水平定向钻进工艺及技术培训

ZYWL-4000D型定向钻机定向钻进工艺及技术中煤科工集团重庆研究院钻探研究分院1综述2定向钻进技术的原理及特点3水平定向钻进装备4水平定向钻进施工工艺5打捞施工6施工注意事项目录1综述上世纪七十年代定向钻进技术由地质领域引用到煤矿井下，随着螺杆钻具快速发展及成熟，美国、澳大利亚等国在上世纪九十年代已经完成千米钻孔2002年2月VLD公司完成l761m的煤矿井下水平定向孔21061100m100~200m200~400m400m后期引进2003年亚美大宁矿VLD-1000定向钻机施工深度1002m寺河矿、成庄矿前期引进上世纪九十年代UNDP项目松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺引进9套美国和澳大利亚千米钻机顺层孔施工不超过100m,最浅孔45m最深孔470m（岩孔）况概展发内国VLD-1000定向钻机在国内累计销售100余台原因分析9台钻机最深钻进470m地质条件复杂煤层松软对形式估计不足煤质较硬外国专家指导完成1002m千米钻孔一个地层稳定松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺亚美大宁矿、寺河矿、成庄矿2定向钻进技术的原理及特点定义近水平定向钻进技术（NearlyHorizontalDirectionalDrilling,HDD）是利用钻孔自然弯曲规律或采用专用工具使水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进至预定目标的一种钻探方法定向钻进技术不仅能大幅提高单孔的施工深度，还能够实现一个主孔内多个分支孔的施工，从而大幅度提高了单孔瓦斯抽放量和抽放范围意义定向钻进工艺技术定向钻孔轨迹设计定向钻孔轨迹控制定向钻进工艺参数Z(D)EYA’B’C’XαAθABCAON定向钻孔轨迹设计煤矿井下水平定向钻孔以井下钻场为参照建立空间坐标系定向钻孔轨迹的基本要素水平钻孔中一般是指孔口到测点的钻孔曲线实长，通常以孔内钻杆长度来衡量钻孔当前点的切线与水平面之间的最小夹角钻孔当前点的切线在水平面的投影与真北方向之间的夹角深度方位角倾角由加接钻杆累加所得,一般6m一测用上下偏差位移来衡量变化，范围-90°~+90°,精度±0.2°用左右偏差位移来衡量变化，范围0~360°,精度±1.5°空间坐标系的建立上/下偏差图二维投影图表示法一般包括垂直投影图和水平投影图钻孔轨迹形状的描述方法左/右偏差图定向钻孔轨迹设计主孔设计分支孔设计煤层顶底板标高矿区等高线煤层厚度合理的顺序合适的深度合适的造斜点定向钻孔轨迹控制以投影面X轴正半轴为始边，顺时针转到螺杆钻具弯接头在垂直平面内的投影线所转过的角度，范围0~360°,精度±1.5°工具面向角对倾角的影响对方位角的影响方位角和倾角是随孔深而异其变化趋势和快慢通过调整弯接头方向来控制设计钻孔确定方位、倾角主孔施工钻孔测量确定工具面向角设备安装、调试准备钻场调整工具面向角侧钻开第i个分支孔钻进至设计孔深调整工具面向角起钻至第i个分支孔点提钻终孔i=i+1i≤n方位、倾角是否偏离设计轨迹YNYN后退式侧钻开分支孔工艺流程工具面向角设计钻孔确定方位、倾角主孔施工钻孔测量确定工具面向角设备安装、调试准备钻场方位、倾角是否偏离设计轨迹YNi=i+1侧钻开第i个分支孔调整工具面向角钻进至第i个分支孔点Yi≤nN提钻至主孔主孔施工提钻终孔前进式侧钻开分支孔工艺流程通过调整工具面向角的方法来重新进入预定分支钻孔分支孔重入技术3水平定向钻进装备装备组成定向钻机泥浆泵螺杆马达定向钻杆随钻测量系统VLD-1000ZDY6000LD（A）ZYWL-6000D定向钻机（整体式）ZYWL-6000DS定向钻机（分体式）外形尺寸重量大小功率大小输出转矩定向钻机项目单位ZYWL-6000DZYWL-6000DSZYWL-4000D最大钻进深度m10001000600开孔直径mm96、133、15396、133、15396、133、153终孔直径mm969696钻杆直径mm737373额定输出转速r/min50～20050～20050-240额定输出转矩N.m6000～14006000～14004000-1050推进力kN160160160起拔力kN160160210正常进给速度m/min0～1.50～1.50～1.5给进行程mm150010001050制动转矩N.m200020002000最大供水压力MPa101010行走机构驱动型式液压液压液压行走速度m/min222222爬坡能力º202020履带板宽度mm350350300泵站电动机功率kW909055油箱有效容积L300310305主机外形尺寸(长×宽×高)mm3830×2100×1850主履带车:3120×1450×1950副履带车:3000×1450×18203270×1450×1735整机重量kg12500（不含钻具）主履带车6050/副履带车47008500（不含钻具）通缆钻杆mmΦ73×3000Φ73×3000Φ73×3000胎体式PDC钻头mm969696ZSZ1000型随钻测量装置方位角º0～360（±1.5）0～360（±1.5）0～360（±1.5）工具面向角º0～360（±1.5）0～360（±1.5）0～360（±1.5）倾角º-90～+90（±0.2）-90～+90（±0.2）-90～+90（±0.2）ZSZ1000型随钻测量装置ZSZ1000测量系统软件界面测量系统DGS系统与探管连接通缆钻杆外观图通缆钻杆结构图中心电缆的密封结构定向钻杆电子水辫外观图无磁钻杆电子水辫无磁钻杆1、旁通阀总成；2、防掉总成；3、马达总成；4、万向轴总成；5、传动轴总成6、马达外壳；7、定子（橡胶衬套）；8、转子螺杆马达螺杆马达部件结构示意图螺杆马达外观示意图螺杆马达理论工作特性（左）和实际工作特性（右）M——工作转矩；N——功率；n——转速；Δp——压降；η——工作效率反切削胎体式PDC钻头单向阀4水平定向钻进施工工艺钻场布置开钻前准备工作移机、锚固开孔、扩孔封孔孔口设备安装设备连接及开新孔正常施工工艺流程完孔退钻数据传输1钻场布置配件是否齐全设备调试是否稳定排水、排渣、抽放管路是否合理了解作业环境了解施工煤层概况2开钻前准备工作移机距离锚固结实3移机锚固4开孔、扩孔根据封孔管长度确定开扩孔深度5封孔工艺流程复杂，应根据封孔材料的不同选择相应的封孔设备和工艺（关键步骤）6孔口瓦斯抽采系统连接螺杆马达安装无磁钻具接入孔口装置固定上扣涂抹螺纹胶78弯头复位及初始设置9定向钻进施工孔口即时返水、返渣情况钻机推进压力和推进速度泥浆泵水压和流量掌握钻进流程及注意事项10成孔设备的拆除（随时注意孔内瓦斯情况）11并网接抽完孔后应配合矿方将钻孔即时接入管网抽采系统12数据拷贝施工期间及时保存数据完孔后将最终数据拷贝至井上5打捞施工由于煤层、瓦斯、地质等因素的复杂性，造成在施工过程中不可避免的会发生压杆事故定向钻杆、无磁钻杆、螺杆马达及DGS系统等组件成本昂贵原因一原因二提前预防方案制定打捞作业打捞方式卡钻处理抱钻处理断钻处理打捞工具打捞公锥打捞母锥打捞钻杆+打捞钻头一准确记录事故发生位置注意事项三打捞工作一次性成功率较低，需反复进行打捞操作，工作人员应保持平和心态二根据现场具体情况选用合适的打捞工具6施工注意事项1钻机方面2钻杆方面3螺杆马达方面4施工工艺方面开钻前检查设备使用前检查每根钻杆、使用时螺纹端涂抹黄油使用前用静压水试运行经验积累THEEND敬请批评指正