水平定向钻进工艺及技术培训资料
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侧钻开第i个分支孔 Y
i≤n N
提钻至主孔
主孔施工
提钻终孔
确定工具面向角
工具面向角
主孔施工 钻孔测量
Y
前进式侧钻开分支孔工艺流程
方位、倾角是否偏 离
设计轨迹
N
钻进至设计孔深
起钻至第i个分支孔点
后退式侧钻开分支孔工艺流程
调整工具面向角
侧钻开第i个分支 孔 Y i≤n
N 提钻终孔
调整工具面向角 Y
i=i+1
抽放量和抽放范围
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
定向钻孔轨迹设计
空间坐标系的建立
Z(D)
O
C B
A
θA
N
αA
A’ B’ C’
X
E Y
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
深度
倾角
方位 角
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
50-240 4000-1050
160 210 0～1.5 1050 2000 10 液压
22 20 300 55 305 3270×1450×1735
8500（不含钻具） Φ73×3000 96
0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
测量系统
ZSZ1000型随钻测量装置
分支孔重入技术
通过调整工具 面向角的方法来重 新进入预定分支钻孔
3 水平定向钻进装备
VLD-1000
ZDY6000LD（A）
装
备
定向钻机 泥浆泵 定向钻杆 随钻测量系统 螺杆马达
组
成
定向钻机
ZYWL-6000D定向钻机（整体式）
外形尺寸 重量大小 功率大小 输出转矩
ZYWL-6000DS定向钻机（分体式）
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（Nearly Horizontal Directional Drilling, 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
意义
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
ZSZ1000测量系统软件界面
DGS系统与探管连接
定向钻杆
通缆钻杆外观图
中心电缆的密封结构
通缆钻杆结构图
电子水辫
无磁钻杆
电子水辫外观图
无磁钻杆
螺杆马达
螺杆 马达 部件 结构 示意 图
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
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
VLD-1000定向钻机在 国内累计销售100余台
地质条件 复杂
地层稳定
煤层松软
9台钻机最深钻 进470m
原因分析
完成1002m千米 钻孔一个
煤质较硬
对形式估 计不足
松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺
外国专家 指导
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
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°
钻孔轨迹形状的描述方法
方位角 工具面向角
倾角
单位 m mm mm mm
r/min N.m kN kN
m/min mm N.m MPa
m/min º mm kW L
mm
kg mm mm º º º
ZYWL-6000D >1000
96、133、153 96 73
50～200 6000～1400
160 160 0wk.baidu.com1.5 1500 2000 10 液压
上/下偏差图
左/右偏差图
二维投影图表示法一般包括垂直投影图和水平投影图
定
煤层顶底板标高
向
主孔设计
矿区等高线
钻
煤层厚度
孔
轨
迹
合理的顺序
设
分支孔设计
合适的深度
计
合适的造斜点
定向钻孔轨迹控制
工具面向角
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°
项目 最大钻进深度
开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出转矩
推进力 起拔力 正常进给速度 给进行程 制动转矩 最大供水压力
驱动型式
行走机构 泵站
行走速度 爬坡能力 履带板宽度 电动机功率 油箱有效容积
主机外形尺寸(长×宽×高)
整机重量
通缆钻杆
胎体式PDC钻头
ZSZ1000型随 钻测 量装 置
22 20 350 90 310 主履带车:3120×1450×1950 副履带车:3000×1450×1820 主履带车6050/副履带车4700 Φ73×3000 96 0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
ZYWL-4000D >600
96、133、153 96 73
对倾角的影响
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
对方位角的影响
i=i+1
设计钻孔
准备钻场
确定方位、倾角 设备安装、调试
设计钻孔
准备钻场
确定方位、倾角 设备安装、调试
确定工具面向角
主孔施工
钻孔测量
方位、倾角是否偏 离
设计轨迹 N
钻进至第i个分支孔点
调整工具面向角
22 20 350 90 300 3830×2100×1850
12500（不含钻具） Φ73×3000 96
0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
ZYWL-6000DS >1000
96、133、153 96 73
50～200 6000～1400
160 160 0～1.5 1000 2000 10 液压
ZYWL-4000D型定向钻机定向 钻进工艺及技术
钻探研究分院
目录
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
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
国内发展概况
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）
1
6
10
2
<100m 100~200m 200~400m >400m
i≤n N
提钻至主孔
主孔施工
提钻终孔
确定工具面向角
工具面向角
主孔施工 钻孔测量
Y
前进式侧钻开分支孔工艺流程
方位、倾角是否偏 离
设计轨迹
N
钻进至设计孔深
起钻至第i个分支孔点
后退式侧钻开分支孔工艺流程
调整工具面向角
侧钻开第i个分支 孔 Y i≤n
N 提钻终孔
调整工具面向角 Y
i=i+1
抽放量和抽放范围
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
定向钻孔轨迹设计
空间坐标系的建立
Z(D)
O
C B
A
θA
N
αA
A’ B’ C’
X
E Y
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
深度
倾角
方位 角
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
50-240 4000-1050
160 210 0～1.5 1050 2000 10 液压
22 20 300 55 305 3270×1450×1735
8500（不含钻具） Φ73×3000 96
0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
测量系统
ZSZ1000型随钻测量装置
分支孔重入技术
通过调整工具 面向角的方法来重 新进入预定分支钻孔
3 水平定向钻进装备
VLD-1000
ZDY6000LD（A）
装
备
定向钻机 泥浆泵 定向钻杆 随钻测量系统 螺杆马达
组
成
定向钻机
ZYWL-6000D定向钻机（整体式）
外形尺寸 重量大小 功率大小 输出转矩
ZYWL-6000DS定向钻机（分体式）
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（Nearly Horizontal Directional Drilling, 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
意义
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
ZSZ1000测量系统软件界面
DGS系统与探管连接
定向钻杆
通缆钻杆外观图
中心电缆的密封结构
通缆钻杆结构图
电子水辫
无磁钻杆
电子水辫外观图
无磁钻杆
螺杆马达
螺杆 马达 部件 结构 示意 图
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
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
VLD-1000定向钻机在 国内累计销售100余台
地质条件 复杂
地层稳定
煤层松软
9台钻机最深钻 进470m
原因分析
完成1002m千米 钻孔一个
煤质较硬
对形式估 计不足
松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺
外国专家 指导
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
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°
钻孔轨迹形状的描述方法
方位角 工具面向角
倾角
单位 m mm mm mm
r/min N.m kN kN
m/min mm N.m MPa
m/min º mm kW L
mm
kg mm mm º º º
ZYWL-6000D >1000
96、133、153 96 73
50～200 6000～1400
160 160 0wk.baidu.com1.5 1500 2000 10 液压
上/下偏差图
左/右偏差图
二维投影图表示法一般包括垂直投影图和水平投影图
定
煤层顶底板标高
向
主孔设计
矿区等高线
钻
煤层厚度
孔
轨
迹
合理的顺序
设
分支孔设计
合适的深度
计
合适的造斜点
定向钻孔轨迹控制
工具面向角
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°
项目 最大钻进深度
开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出转矩
推进力 起拔力 正常进给速度 给进行程 制动转矩 最大供水压力
驱动型式
行走机构 泵站
行走速度 爬坡能力 履带板宽度 电动机功率 油箱有效容积
主机外形尺寸(长×宽×高)
整机重量
通缆钻杆
胎体式PDC钻头
ZSZ1000型随 钻测 量装 置
22 20 350 90 310 主履带车:3120×1450×1950 副履带车:3000×1450×1820 主履带车6050/副履带车4700 Φ73×3000 96 0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
ZYWL-4000D >600
96、133、153 96 73
对倾角的影响
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
对方位角的影响
i=i+1
设计钻孔
准备钻场
确定方位、倾角 设备安装、调试
设计钻孔
准备钻场
确定方位、倾角 设备安装、调试
确定工具面向角
主孔施工
钻孔测量
方位、倾角是否偏 离
设计轨迹 N
钻进至第i个分支孔点
调整工具面向角
22 20 350 90 300 3830×2100×1850
12500（不含钻具） Φ73×3000 96
0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
ZYWL-6000DS >1000
96、133、153 96 73
50～200 6000～1400
160 160 0～1.5 1000 2000 10 液压
ZYWL-4000D型定向钻机定向 钻进工艺及技术
钻探研究分院
目录
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
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
国内发展概况
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）
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<100m 100~200m 200~400m >400m