水平定向鉆進(jìn)工藝及技術(shù)培訓(xùn)資料

1、ZYWL-4000DZYWL-4000D型定向鉆機(jī)定向型定向鉆機(jī)定向鉆進(jìn)工藝及技術(shù)鉆進(jìn)工藝及技術(shù)中煤科工集團(tuán)重慶研究院中煤科工集團(tuán)重慶研究院鉆探研究分院鉆探研究分院1綜述綜述2定向鉆進(jìn)技術(shù)的原理及特點定向鉆進(jìn)技術(shù)的原理及特點 3水平定向鉆進(jìn)裝備水平定向鉆進(jìn)裝備4水平定向鉆進(jìn)施工工藝水平定向鉆進(jìn)施工工藝5打撈施工打撈施工 6施工注意事項施工注意事項目錄1 1 綜述綜述 上世紀(jì)七十年代定向鉆進(jìn)技術(shù)由地質(zhì)領(lǐng)域引用到煤礦井下，隨著螺桿鉆具上世紀(jì)七十年代定向鉆進(jìn)技術(shù)由地質(zhì)領(lǐng)域引用到煤礦井下，隨著螺桿鉆具快速發(fā)展及成熟，美國、澳大利亞等國在上世紀(jì)九十年代已經(jīng)完成千米鉆孔快速發(fā)展及成熟，美國、澳大利亞等國在

2、上世紀(jì)九十年代已經(jīng)完成千米鉆孔 2002年年2月月VLD公司完成公司完成l761m的煤礦井下水平定向孔的煤礦井下水平定向孔后期引進(jìn)后期引進(jìn)2003年亞美大寧礦 VLD-1000定向鉆機(jī)施工深度1002m寺河礦、成莊礦前期引進(jìn)前期引進(jìn)上世紀(jì)九十年代UNDP項目松藻、鐵法、淮南、平頂山、撫順引進(jìn)9套美國和澳大利亞千米鉆機(jī)順層孔施工不超過100m,最淺孔45m最深孔470m（巖孔）況況概概展展發(fā)發(fā)內(nèi)內(nèi)國國VLD-1000定向鉆機(jī)在國內(nèi)累計銷售100余臺原因分析原因分析9臺鉆機(jī)最深鉆臺鉆機(jī)最深鉆進(jìn)進(jìn)470m地質(zhì)條件地質(zhì)條件復(fù)雜復(fù)雜煤層松軟煤層松軟對形式估對形式估計不足計不足煤質(zhì)較硬煤質(zhì)較硬外國專家外國

3、專家指導(dǎo)指導(dǎo)完成完成1002m千米千米鉆孔一個鉆孔一個地層穩(wěn)定地層穩(wěn)定松藻、鐵法、淮南、平頂山、撫順?biāo)稍?、鐵法、淮南、平頂山、撫順亞美大寧礦、寺河礦、成莊礦亞美大寧礦、寺河礦、成莊礦2 2 定向鉆進(jìn)技術(shù)的原理及特點定向鉆進(jìn)技術(shù)的原理及特點 定定 義義近水平定向鉆進(jìn)技術(shù)（近水平定向鉆進(jìn)技術(shù)（Nearly Horizontal Directional Drilling, HDD）是利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用專用工具使水平鉆孔）是利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用專用工具使水平鉆孔軌跡按設(shè)計要求延伸鉆進(jìn)至預(yù)定目標(biāo)的一種鉆探方法軌跡按設(shè)計要求延伸鉆進(jìn)至預(yù)定目標(biāo)的一種鉆探方法定向鉆進(jìn)技術(shù)不僅能大幅提高單孔的施工

4、深度，還能夠?qū)崿F(xiàn)定向鉆進(jìn)技術(shù)不僅能大幅提高單孔的施工深度，還能夠?qū)崿F(xiàn)一個主孔內(nèi)多個分支孔的施工，從而大幅度提高了單孔瓦斯一個主孔內(nèi)多個分支孔的施工，從而大幅度提高了單孔瓦斯抽放量和抽放范圍抽放量和抽放范圍意意 義義定向定向鉆進(jìn)鉆進(jìn)工藝工藝技術(shù)技術(shù)定向鉆孔軌跡設(shè)計定向鉆孔軌跡設(shè)計定向鉆孔軌跡控制定向鉆孔軌跡控制定向鉆進(jìn)工藝參數(shù)定向鉆進(jìn)工藝參數(shù)定向鉆孔軌跡設(shè)計定向鉆孔軌跡設(shè)計煤礦井下水平定向鉆孔以井下煤礦井下水平定向鉆孔以井下鉆場為參照建立空間坐標(biāo)系鉆場為參照建立空間坐標(biāo)系定向鉆孔軌跡的基本要素定向鉆孔軌跡的基本要素水平鉆孔中水平鉆孔中一般是指孔一般是指孔口到測點的口到測點的鉆孔曲線實鉆孔曲線實長

5、，通常以長，通常以孔內(nèi)鉆桿長孔內(nèi)鉆桿長度來衡量度來衡量鉆孔當(dāng)前點鉆孔當(dāng)前點的切線與水的切線與水平面之間的平面之間的最小夾角最小夾角鉆孔當(dāng)前點的鉆孔當(dāng)前點的切線在水平面切線在水平面的投影與真北的投影與真北方向之間的夾方向之間的夾角角 深度深度方位方位角角傾角傾角由加接鉆桿累加由加接鉆桿累加所得所得,一般一般6m一測一測用上下偏差位移用上下偏差位移來衡量變化，范來衡量變化，范圍圍-90 +90 ,精度精度0.2 用左右偏差位移來用左右偏差位移來衡量變化，范圍衡量變化，范圍0360 ,精度精度1.5空間坐標(biāo)系的建立空間坐標(biāo)系的建立上上/ /下偏差圖下偏差圖二維投影圖表示法一般包括垂直投影圖和水平投影

6、圖二維投影圖表示法一般包括垂直投影圖和水平投影圖 鉆孔軌跡形狀的描述方法鉆孔軌跡形狀的描述方法左左/ /右偏差圖右偏差圖定定向向鉆鉆孔孔軌軌跡跡設(shè)設(shè)計計主孔設(shè)計主孔設(shè)計分支孔設(shè)計分支孔設(shè)計煤層頂?shù)装鍢?biāo)高煤層頂?shù)装鍢?biāo)高礦區(qū)等高線礦區(qū)等高線煤層厚度煤層厚度合理的順序合理的順序合適的深度合適的深度合適的造斜點合適的造斜點定向鉆孔軌跡控制定向鉆孔軌跡控制 以投影面以投影面X X軸正半軸為始邊，順時針轉(zhuǎn)到螺桿軸正半軸為始邊，順時針轉(zhuǎn)到螺桿 鉆具彎接頭在垂直平面內(nèi)的投影線所轉(zhuǎn)過的角鉆具彎接頭在垂直平面內(nèi)的投影線所轉(zhuǎn)過的角度，范圍度，范圍0360 0360 , ,精度精度1.51.5工具面向角工具面向角方位

7、角和方位角和傾角是隨傾角是隨孔深而異孔深而異其變化趨其變化趨勢和快慢勢和快慢通過調(diào)整通過調(diào)整彎接頭方彎接頭方向來控制向來控制設(shè)計鉆孔設(shè)計鉆孔確定方位、傾角確定方位、傾角主孔施工主孔施工鉆孔測量鉆孔測量確定工具面向角確定工具面向角設(shè)備安裝、調(diào)試設(shè)備安裝、調(diào)試準(zhǔn)備鉆場準(zhǔn)備鉆場調(diào)整工具面向角調(diào)整工具面向角側(cè)鉆開第側(cè)鉆開第i個分支個分支孔孔鉆進(jìn)至設(shè)計孔深鉆進(jìn)至設(shè)計孔深調(diào)整工具面向角調(diào)整工具面向角起鉆至第起鉆至第i個分支孔點個分支孔點提鉆終孔提鉆終孔i=i+1in方位、傾角是否偏方位、傾角是否偏離離設(shè)計軌跡設(shè)計軌跡YNYN后退式側(cè)鉆開分支孔工藝流程后退式側(cè)鉆開分支孔工藝流程工具面向角工具面向角設(shè)計鉆孔設(shè)

8、計鉆孔確定方位、傾角確定方位、傾角主孔施工主孔施工鉆孔測量鉆孔測量確定工具面向角確定工具面向角設(shè)備安裝、調(diào)試設(shè)備安裝、調(diào)試準(zhǔn)備鉆場準(zhǔn)備鉆場方位、傾角是否偏方位、傾角是否偏離離設(shè)計軌跡設(shè)計軌跡YNi=i+1側(cè)鉆開第側(cè)鉆開第i個分支孔個分支孔調(diào)整工具面向角調(diào)整工具面向角鉆進(jìn)至第鉆進(jìn)至第i個分支孔點個分支孔點YinN提鉆至主孔提鉆至主孔主孔施工主孔施工提鉆終孔提鉆終孔前進(jìn)式側(cè)鉆開分支孔工藝流程前進(jìn)式側(cè)鉆開分支孔工藝流程通過調(diào)整工具通過調(diào)整工具面向角的方法來重面向角的方法來重新進(jìn)入預(yù)定分支鉆孔新進(jìn)入預(yù)定分支鉆孔 分支孔重入技術(shù)分支孔重入技術(shù)3 3 水平定向鉆進(jìn)裝備水平定向鉆進(jìn)裝備裝裝備備組組成成定向鉆

9、機(jī)定向鉆機(jī)泥漿泵泥漿泵螺桿馬達(dá)螺桿馬達(dá)定向鉆桿定向鉆桿隨鉆測量系統(tǒng)隨鉆測量系統(tǒng)VLD-1000VLD-1000ZDY6000LD（A） ZYWL-6000DZYWL-6000D定向鉆機(jī)（整體式）定向鉆機(jī)（整體式）ZYWL-6000DSZYWL-6000DS定向鉆機(jī)（分體式）定向鉆機(jī)（分體式）外形尺寸外形尺寸重量大小重量大小功率大小功率大小輸出轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩定向鉆機(jī)定向鉆機(jī)項目項目單位ZYWL-6000DZYWL-6000DZYWL-6000DSZYWL-6000DSZYWL-4000DZYWL-4000D最大鉆進(jìn)深度最大鉆進(jìn)深度m10001000600開孔直徑開孔直徑mm96、133、15396

10、、133、15396、133、153終孔直徑終孔直徑mm 96 96 96鉆桿直徑鉆桿直徑mm737373額定輸出轉(zhuǎn)速額定輸出轉(zhuǎn)速r/min502005020050-240額定輸出轉(zhuǎn)矩額定輸出轉(zhuǎn)矩N.m60001400600014004000-1050推進(jìn)力推進(jìn)力kN160160160起拔力起拔力kN160160210正常進(jìn)給速度正常進(jìn)給速度m/min01.501.501.5給進(jìn)行程給進(jìn)行程mm150010001050制動轉(zhuǎn)矩制動轉(zhuǎn)矩N.m200020002000最大供水壓力最大供水壓力MPa101010行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動型式驅(qū)動型式液壓液壓液壓行走速度行走速度m/min222222爬坡能力

11、爬坡能力202020履帶板寬度履帶板寬度mm350350300泵站泵站電動機(jī)功率電動機(jī)功率kW909055油箱有效容積油箱有效容積L300310305主機(jī)外形尺寸主機(jī)外形尺寸( (長長寬寬高高) )mm383021001850主履帶車:312014501950副履帶車:300014501820327014501735 整機(jī)重量整機(jī)重量kg12500（不含鉆具）主履帶車6050/副履帶車47008500（不含鉆具）通纜鉆桿通纜鉆桿mm733000733000733000胎體式胎體式PDCPDC鉆頭鉆頭mm969696ZSZ1000ZSZ1000型隨型隨鉆測鉆測量裝量裝置置方位角方位角0360（1

12、.5）0360（1.5）0360（1.5）工具面向角工具面向角0360（1.5）0360（1.5）0360（1.5）傾角傾角-90+90（0.2）-90+90（0.2）-90+90（0.2） ZSZ1000ZSZ1000型隨鉆測量裝置型隨鉆測量裝置ZSZ1000ZSZ1000測量系統(tǒng)軟件界面測量系統(tǒng)軟件界面測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)DGSDGS系統(tǒng)與探管連接系統(tǒng)與探管連接通纜鉆桿外觀圖通纜鉆桿外觀圖通纜鉆桿結(jié)構(gòu)圖通纜鉆桿結(jié)構(gòu)圖中心電纜的密封結(jié)構(gòu)中心電纜的密封結(jié)構(gòu)定向鉆桿定向鉆桿電子水辮外觀圖電子水辮外觀圖無磁鉆桿無磁鉆桿電子水辮電子水辮無磁鉆桿無磁鉆桿1 1、旁通閥總成；、旁通閥總成；2 2、防掉總成；

13、、防掉總成；3 3、馬達(dá)總成；、馬達(dá)總成；4 4、萬向軸總成；、萬向軸總成；5 5、傳動軸總成、傳動軸總成6 6、馬達(dá)外殼；、馬達(dá)外殼；7 7、定子（橡膠襯套）；、定子（橡膠襯套）；8 8、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子螺桿馬達(dá)螺桿馬達(dá)螺桿螺桿馬達(dá)馬達(dá)部件部件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意示意圖圖螺桿螺桿馬達(dá)馬達(dá)外觀外觀示意示意圖圖 螺桿馬達(dá)理論工作特性（左）和實際工作特性（右）M工作轉(zhuǎn)矩；工作轉(zhuǎn)矩；N功率；功率；n轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速；p壓降；壓降；工作效率工作效率反切削胎體式反切削胎體式PDCPDC鉆頭鉆頭單向閥單向閥4 4 水平定向鉆進(jìn)施工工藝水平定向鉆進(jìn)施工工藝 鉆場布置鉆場布置 開鉆前準(zhǔn)備工作開鉆前準(zhǔn)備工作 移機(jī)、錨固移機(jī)、錨固

14、開孔、擴(kuò)孔開孔、擴(kuò)孔 封孔封孔 孔口設(shè)備安裝孔口設(shè)備安裝 設(shè)備連接及開新孔設(shè)備連接及開新孔 正常施工正常施工 工藝流程工藝流程完孔退鉆完孔退鉆 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 1 鉆場布置鉆場布置配件是否齊全配件是否齊全設(shè)備調(diào)試是否穩(wěn)定設(shè)備調(diào)試是否穩(wěn)定排水、排渣、抽放管路是否排水、排渣、抽放管路是否合理合理了解作業(yè)環(huán)境了解作業(yè)環(huán)境了解施工煤層概況了解施工煤層概況2開鉆開鉆前準(zhǔn)前準(zhǔn)備工備工作作移機(jī)距離移機(jī)距離錨固結(jié)實錨固結(jié)實3移機(jī)移機(jī)錨固錨固4開孔、擴(kuò)孔開孔、擴(kuò)孔根據(jù)封孔管長度根據(jù)封孔管長度確定開擴(kuò)孔深度確定開擴(kuò)孔深度5 封孔封孔工藝流程復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)封孔材料的不同選工藝流程復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)封孔材料的不同選擇相應(yīng)的

15、封孔設(shè)備和工藝（關(guān)鍵步驟）擇相應(yīng)的封孔設(shè)備和工藝（關(guān)鍵步驟）6 6 孔口瓦斯抽采系統(tǒng)連接孔口瓦斯抽采系統(tǒng)連接螺桿馬達(dá)安裝螺桿馬達(dá)安裝無磁鉆具接入無磁鉆具接入孔口裝置固定孔口裝置固定上扣涂抹螺紋膠上扣涂抹螺紋膠7 78 彎頭復(fù)位及初始設(shè)置彎頭復(fù)位及初始設(shè)置9 定向鉆進(jìn)施工定向鉆進(jìn)施工孔口即時返水、返渣情況孔口即時返水、返渣情況鉆機(jī)推進(jìn)壓力和推進(jìn)速度鉆機(jī)推進(jìn)壓力和推進(jìn)速度泥漿泵水壓和流量泥漿泵水壓和流量掌握鉆進(jìn)流程及注意事項掌握鉆進(jìn)流程及注意事項10 成孔成孔設(shè)備的拆除（隨時設(shè)備的拆除（隨時注意孔內(nèi)瓦斯情況）注意孔內(nèi)瓦斯情況）11 并網(wǎng)接抽并網(wǎng)接抽完孔后應(yīng)配合礦方將鉆孔完孔后應(yīng)配合礦方將鉆孔即時接

16、入管網(wǎng)抽采系統(tǒng)即時接入管網(wǎng)抽采系統(tǒng)12 數(shù)據(jù)拷貝數(shù)據(jù)拷貝施工期間及時保存數(shù)據(jù)施工期間及時保存數(shù)據(jù)完孔后將最終數(shù)據(jù)拷貝至井上完孔后將最終數(shù)據(jù)拷貝至井上5 打撈施工打撈施工由于煤層、瓦斯、地質(zhì)等因素的復(fù)雜性，造成在施工過程中由于煤層、瓦斯、地質(zhì)等因素的復(fù)雜性，造成在施工過程中不可避免的會發(fā)生壓桿事故不可避免的會發(fā)生壓桿事故定向鉆桿、無磁鉆桿、螺桿馬達(dá)及定向鉆桿、無磁鉆桿、螺桿馬達(dá)及DGSDGS系統(tǒng)等組件成本昂貴系統(tǒng)等組件成本昂貴原因一原因一原因二原因二提前預(yù)防提前預(yù)防方案制定方案制定打撈作業(yè)打撈作業(yè)打撈方式打撈方式卡鉆處理卡鉆處理抱鉆處理抱鉆處理斷鉆處理斷鉆處理打撈工具打撈工具打撈公錐打撈公錐打撈母錐打撈母錐打撈鉆桿打撈鉆桿+打撈鉆頭打撈鉆頭一一 準(zhǔn)確記錄事故發(fā)生位置準(zhǔn)確記錄事故發(fā)生位置注意事項注意事項三三 打撈工作一次性成功率較低，需反復(fù)進(jìn)打撈工作一次性成功率較低，需反復(fù)進(jìn)行打撈操作，工作人員應(yīng)保持平和