MWD无线测斜定向造孔控制技术在阳蓄水电站临时通风斜井开挖的应用113

MWD无线测斜定向造孔控制技术在阳蓄水电站临时通风斜
井开挖的应用
摘要：本文阐述了MWD无线随钻测斜技术在阳蓄水电站临时通风斜井的应用情况，并在针对技术、进度、经济方面与非开挖导向钻机作了对比评价：MWD无
线随钻测斜技术有效解决了传统反井钻机施工工期长、施工安全风险高、施工工
序多、施工精度低等问题，对后续阳蓄水电站超深竖井在钻井过程中准确测量井斜、即时纠斜，确保井身质量方面具有重要的意义。

关键词：MWD无线测斜；定向造孔；纠偏控制；斜井；阳蓄水电站
1.工程概况
图1：临时通风斜井断面图
阳江抽水蓄能电站位于广东省阳春市与电白县交界处的八甲山区，地理位
置处于广州～湛江粤西片的中部，直线距广州市230km，距阳江市 60km，距阳春市 50km。

工程区属阳春市行政区管理范围。

上水库地处阳春市八甲镇南
西约 8km 的河尾山林场，即白水河的源头九曲河处，下水库位于阳春市八甲
镇南西5km 的高屋村石祥、更口、丰田一带，上、下水库落差约 670m。

阳江抽
水蓄能电站规划总装机容量 2400MW，属一等大（1）型工程分两期建设。

该水电站中的临时通风井与远期交通洞相交，作为4#施工支洞、5#施工支洞、7#施工支洞引水支洞岔管临时通风散烟通道，斜井洞口顶部高程为EL199.50m，
终点位于与4#支洞相交，桩号为0+134.343高程为-10.095m，全长277.51m。

分
为斜井段、下平段，长度分别为219.501m、58.009m、斜井倾角69.65°；下平段
断面为4.66m×5.18m、3.0m×3.0m（宽×高）为城门洞型，斜井断面为φ1.4m为圆
型断面。

2.工程地质
地层岩性主要以灰白色中粗粒黑云母花岗岩为主。

微风化花岗岩饱和单轴抗
压强度一般 100～130 MPa，微风化混合岩 100～160 MPa。

3.设备简述
（1）FDP-68非开挖导向钻机采用全液压驱动，履带双速行走；钻进角度可
在12°-70°范围内开孔，前后移动装置新颖独特；整机重心低，稳定性好；配备辅
助吊机；
设备基本参数：回拖力、给进力680KN，额定扭矩27KN.m，液压系统压力31.5mpa，电机功率160KW，主机23t，尺寸7500*2750*3400mm。

该钻机采用具有国际领先水平的控制技术、钻孔效率高、导向准确。

（2）MWD无线随钻测斜仪，井下仪器由电池筒、探管结构、计算机控制电
路和脉冲发生器/驱动器等结成，地面仪器具有接收器、显示器、储存器构成。

井下探管完成井斜、方位、工具面、磁场强度、重力场强度和温度等参数采集，经电子探管编码后，由泥浆脉冲器转换为泥浆压力脉冲波，地面压力传感器
接收泥浆压力脉冲波信号，通过地面接口设备，进行识别、解码、显示，实时监
视钻进。

该设备目前主要应用于石油煤矿勘探施工，鲜有应用于水利水电工程。

4.主要技术优点
4.1定向钻机设备优点
（1）钻孔效率与精度
图2：临时通风斜井出钻点示意图
（2）设备优越性、应用性及效益性
4.2 MWD无线随钻测斜优点
5.施工工艺及要点
5.1施工工艺
图3：定向钻孔及测斜工艺流程图
5.2纠偏工作原理
（1）井下测斜原理
MWD随钻测斜仪是将传感器测得的井下数据按照特定的方式进行编码，产生电脉冲信号，而控制脉冲器小控制阀上下运动，产生泥浆脉冲压力信号。

通过地面压力传感器测得数据，经专用数据处理仪分析，在显示器上呈现出面井斜、方位、工具面、磁倾角等数据。

图4：井下测斜原理图
（2）井上纠偏原理
1）MWD随钻测斜仪测量数据传递至地面显示器。

2）通过软件或人工计算狗腿角，确定调整角度、方位等数据。

3）旋转螺杆钻具至计算方位。

4）通过泥浆压力驱动前段单弯螺杆的钻头钻进。

5）重新获取测斜数据，继续调整至设计井斜。

图5：井上纠偏原理图
5.3纠偏过程控制技术要点
（1）钻具工作原理
螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下动力钻具。

泥浆泵泵出的泥浆液流经旁通阀进入马达，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。

图6：单弯螺杆钻杆图
（2）定向钻机钻具选择与施工程序
1）钻具选择
216mm牙轮钻头+ 172螺杆+411*410浮阀+212mm扶正器+165mm定位短节+411*4A10变扣+165mm无磁钻铤1根+ +165mm钻铤3根+127mm加重钻杆9柱+127mm
2）钻机程序
6.对比分析
表1 定向钻机与反井钻机对比分析
综上所述：定向钻井及测斜纠偏设备技术各方面比反井钻机较为先进，但目前施工成本较高
7.结束语（推广应用）
MWD随钻测斜技术目前已广泛应用于石油勘探，水电工程很少使用，阳蓄水电站临时通风斜井开挖成功应用，有效解决了传统反井钻机施工工期长、施工安全风险高、施工工序多、施工精度低等问题。

MWD随钻测斜施工方便、简单、安全、快速，有效的缩短工期，避免
了资源浪费，确保工程施工安全及保证施工进度有重要意义，而且对水电工程领域其他类似
施工有重要的参考价值。