煤礦井下定向鉆孔軌跡控制頁課件

1、中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院鉆探所煤礦井下定向鉆進(jìn)軌跡控制定向鉆進(jìn)軌跡控制技術(shù)1、螺桿鉆具造斜原理2、工具面向角對鉆孔軌跡影響3、鉆孔軌跡控制原理4、開分支工藝與重入分支孔工藝5、鉆孔軌跡控制實例分析 1.25O外徑mm鉆頭尺寸mm頭數(shù)級數(shù)長度m重量kg排量lpm轉(zhuǎn)速rpm上緊扭矩Nm輸出扭矩Nm最大過載拉力kN最大鉆壓kN最大壓降kPa7382-1144:532.8562.5113-365160-375162025789272758螺桿鉆具造斜原理測斜儀無磁鉆桿旁通閥馬達(dá)萬向軸傳動軸鉆頭螺桿鉆具造斜原理 螺桿鉆具是一種把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量容積式正排量動力轉(zhuǎn)換裝置，主要由螺桿馬達(dá)（定

2、子、轉(zhuǎn)子）總成、萬向軸總成、傳動軸總成三大部分組成。 采用螺桿鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，不需要鉆桿旋轉(zhuǎn)，泥漿泵輸出沖洗液進(jìn)入螺桿馬達(dá)，在馬達(dá)進(jìn)出口形成一定壓差，推動馬達(dá)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過萬向軸和傳動軸將轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞給鉆頭，從而達(dá)到碎巖的目的。螺桿鉆具造斜原理 螺桿鉆具能夠進(jìn)行定向鉆進(jìn)主要基于三個緣由： 一、螺桿鉆具工作時鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖石，而螺桿外管及鉆桿柱不回轉(zhuǎn)； 二、可以連接不同角度的定向或可調(diào)彎外管； 三、可隨鉆進(jìn)行傾角和方位的測量。 隨鉆測量系統(tǒng)孔底馬達(dá)和鉆頭下無磁鉆桿送水器上無磁鉆桿鉆桿測量探管 監(jiān)視器高壓送水膠管通訊電纜YHD1-1000隨鉆測量系統(tǒng)連接示意圖 隨鉆測量系統(tǒng) 用于近水平定向鉆孔施工

3、過程中的隨鉆監(jiān)測，可隨鉆測量鉆孔傾角、方位、工具面向角等主要參數(shù)，實現(xiàn)孔口鉆孔參數(shù)、軌跡的即時顯示，便于施鉆人員隨時了解鉆孔施工情況，并及時調(diào)整工具面方向和工藝參數(shù)，使鉆孔盡可能的按照設(shè)計的軌跡延伸。工具面向角 工具面 ：定向鉆進(jìn)所用造斜鉆具的兩個軸線所確定的平面，稱為工具面。 工具面向角 ：在孔底圓平面內(nèi)，以圓心與圓周上最高點連線為始邊，順時針轉(zhuǎn)到工具面與孔底圓平面的交線所轉(zhuǎn)過的角度，以“”表示，介于“0360”。 螺桿鉆具的“工具面向角”就是通常所說的馬達(dá)“彎頭”朝向。鉆進(jìn)過程中通過改變彎頭的朝向，使鉆孔實現(xiàn)定向彎曲變化。工具面向角修正 在以下情況時，必須校正工具面向角：（1）開新孔時，具

4、體方法： 螺桿鉆具彎接頭必須指向正上方，通信線連接正常后： 開新孔打開鉆孔設(shè)計數(shù)據(jù) “MK_1.xml” 讀數(shù)據(jù)工具面向角修正 在以下情況時，必須校正工具面向角：（2）螺桿鉆具與探管外管間任何一螺紋被卸開，后螺 紋涂膠重新擰緊后，具體方法： 螺桿鉆具彎接頭必須指向正上方，通信線連接正常后： 探管檢測開始檢測判斷工具面值是否接近0o（360o） a) 若工具面值處于355o0o（360o）5o,無需修整工具面 b)若不接近，則：調(diào)整工具面校正工具面開始測量保存鉆頭孔底馬達(dá)下無磁鉆桿探管外管上無磁鉆桿上無磁探管外管接頭下無磁探管外管接頭下無磁馬達(dá)接頭通纜鉆桿工具面向角修正工具面向角對鉆孔軌跡影響

5、螺桿鉆具的“工具面向角”就是我們通常所說的馬達(dá)“彎頭”朝向。鉆進(jìn)過程中通過改變彎頭的朝向，使鉆孔實現(xiàn)定向彎曲變化。工具面向角0（360）彎頭向上工具面向角270彎頭向左工具面向角90彎頭向右工具面向角180彎頭向下工具面向角對鉆孔軌跡影響傾角：、 方位角：、 工具面：馬達(dá)彎造斜最大強度：A、方位角增減分量：Asin、 傾角增減分量: Acos0（360）27090180AsinAcosA0（360）27090180增斜： 增方位： 降斜： 增方位： 降斜： 降方位： 增斜： 降方位： 傾角控制原理假設(shè)設(shè)計傾角： 0 ，則傾角控制在：- 2 2 21-1-2-2-11221-1-2-2-11降斜

6、穩(wěn)斜增斜穩(wěn)斜降斜穩(wěn)斜增斜穩(wěn)斜10026010026080280降斜穩(wěn)斜增斜802800上下偏差方位角控制原理假設(shè)設(shè)計方位角： 330 ，則方位角控制在：325 335 325327332335335332327325330左右偏差335332327325325327332335降方位增方位降方位增方位19035010170降方位增方位鉆孔軌跡控制原理a）準(zhǔn)確識別地層變化：根據(jù)礦方提供的煤層采掘工程面圖（含煤層等高線），分析出鉆孔軌跡處煤層傾角變化，結(jié)合實鉆軌跡上下偏差、鉆進(jìn)前后返渣巖性變化，判斷出當(dāng)前鉆頭處于煤層哪一層位（頂板巖層、底板巖層、煤）。b) 調(diào)整工具面使鉆孔沿煤層鉆進(jìn)：根據(jù)地層變化

7、，應(yīng)及時調(diào)整工具面來控制方位角變化，使鉆孔軌跡在水平面投影圖上沿設(shè)計軌跡左右波動，在此基礎(chǔ)上可參考設(shè)計軌跡傾角值控制傾角變化，使鉆孔盡量處在煤層中延伸。鉆孔軌跡控制原理c）提鉆開分支繞過鉆進(jìn)障礙區(qū)域：如：因頂板、底板巖性較硬而進(jìn)尺緩慢，陷落柱、斷層附近煤層松散破碎易卡埋鉆，因與原鉆孔串孔、煤層裂隙發(fā)育鉆井液漏失。當(dāng)遇到以上情況時，應(yīng)提鉆至安全煤層區(qū)域開分支孔繞過該區(qū)域。d) 了解煤層真實走勢：在實際鉆進(jìn)過程中，要求每鉆進(jìn)一定距離將彎頭方向調(diào)整為垂直向上，使鉆孔快速鉆至頂板以確定出頂板所處的層位標(biāo)高，然后后退到合適位置開分支繼續(xù)鉆進(jìn)，如此反復(fù)，再將兩次探頂點連線的延長線作為下一段鉆進(jìn)時的參考頂板

8、，從而保證鉆孔盡量在煤層中鉆進(jìn)。鉆孔軌跡計算方法開分支工藝1、分支點選擇：需在煤層中，以便在硬度軟的煤層中裸眼造斜開分支，向下開分支 當(dāng)傾角0O時,工具面0O當(dāng)傾角0O時,工具面0O當(dāng)傾角0O時,工具面180O分支孔成孔幾率極低分支孔成孔幾率高分支點選擇： 盡量選擇“傾角增加孔段”開分支工藝2、開分支工具面向角選擇： 采用分支點附近孔段背向工具面向角開分支 當(dāng)原鉆孔方位角增加時，工具面向角180o260o 當(dāng)原鉆孔方位角減少時，工具面向角100o180o3、開分支鉆進(jìn)參數(shù)選擇： 采用減壓（給進(jìn)壓力）、控時鉆進(jìn) 開分支工藝4、判斷開分支是否成功依據(jù)： 分支一段孔深處可用隨鉆測量儀器檢測出傾角、方

9、位角值與原鉆孔軌跡對比，是否按開孔工具面作用產(chǎn)生偏差 給進(jìn)壓力增加 泥漿泵壓略有增加 鉆孔返水含煤粉增多（變黑）鉆具重入分支工藝 提鉆后，當(dāng)要將鉆具重新下入原分支孔時，需在每個分支點處調(diào)整工具面向角，下入一定孔深后，測斜數(shù)據(jù)與原鉆孔軌跡對比，分析鉆具是否在要進(jìn)入的分支孔內(nèi)。 軌跡控制實例分析雙柳礦 自2019年5月29日至6月9日，共定向施工主孔1個，探頂6次，探底3次，試驗總進(jìn)尺1242m。其中主孔孔深744米，1#分支孔鉆進(jìn)至54米時，由于煤層在200m至450m煤層起伏較大，并在300米探到底板兩次，開分支孔較多，為防止孔內(nèi)事故發(fā)生，提鉆至210米開2#分支孔。 2#分支孔孔深102米，

10、施工過程中未出現(xiàn)孔內(nèi)事故軌跡控制實例分析雙柳礦軌跡控制實例分析雙柳礦軌跡控制實例分析杜兒坪礦 自2019年5月18日至6月10日，主孔1個、分支孔25個，探頂6次，探底3次，試驗總進(jìn)尺2736m，主孔最大孔深達(dá)到570m，分支孔最大孔深達(dá)246m。煤層平均厚度4.08m、煤層陷落柱發(fā)育，陷落柱密度平均25個/km2，其中僅主孔需在6個陷落柱煤層中定向穿行。軌跡控制實例分析杜兒坪礦軌跡控制實例分析九里山礦 2019年9月22日至10月11日施工4號梳狀鉆孔，共施工1主孔，7個分支孔，最大主孔深度510m，最大分支孔深度51m，總孔深848m。4#梳狀孔實鉆軌跡平面圖（上）與剖面圖（下）軌跡控制實

11、例分析興無礦 2019年5月26日至6月8日施工4#鉆孔，4#鉆孔設(shè)計孔深702m，實鉆總進(jìn)尺為1355m，主孔702m均在煤層中鉆進(jìn)，13個分支孔累計孔深653m，其中630m在煤層中鉆進(jìn)，23m因探頂?shù)自谀鄮r中鉆進(jìn)。4#鉆孔軌跡剖面圖4#鉆孔軌跡平面圖軌跡控制實例分析黃陵一號礦 2019年10月6日至10月20日施工2#鉆孔，2#鉆孔主孔深度711m，分支孔深度285m，總進(jìn)尺996m。2#鉆孔實鉆軌跡上下偏差圖2#鉆孔實鉆軌跡左右偏差圖軌跡控制實例分析黃陵二號煤礦 2019年3月7日3月24日，在二號煤礦北二一號輔運大巷距八號聯(lián)絡(luò)巷50m處施工4#鉆孔，主孔深度813m，分支285m，總進(jìn)尺1098m。黃陵二號煤礦施工鉆孔平面圖黃陵二號煤礦 4#鉆孔實鉆軌跡剖面圖黃陵二號煤礦 4#鉆孔實鉆軌跡左右偏差圖 2019年8月,在北二一號輔運大巷正頭，施工1個定向孔，主孔深度705m，分支孔927m，總計進(jìn)尺1632m。 1#鉆