數(shù)是指鉆壓（P）、轉(zhuǎn)速（n）和沖洗液量（Q）。

2、一般情況下，大推力、高轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)鉆孔向上彎曲；反之，小推力、低轉(zhuǎn)速則使鉆孔向下彎曲。另外沖洗液量的大小也會(huì)影響鉆孔的彎曲，在孔內(nèi)巖粉能返出孔外的前提下，沖洗液量過(guò)大鉆孔會(huì)有下斜趨勢(shì)，過(guò)小則會(huì)使鉆孔相對(duì)上仰。

3、鉆進(jìn)工藝因素將改變孔底鉆具產(chǎn)生的側(cè)向力和受到的地層自然定向力，通過(guò)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)工藝參數(shù)來(lái)控制鉆孔軌跡，這也是受控定向鉆進(jìn)的一個(gè)重要手段。

2023/10/14編輯課件第二節(jié)定向鉆孔的彎曲條件

鉆孔彎曲，實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)，必須滿(mǎn)足三個(gè)條件：力學(xué)條件、空間條件和位置條件。力學(xué)條件和空間條件是實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)的必要條件；位置條件是實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)的充分條件。1、力學(xué)條件

⑴鉆頭與孔底接觸時(shí)，鉆頭唇面的軸向受力不均衡，孔底平面軸向破碎速度有快有慢，即孔底平面產(chǎn)生不均勻、不對(duì)稱(chēng)破碎，存在速度差，使鉆頭中心線(xiàn)可能偏離鉆孔軸線(xiàn)。⑵孔底鉆具組合歪倒，鉆頭中心線(xiàn)偏離原鉆孔軸線(xiàn)一定角度，鉆壓P不再沿鉆孔軸線(xiàn)方向，而是偏離一個(gè)角度施加給鉆頭，使鉆頭破碎方向不垂直于原孔底平面，而是同時(shí)破碎孔底(軸向分力作用)和孔壁(徑向分力作用)的一部分，使孔底破碎不對(duì)稱(chēng)，從而有可能導(dǎo)致孔斜。2023/10/14編輯課件第二節(jié)定向鉆孔的彎曲條件

鉆頭作用力方向偏離鉆孔軸線(xiàn)示意圖

⑶鉆頭軸向和徑向同時(shí)受力，軸向壓力沿鉆頭軸向垂直作用到孔底，側(cè)向力FA沿鉆頭徑向作用到孔壁。鉆頭在軸向破碎孔底的同時(shí)，又進(jìn)行側(cè)向切削孔壁，鉆頭軸線(xiàn)的實(shí)際切削方向?yàn)檩S向破碎速度VP與側(cè)向破碎速度VA、的矢量合成方向VC，因此鉆頭軸線(xiàn)的實(shí)際破碎方向偏離原鉆孔軸線(xiàn)。鉆頭軸向和徑向同時(shí)受力示意圖2023/10/14編輯課件第二節(jié)定向鉆孔的彎曲條件2、空間條件

空間條件是指孔底鉆具組合與孔壁之間存在的間隙。它是上述力學(xué)條件下使鉆頭中心線(xiàn)偏離原鉆孔軸線(xiàn)的前提條件。3、位置條件

位置條件是指鉆頭作用力的方向固定、相對(duì)大小固定以及鉆頭歪倒方向固定。鉆孔過(guò)程中，只有同時(shí)具備力學(xué)條件、空間條件和位置條件，才會(huì)最終發(fā)生鉆頭中心線(xiàn)與原鉆孔軸線(xiàn)的偏離。2023/10/14編輯課件第三節(jié)定向鉆孔的受控方法

掌握了定向鉆孔的彎曲機(jī)理和彎曲條件，為實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)提供必要的理論支持，使定向鉆孔的控制方法有針對(duì)性、科學(xué)性和可行性。一、初級(jí)定向鉆孔的控制方法

1.根據(jù)施鉆區(qū)域地層賦存變化情況，結(jié)合常規(guī)鉆具和一定工藝技術(shù)，摸索鉆孔由地質(zhì)因素引起的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)鉆孔定向。該方法簡(jiǎn)單易行，但必須做好前期準(zhǔn)備：準(zhǔn)確掌握區(qū)域地質(zhì)資料；對(duì)區(qū)域已完成的鉆孔進(jìn)行分析歸納，找出其變化規(guī)律。2023/10/14編輯課件第三節(jié)定向鉆孔的受控方法

2.鉆頭2023/10/14編輯課件第三節(jié)定向鉆孔的受控方法

3.穩(wěn)定組合鉆具2023/10/14編輯課件第三節(jié)定向鉆孔的受控方法二、受控定向鉆進(jìn)的控制方法----孔底動(dòng)力機(jī)

孔底動(dòng)力機(jī)是一種新型鉆探設(shè)備，它以鉆井液為動(dòng)力傳遞介質(zhì)，通過(guò)將水泵泵送的高壓液體的能量轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)機(jī)械能，直接驅(qū)動(dòng)鉆頭破碎巖石。使用孔底動(dòng)力機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)有以下優(yōu)點(diǎn)：a、鉆桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，充分利用功率，既有利于發(fā)揮鉆頭切削性能，又減少鉆桿的疲勞和磨損，防止孔徑擴(kuò)大、坍塌掉塊及卡埋鉆等孔內(nèi)事故；b、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；與高精度定向儀配合，可精確控制鉆孔軸線(xiàn)方向，進(jìn)行隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)遙控鉆進(jìn)；c、對(duì)地層的適應(yīng)性廣，既可在硬、堅(jiān)硬的完整地層造斜，又可在破碎地層、第四系地層、松軟以及中硬、軟硬不均的地層中造斜。2023/10/14編輯課件第三節(jié)定向鉆孔的受控方法1.螺桿鉆具總成2023/10/14編輯課件第三節(jié)定向鉆孔的受控方法2.螺桿馬達(dá)工作曲線(xiàn)圖a螺桿馬達(dá)理論曲線(xiàn)圖圖b 螺桿馬達(dá)實(shí)際曲線(xiàn)2023/10/14編輯課件第三節(jié)定向鉆孔的受控方法3.螺桿馬達(dá)的“工具面向角”螺桿馬達(dá)的“工具面向角”就是我們通常所說(shuō)的馬達(dá)“彎頭”朝向。鉆進(jìn)過(guò)程中通過(guò)改變彎頭的朝向，使鉆孔實(shí)現(xiàn)定向彎曲變化。

工具面向角0o（360o）彎頭向上工具面向角270o彎頭向左工具面向角90o彎頭向右工具面向角180o彎頭向下2023/10/14編輯課件第三章

定向鉆進(jìn)配套裝備

一、鉆機(jī)二、測(cè)斜系統(tǒng)三、孔底馬達(dá)四、鉆頭五、其它部件第一節(jié)

鉆機(jī)

由于定向鉆進(jìn)是以孔底馬達(dá)的局部回轉(zhuǎn)切削煤層和巖層的，所以對(duì)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)能力要求不高，只要滿(mǎn)足給進(jìn)和起拔力即可滿(mǎn)足要求。目前應(yīng)用于定向鉆進(jìn)用鉆機(jī)主要有：

ZDY6000LD(A)---滿(mǎn)足1000m的定向鉆孔施工要求

ZDY6000LD------滿(mǎn)足800m的定向鉆孔施工要求

ZDY4000LD------滿(mǎn)足600m的定向鉆孔施工要求2023/10/14編輯課件第二節(jié)測(cè)斜系統(tǒng)通訊電纜孔底馬達(dá)和鉆頭下無(wú)磁鉆桿送水器上無(wú)磁鉆桿通纜鉆桿測(cè)量探管監(jiān)視器信號(hào)線(xiàn)泥漿泵2023/10/14編輯課件第二節(jié)

測(cè)斜系統(tǒng)1.通纜鉆桿

中心通纜鉆桿為外平鉆桿，長(zhǎng)度為3m，外徑73mm?？梢赃M(jìn)行定向鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。由通纜母接頭，絕緣支撐擋環(huán)，絕緣聯(lián)接體，中間導(dǎo)線(xiàn)，通纜公接頭，變徑彈簧等構(gòu)成；中間導(dǎo)線(xiàn)的外部設(shè)置絕緣聯(lián)接體，其兩端分別為通纜母接頭、通纜公接頭，在公接頭上設(shè)置變徑彈簧，與內(nèi)圓錐面的母接頭連接。2023/10/14編輯課件第二節(jié)

測(cè)斜系統(tǒng)

試驗(yàn)鉆桿已進(jìn)行了以下試驗(yàn)：

1.抗拉試驗(yàn)：拉力達(dá)到700kN以上；

2.靜扭試驗(yàn)：屈服扭矩6000Nm以上，破壞扭矩10000Nm以上；

3.螺紋密封試驗(yàn)：5MPa不泄壓，7~10MPa有泄漏；

4.導(dǎo)電及絕緣試驗(yàn)：9個(gè)接頭的接觸電阻為0.5Ω左右，5m鉆桿芯線(xiàn)和鉆桿體的電阻為4MΩ以上。

2023/10/14編輯課件第二節(jié)

測(cè)斜系統(tǒng)2.無(wú)磁鉆桿

由于地磁場(chǎng)的作用，鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆具被磁化，對(duì)磁性羅盤(pán)產(chǎn)生磁干擾。并且隨球緯度的不同，產(chǎn)生的地磁場(chǎng)強(qiáng)度也不同，羅盤(pán)受干擾的強(qiáng)弱就不同。另外，井眼傾斜角、鉆孔方位角也與磁源干擾有關(guān)。如果不采取相應(yīng)有效措施，會(huì)直接影響儀器的測(cè)量精度。無(wú)磁鉆桿分為上無(wú)磁和下無(wú)磁鉆桿。目前設(shè)備中由于螺桿馬達(dá)鈹銅材料，所以下無(wú)磁可以相應(yīng)變短或不要。無(wú)磁鉆桿通過(guò)無(wú)磁接手連接。

2023/10/14編輯課件第二節(jié)

測(cè)斜系統(tǒng)

3.測(cè)量?jī)x器

2023/10/14編輯課件第三節(jié)

孔底馬達(dá)

2023/10/14編輯課件第四節(jié)

鉆頭

2023/10/14編輯課件第五節(jié)

其它部件

通纜水便通信纜線(xiàn)轉(zhuǎn)換接手

2023/10/14編輯課件第四章

定向鉆進(jìn)工藝

一、鉆進(jìn)方法二、鉆進(jìn)過(guò)程三、鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的確定第一節(jié)鉆進(jìn)方法1.螺桿鉆具造斜

目前螺桿馬達(dá)有0.93°、1.25°、1.5°、0.62°帶扶正器的幾種彎角的螺桿進(jìn)行軌跡調(diào)整。使用結(jié)果表明：不帶扶正器的0.93°的螺桿向上糾斜的效果不是很理想；1.25°螺桿造斜效果好，尤其是鉆進(jìn)分支孔時(shí)，不用提鉆直接可以在分支點(diǎn)造斜；1.5°的螺桿造斜強(qiáng)度較大，在強(qiáng)行糾偏時(shí)使用；帶扶正器的0.62彎角螺桿馬達(dá)在煤層中糾偏較緩，鉆孔傾角和方位變化較小，鉆孔軌跡較為平緩，鉆孔方向控制效果較好，鉆孔實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡的平均偏差小于1m。2023/10/14編輯課件第二節(jié)

鉆進(jìn)過(guò)程

加固鉆機(jī)。開(kāi)孔。先利用通纜鉆桿連接φ96mm鉆頭鉆進(jìn)12m左右，提鉆更換φ153mm擴(kuò)孔鉆頭鉆進(jìn)6m，提鉆后下入φ133mm的孔口管，利用封孔劑封孔。c.安裝測(cè)斜儀器，連接螺桿馬達(dá)和無(wú)磁鉆桿，下鉆前連接泥漿泵檢查螺桿鉆具。d.調(diào)整彎外管彎角，將螺桿馬達(dá)彎外管方向調(diào)整為正十二點(diǎn)方向，測(cè)出此時(shí)的工具面向角值，作為工具面修正值。2023/10/14編輯課件第二節(jié)

鉆進(jìn)過(guò)程e.下鉆到孔底，根據(jù)設(shè)計(jì)軌跡相應(yīng)調(diào)整工具面值，啟動(dòng)泥漿泵開(kāi)始鉆進(jìn)。f.鉆進(jìn)施工鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)泥漿泵壓力了解孔底狀況，合理調(diào)節(jié)鉆進(jìn)的給進(jìn)壓力。g.終孔起鉆。

2023/10/14編輯課件第三節(jié)

鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的確定

螺桿鉆具鉆進(jìn)工藝參數(shù)主要是指鉆壓P和轉(zhuǎn)速n。由螺桿鉆具的工作特性可知，由于鉆壓決定于螺桿鉆具的壓力降，轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于通過(guò)螺桿的流量，因此控制鉆進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)質(zhì)上就是控制螺桿鉆具在合理的工作規(guī)范內(nèi)進(jìn)行。鉆頭的扭矩力與馬達(dá)進(jìn)出口的壓力降成正比，螺桿鉆具的壓力降與鉆壓成正比。可知控制壓力降就可控制鉆壓，這可通過(guò)鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，而通過(guò)泥漿泵壓力表直觀(guān)顯示。鉆頭的轉(zhuǎn)速基本就是螺桿馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，螺桿馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與通過(guò)螺桿的流量成正比。泵量減去孔口泥漿泵回水和流經(jīng)鉆具損失的流量，當(dāng)回水關(guān)閉、鉆具絲扣密封較好時(shí)，泵量基本就是通過(guò)螺桿的流量，因此控制泵量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆頭轉(zhuǎn)速的控制。由此不難得知，只要控制泥漿泵的流量與泵壓，就基本上控制了馬達(dá)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。在使用螺桿鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，泥漿泵壓力表可作為孔底工況的監(jiān)視器，通過(guò)調(diào)節(jié)流量來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，由壓力變化來(lái)判斷和顯示孔內(nèi)工況。2023/10/14編輯課件第五章

鉆進(jìn)實(shí)例

一、大佛寺煤礦定向鉆進(jìn)二、亭南煤礦定向鉆進(jìn)三、汝箕溝煤礦定向鉆進(jìn)四、神東保德礦定向鉆進(jìn)第一節(jié)大佛寺煤礦定向鉆進(jìn)1.工作面概況

40104工作面為4號(hào)煤層，黑色，半亮型，硬度相對(duì)較大，系數(shù)3.0左右；該煤層賦存穩(wěn)定，有自燃發(fā)火性，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)，且發(fā)火期短，僅為3～5個(gè)月。煤層厚度為16.4～19.75米,平均厚度18.0米。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，層狀構(gòu)造，條帶狀結(jié)構(gòu)，含一層夾矸，厚度0.05～0.10米，其距煤層底板2.3～2.8米不等。2023/10/14編輯課件第一節(jié)大佛寺煤礦定向鉆進(jìn)2.鉆孔布置2023/10/14編輯課件第一節(jié)大佛寺煤礦定向鉆進(jìn)

鉆場(chǎng)布置在運(yùn)順聯(lián)巷中，寬4米，高5米。設(shè)計(jì)1#鉆孔垂直于401采區(qū)輔運(yùn)大巷，方位角90°，鉆孔傾角1.5°；2#鉆孔方位角90°，鉆孔傾角3°；3#鉆孔方位角84°，鉆孔傾角3.5°；4#鉆孔方位角90°，鉆孔傾角3.5°。此次試驗(yàn)鉆孔5個(gè)，其中包含一個(gè)分支孔。

2023/10/14編輯課件第一節(jié)大佛寺煤礦定向鉆進(jìn)3.鉆具組合

3＃鉆孔開(kāi)孔角度為3.5°，在鉆具上增加了兩個(gè)穩(wěn)定器并將螺桿馬達(dá)彎度調(diào)節(jié)為0°進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)。由于0.31°彎度的復(fù)合鉆進(jìn)將鉆孔擴(kuò)大，穩(wěn)定器失去作用，導(dǎo)致鉆孔傾角下降14°，每10m下降2°左右，此時(shí)系統(tǒng)壓力上升到5～6MPa；根據(jù)均角全距法計(jì)算鉆孔軌跡下偏嚴(yán)重，提鉆采用1.25°螺桿鉆具工具面向角朝上使鉆具上仰，下降趨勢(shì)減弱，但最終進(jìn)入底板鋁質(zhì)泥巖而終孔。

鉆桿上無(wú)磁鉆桿測(cè)斜儀下無(wú)磁鉆桿扶正器螺桿馬達(dá)扶正器鉆頭2023/10/14編輯課件第二節(jié)亭南煤礦定向鉆進(jìn)1.113工作面定向鉆進(jìn)

巷道寬4米，高3米。設(shè)計(jì)1#鉆孔平行于113工作面運(yùn)輸巷道，設(shè)計(jì)方位147.5°，鉆孔傾角2.3°；2#鉆孔設(shè)計(jì)方位147.5°，鉆孔傾角3.8°；此次試驗(yàn)鉆孔6個(gè)，包含四個(gè)分支孔，其中有3個(gè)分支鉆孔從巷道穿出。2023/10/14編輯課件第二節(jié)亭南煤礦定向鉆進(jìn)2023/10/14編輯課件第二節(jié)亭南煤礦定向鉆進(jìn)1）1#鉆孔

9～102m采用彎角0.93°的螺桿馬達(dá)進(jìn)行鉆進(jìn)；——102～117m采用彎角1.5°螺桿——117～201m保值穩(wěn)定組合