第七章-定向钻进技术
煤矿专用定向钻机定向钻进技术与装备
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
13000钻机优势
岩石钻孔深度 定向钻孔直径 孔底马达转矩
钻杆直径 给进/起拔力
最大转矩 电机功率
≥500m
≥800m
提高钻孔效率，降低孔内事故
96mm
120mm
提高钻孔瓦斯抽放效率
450N.m
800N.m
提高了钻机岩石钻进效率
73mm 160kN 6000N.m
89mm 280kN 13000N.m
ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
2.定向钻机系列简介——钻机
（3）ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
项目
钻进深度 开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出扭矩 给进/起拔力 给进行程 正常给进速度 调斜角度 制动扭矩 爬坡能力 电机功率
外形尺寸
整机重量
单位
m mm mm mm r/min N.m kN mm m/min ° N.m ° kW
为降低钻机成本，对普通履带式钻机的进行定向化改进，设计了经济型 定向钻机，钻机结构尺寸进一步缩小，开孔角度调斜范围进一步扩大，性价 比大幅提高。可配备履带式泵车（进口）或底座式泥浆泵（国产）。
ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
履带式泵车（进口泵）
国产泥浆泵
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国外发展）
定向钻进技术应用于煤矿井下起步于20世纪六七十年代美、 德、英等西方发达国家，初期主要是移植在石油钻井中成功 应用的稳定组合钻具。
进入 20世纪90年代以后，螺杆钻具得到快速发展。美国 用螺杆钻具和定向钻进监测仪器钻成1432.56 m 的瓦斯抽采 孔。澳大利亚在煤质较硬的稳定煤层中采用螺杆钻具、导向 工具钻进时，孔深可达1000 m 以上，并进行多个分支孔施工； 在易发生坍塌、掉块等事故的复杂地层使用普通回转和螺杆 钻具相结合的钻进方法，孔深也达到400~700 m。
与传统的回转钻进不同，螺杆马达带动钻头旋转破碎岩 石时，整个钻杆柱和螺杆钻具的外壳（包括造斜件）不旋 转，所以造斜件弯曲的方向即是钻孔将要弯曲的方向。
常规钻进 ➢ 钻孔深度有限 ➢ 钻孔数量多 ➢ 劳动强度大 ➢ 施工周期长 ➢ 封孔质量差
定向钻进 ➢ 轨迹精确控制 ➢ 有效距离长 ➢ 多分支孔 ➢ 钻进效率高 ➢ 一孔多用 ➢ 集中抽采
1.定向钻进技术简介
术自 2008 年试验成功以来， 已在国内30 多个矿井进行推广应用，在硬煤层钻进中最大 主孔孔深 1212 m，最大分支孔孔深915 m，累计施工钻孔 进尺达数百万米。
从此之后，中煤科工集团重庆研究院、沈阳北方交通重 工集团先后进行研究并生产出同类产品。
煤矿井下定向钻进技术培训系列
1.煤矿井下随钻测量定向钻进技术
1. 定向钻进技术简介 2. 定向钻进技术与装备 3. 定向钻进技术的应用 4.研究与发展方向
1.定向钻进技术简介
（1）基本概念
近水平定向钻进（HDD）技术是指利用钻孔自然弯曲规律 或采用专用工具使近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，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或 由直变弯。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用随着矿井深度的增加和采矿量的增多，水文地质问题逐渐凸显出来。
在这种情况下，定向钻进技术成为了一种非常有用的工具，可用于矿井探放水孔的建设。
定向钻进技术是一种利用旋转工具及驱动力将钻头沿预定方向深入地层的技术。
在矿井探放水孔的建设过程中，使用定向钻进技术有很多好处。
由于鲁棒性强、钻进速度快、建孔质量高等原因，这种技术已经成为了很多地质工程项目的首选技术。
首先，对于矿井探放水孔的建设，定向钻进技术可以有效地实现精确打孔。
传统的建孔方式很难实现在较深的地层中进行准确的斜孔钻进，而定向钻进技术可以根据所需位置和角度，精确打出需要的孔洞。
其次，该技术能够节约时间和人力成本。
在传统的建孔方式中，为了钻在预定的位置，通常需要先进行几次试钻。
如果深度太深，还需要进行多次爆破。
而在定向钻进技术中，由于钻头的精确控制，一次即可完成位置的准确打孔，并且也不需要使用爆破。
因此，这种方法有效地减少了工期和人工成本。
另外，定向钻进技术能够确保建孔质量。
传统的建孔方式在钻头切削、碎石、孔壁支撑等方面存在一定的风险，这可能导致孔壁崩塌、孔壁质量不稳定等问题。
而定向钻进技术采用旋转工具和驱动力控制钻头，有效避免了这些问题。
此外，钻孔的地下情况也能被更好地掌控。
最后，定向钻进技术可以在矿井探放水孔中实现多孔位、同步建设。
在这种情况下，这种技术可以在一次钻进过程中同时打出多个孔位，有效减少建孔成本。
总的来说，定向钻进技术在矿井探放水孔建设中具备很多优势，是一种高效、经济、安全的建孔技术。
相信在未来，这种技术将会得到更广泛的应用。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用随着矿产资源开发的深入和矿业安全的重视，矿井探放水孔的质量和数量对于矿井的安全稳定起着至关重要的作用。
为了保证矿井在开采中的安全和持续性，必须要对矿井进行定向钻进技术的应用，以保证矿井的排水和供水能够正常进行。
本文将针对定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用进行探讨。
一、定向钻进技术的概念定向钻进技术是一种通过特定的设备和技术手段，实现井眼在水平和垂直方向上进行定向控制的一种技术。
通过定向钻进技术，可以在地下进行钻井施工，在特定的地质条件下，实现难以进行传统水平和垂直方向钻井的施工。
利用定向钻进技术，可以实现对地下矿井进行探放水孔的开挖，从而保证矿井的排水和供水能够得到有效的保障。
1. 提高钻井效率通过定向钻进技术，可以实现对矿井探放水孔的精确控制和开挖，避免了传统钻井施工中需要进行多次调整和修正的情况，提高了施工效率，节约了人力和物力成本。
2. 减少破坏在进行矿井探放水孔的施工中，由于地下水文地质条件复杂，采用传统的施工方式容易对地下水文地质环境造成破坏。
而利用定向钻进技术，可以在地下实现精确的控制，避免了对地下水文地质环境的破坏，保护了地下水资源和地质环境。
3. 扩大适用范围传统的钻井施工方式受到地质条件的限制，难以满足特殊地质条件下的钻井需求。
而定向钻进技术则可以在特殊地质条件下进行施工，扩大了对矿井探放水孔的适用范围，为矿井的排水和供水提供了更多的可能性。
4. 提高安全性定向钻进技术在施工中可以实现对井眼的精准控制，避免了传统施工方式中由于地下条件复杂而导致的安全隐患。
通过定向钻进技术，可以保证施工的安全性，减少了矿井在施工过程中的安全风险。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的应用已经取得了一定的成就，在矿业领域得到了广泛的应用。
在实际施工中，该矿采用了先进的定向钻进设备和技术，通过对地下水文地质条件的精确分析和控制，实现了对矿井探放水孔的开挖，确保了矿井在开采中的水资源供需平衡和矿井的安全稳定。
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
东翼胶带巷 东翼回风巷 东翼轨道巷
113槽回运风料顺道 113工作面一号联络巷 113工作面二号联络巷
实 例——陕西彬长亭南煤矿试验
113运输顺槽
2-1分支孔
1-2分支孔 1-3分支孔
113回风顺槽
2#主孔 1#主孔
1-1分支孔
1# 主孔终孔深度1046m，创造了当时我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记 录，并施工3个分支孔，1-1分支和1-3分支从回顺巷道中靶穿出； 2# 主孔深度822m，施 工1个分支孔，从运顺巷道中部中靶穿出。
随钻测量定向钻进设备组成
设备组成： 1.定向钻机 2.钻杆 3.钻头 4.泥浆泵 5.螺杆钻具 6.随钻测量系统
定向钻机
定向钻机： ZDY6000LD、ZDY6000LD(A)、ZDY4000LD
定向钻机
ZDY6000LD(A)钻机为整体式布局，由主机、电机泵 组、操纵装置、履带车体、稳固装置、电磁起动器、 泥浆泵八大部分组成，各部分之间用高压胶管和螺栓 连接。
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
本煤层定向孔 煤矿井下随钻测量定向钻进技术适用于普氏硬度系数大
于等于1（f≥1）的较完整煤层，但不能在煤层断层带或煤层 陷落柱区域内钻进。 a 单孔抽放 b 主孔与分支孔联合抽放（羽状分支孔）
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
梳状定向孔 煤层硬度系数较小，煤质松软，在煤层中难以成孔，采用
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
中煤科工集团西安研究院钻探所
定向钻进定义
• 石油钻井中定向钻进的定义：沿着预先设计的井 眼轴线钻达目的层的钻井方法。
• 地质勘探中定向钻进的定义：利用钻孔自然弯曲 规律或采用人工造斜工具，使钻孔按设计要求进 行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。
定向钻进原理与应用
深度和直径。
技术挑战与解决方案
加强钻屑处理和环保措施
采用环保型的钻屑处理技术，减少对环境的污染，同时加强施工现场的环保措 施。
合理选用和维护设备
根据实际需求选用合适的定向钻进设备，并定期进行维护和保养，确保设备的 正常运行和使用寿命。
06
定向钻进未来发展趋势
技术创新与进步
钻进工艺优化
通过改进钻头设计、优化钻进参数等手段，提高钻进效率，降低 成本。
地下管线施工
地下管线施工
定向钻进技术适用于地下管线施 工，如电力、通讯、燃气等管道
的铺设和维修。
非开挖施工
定向钻进技术可以实现非开挖施工， 避免对地面和建筑物的影响，降低 施工成本和风险。
管道修复
定向钻进技术可以对旧管道进行修 复和更换，提高管道的耐久性和安 全性。
城市非开挖施工
城市非开挖施工
定向钻进技术适用于城市非开挖施工，如地铁、 隧道、桥梁等工程的施工和维护。
定向钻进钻具是用于控制钻孔方向的工具，包括弯接头、无 磁钻杆、减震器等。
弯接头可以根据需要选择不同的弯曲角度，以控制钻孔的方 向。无磁钻杆则可以在磁场干扰较大的区域使用，避免磁力 干扰对定向精度的影响。减震器则可以减小钻孔过程中的震 动，提高钻孔精度。
定向钻进测量仪器
定向钻进测量仪器是用于监测和测量钻孔位置、方向和深度的设备，包括测斜仪、陀螺仪、 GPS定位系统等。
泥浆性能的稳定。
测量与纠偏
测量定位
纠偏措施
使用测量设备对钻孔的位置和角度进 行实时监测，确保钻孔的准确性。
在钻进过程中，如发现钻孔偏离预定 轨迹，采取相应措施进行纠偏，以确 保钻孔质量。
数据记录
记录钻孔的各项参数，如钻进深度、 角度、方位等，为后续分析提供数据 支持。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用摘要：定向钻进技术是一种沿着预先设计的轨迹钻井的技术，在水平钻井和斜向钻井中应用较为广泛。
定向钻进技术受轨迹精度、钻井长度、斜角大小以及岩层状况等因素影响钻进效果。
本文就来研究定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用。
关键词：定向钻进技术；矿井；探放水孔定向钻进技术具有钻进快、施工精度高等优点，是井下高产高效钻孔施工的主要技术手段。
随着钻进技术的发展，我国的钻井精度和钻井速度显著提升，在矿井中的应用范围也不断的扩大。
定向钻进技术在水平钻井和斜向钻井中有着较强的应用优势，以其钻井精度和钻井速度取得了矿井应用中的一致好评。
在煤矿开采中，凡新开采的矿区都要进行超前探测，对开采区域应用定向钻进技术做探水和防水工作，因此定向钻进技术就为矿井探放水提供了重要的技术保障，对于预防煤矿开采中的水害有着重要的意义。
1 定向钻进概述定向钻进是指在钻探中借助自然造斜的规律和人工造斜的方法，为钻探设定延伸的轨迹，从而达到钻井目标的方法，具有钻探质量高、花费小、防斜与纠斜率低的优势，因此可以在一定程度上提高钻探的准确性，减少任务工作量。
定向钻进技术主要应用于障碍物界外施工、山高陡坡移位开钻、海上平台开钻、陡峭倾斜矿体碳钻、复杂岩层碳钻等活动，矿井的探放水就是典型的定向钻进技术应用。
2 影响定向钻进的因素2.1 钻进长度定向钻进技术应用中，由于钢杆的强度有限，钢杆会随着钻井长度延长而出现弯曲或者损坏的现象，并且当钻井的长度越长，钢杆的柔性愈大，产生的推理就越小，从而导致钻井出现偏移现象。
2.2 倾角大小定向钻井技术还受钻井斜度的影响，当钻井倾角愈大，钻井所受的阻力越大，推理随之减小，导致钻杆发生向上的弯曲，从而发生钻井偏移的现象。
3 定向钻进的应用3.1 确定钻进技术参数定向钻进技术应用前应该确定钻机钻压、泵量、泵压、转速等参数。
定向钻进的过程中，当钻井孔深增加时，需要适当的增加水平钻进的压力。
《定向钻施工法》课件
06
定向钻施工法的案例分析
某市污水管道定向钻施工案例
总结词
复杂地质条件下的挑战
详细描述
某市在建设污水管道时，由于地质条件复杂，采用了定向钻施工法。该案例重点介绍了施工前的地质 勘测、钻孔设计、泥浆配制等关键环节，以及施工过程中遇到的问题和解决方案，如防止钻孔坍塌、 控制钻孔方向、处理复杂地层等。
量等。
回拖过程中应密切关注管道的 姿态和位置，及时调整回拖方 向和速度，以保持管道的直线 度和稳定性。
管道回拖完成后，应对回拖质 量进行检测和验收，如有问题 应及时处理。
05
定向钻施工法的安全措施
人员安全培训
总结词
提高员工安全意识
详细描述
定期组织员工参加定向钻施工法的安全培训，确保员工熟悉施工过程中的安全 风险和应对措施，提高员工的安全意识和操作技能。
根据施工方案，安装定向钻机和辅助设备，并 进行调试和检测。
导向孔钻进
按照预定的钻孔路径，使用定向钻机钻出导向孔 。
扩孔与清孔
使用扩孔器将导向孔扩大到适合管道铺设的直径， 同时使用泥浆泵和清孔器清除孔内残渣。
管道铺设
将管道一端拖入扩大的孔中，另一端与回拖装置 连接，通过回拖装置将管道回拖到孔中。
质量检测与验收
钻孔过程中应定期校准钻孔机的位置 和方向，以保持钻孔的正确路径。
导向孔钻进完成后，应进行孔深、孔 位、孔斜的测量和验收，确保符合设 计要求。
扩孔的质量控制
扩孔是定向钻施工的重要环节，其质量控制包括确保扩 孔后的孔径、孔深和直线度符合设计要求。
扩孔过程中应密切关注泥浆性能的变化，及时调整泥浆 配方，以保证扩孔的稳定性和安全性。
对铺设完成的管道进行质量检测和验收，确保施工质量 符合要求。
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
2007 年12 月在陕西彬长矿区大佛寺矿现场试验中主孔终 孔深811.8 m；2008年4 月在淄博矿业亭南矿钻进主孔2 个， 终孔直径94 mm，最大孔深超过1000 m。
1.定向钻进技术简介
（4）适用条件和应用范围
a) 煤层条件 煤矿井下定向钻进技术适用于普氏系 数f≥1 的较完整煤层，避免在煤层破碎带或煤层陷落柱 区域内布置定向钻孔。
b) 岩层条件 煤矿井下定向钻进技术适用于普氏系 数f≤6 的岩层，避免在裂隙发育带或炭质泥岩、铝质泥 岩等遇水膨胀性岩层内布置定向钻孔。
煤矿井下定向钻进技术培训系列
1.煤矿井下随钻测量定向钻进技术
1. 定向钻进技术简介 2. 定向钻进技术与装备 3. 定向钻进技术的应用 4.研究与发展方向
1.定向钻进技术简介
（1）基本概念
近水平定向钻进（HDD）技术是指利用钻孔自然弯曲规律 或采用专用工具使近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，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或 由直变弯。
2007 年 宁煤集团引进同型号的钻机，在白箕沟矿半煤半岩 地层也完成了孔深1023 m的钻孔，终孔直径94 mm。煤质较 硬是这些应用实例取得成功的主要原因，虽然有些钻孔达到 或超过1000 m，但断钻杆、掉钻具的问题仍较突出。
1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国内发展）
我国煤矿井下近水平定向钻进试验研究始于20 世纪90 年 代初。1993 年煤科总院西安院在大同矿务局四台矿施工勘探 地质异常体的近水平钻孔，采用以孔底稳定组合钻具为主， 局部孔段使用国产的螺杆钻具纠斜钻进的方法，使孔深达到 了302.5 m。由于受当时国内螺杆马达、测斜仪器等制造技术 落后的限制，西安院暂时放弃了用孔底螺杆马达实施定向钻 进的技术途径。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用随着矿产资源开发的不断深入，越来越多的矿井在挖掘过程中遇到了地下水的困扰。
为了有效地控制地下水的涌入，减轻对矿井的影响，矿业工程师们开始运用定向钻进技术进行矿井探放水孔的建设。
定向钻进技术是一种高效、精准的钻井方法，它可以在地下完成各种工程建设任务，包括矿井探放水孔的建设。
本文将探讨定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用，以及它对矿业开发的意义和影响。
定向钻进技术是一种通过控制钻头在地下的方向和倾角来实现精准钻井的方法。
它通过使用先进的定向钻井设备和技术手段，可以在地下进行水平、垂直、斜向等各种方向的钻井，准确地到达预定的目标位置。
在矿井探放水孔的建设中，定向钻进技术可以帮助工程师们在地下精确地定位目标地层，准确地控制孔眼位置和孔径大小，实现对地下水的有效探放。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用主要体现在以下几个方面：定向钻进技术可以帮助工程师们准确地选择矿井探放水孔的位置。
在矿井探放水孔的建设过程中，选择合适的孔眼位置是非常关键的。
通过定向钻进技术，工程师们可以在地下准确地定位水源地和目标地层，选择最合适的孔眼位置，实现对地下水的有效探放。
这不仅可以减轻地下水对矿井的影响，还可以为矿井后续的开采和施工提供保障。
定向钻进技术可以帮助工程师们实现矿井探放水孔的高效建设。
相比传统的钻井方法，定向钻进技术具有施工周期短、效率高的特点。
通过使用先进的定向钻进设备和技术手段，工程师们可以在地下迅速准确地完成矿井探放水孔的建设，大大缩短了工程周期，提高了工程效率。
这对于矿井的后续开采和施工具有非常重要的意义，可以为矿井的稳定运营和安全生产提供有力的支持。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用具有重要意义和影响，它可以帮助工程师们准确地选择孔眼位置，精确地控制孔径大小，高效地完成孔的建设，为矿井的安全运营和后续发展提供保障。
矿业工程师们应该深入研究和推广定向钻进技术，不断探索其在矿井探放水孔中的应用，为矿业的可持续发展做出更大的贡献。
第七章-定向钻进技术ppt课件
（a）障碍物界外施工 （b）山高坡陡移位开钻 （c）充分利用海上平台
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（二）由于地质条件要求而使用定向钻进
（d）勘探陡 倾斜矿体
（e）避免多次 穿过复杂岩层
（f）强造斜岩 层将斜就斜
（g）矿层与围岩 产状不一，必须 人工造斜
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(三)由于工程技术需要而使用定向钻探 1．补取岩矿芯； 2．绕过孔内事故孔段或地下坑道及老窿； 3．打多孔底孔，增加矿芯量，出水量，出油量，地下爆破
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工作原理：
在孔内放置钻具并定向后，施加 压力，转动件Ⅰ上部沿花键8下移， 压力通过上凸肩11传给弹簧10和 外壳9，因此滑快4顶向孔壁，再 继续加压时，楔体3连同钻头1向 滑快移动的反方向偏移，锁紧齿 12脱开锁紧圈，之后就可回转钻 具，此时轴向压力仍然传给外壳， 滑块4和滚柱5切人孔壁岩石内， 并防止外壳转动，使偏斜力保持
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结构：
Ⅰ部件包括可伸缩杆7， 带有花 键8和上下出凸肩11和2，后者坐 于滚动轴承上。杆7带有锁紧齿 12及复位弹簧10，最下部接钻头 1。
Ⅱ部件包括带有锁紧齿的外壳 9，内装若干轴承，其下部有45 °斜面的两个楔体6和3，二者间 通过T形槽与滑快4连接，其上安 置滚柱5。
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4.螺杆钻 优点：结构简单、易损件少、工作可靠、维修方便；
转速与流量成正比，扭矩与泵压成正比，可获得小 转速大扭矩；
长度短，可做成弯外管型，有利于定向钻进。
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YL-54螺杆钻: 旁通阀1，螺杆马达2，万向节3等组成。 旁通阀的工作原理：
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定向钻进技术及其应用1
定向钻进技术及其应用中国地质科学院勘探技术研究所 向军文一、 定向钻进定义定向钻进： 1、 利用钻孔自然弯曲规律； 2、 人工造斜工具使钻孔按设计要求钻进到预定目标的一种钻探方法。
二、定向钻进技术的应用范围 1、勘探孔纠偏 2、石油天然气领域1）、海洋钻井平台钻从式定向井 2）、因受地表陡山、滨海、森林、建筑物及农田等实施定向井3）、侧钻绕过事故井 4）、处理井喷或失火定向井5）、在油气层中钻定向长水平井提高开采量 3、其它应用领域• 地热井：钻多孔底定向井多次穿过含水层或沿含水层长水平定向钻进，提高出水量；• 开发地壳深部“干热岩”：实施两井定向连通后，一井注冷水，一井可产出高温蒸气发电； • 矿山工程中的铅直孔：精确定向； • 煤层气定向连通开采；1、井斜超范围2、井内有落物•煤炭地下气化定向施工；•硫的热溶开采和铀、铜的钻孔溶浸开采，以及铁、磷、石英砂矿等的钻孔水力开采；•环保领域等。
4、示范示例水平段分枝采矿工程救险孔可溶性矿产开采对接井工程煤层气及瓦斯排放孔三、定向钻进分类•施工方法:自然弯曲；人工弯曲•空间形态：直线型、平面弯曲型、空间弯曲型•孔底结构：单底、多底、一基多孔•按井身结构分类长半径：R>215m中半径：86m<R<215m短半径：R<12m四、实施定向钻进的基本方法•偏心楔造斜工具•无楔机械式连续造斜工具•液动螺杆钻•涡轮钻具1）、偏心楔造斜工具•偏心楔定向钻进时,一次下楔的最大全弯曲角受楔顶角限制;•偏斜孔段有急弯——“狗腿”；•难以实现同径造斜；•一次造斜钻进耗时多，造斜和钻进效率低；•且造好后的后续钻进困难大。
2）、无楔机械式连续造斜工具2.1无楔机械式连续造斜工具优点•可实现同径造斜;•造斜平稳,无大“狗腿”；•造斜强度在一定范围内可调；•造斜全弯曲角可达到较大值；•造斜效率高；•造斜钻进配套器具少。
2.2无楔机械式连续造斜工具工作原理•加压时，传压弹簧被压缩，主动轴下行，离合机构使主动轴与定子外壳分离（同时复位弹簧被压缩）。
煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用
煤矿井下定向钻进技术在矿井地质勘探中的应用摘要：煤矿开采是一项比较特殊的工作。
该作业的施工与工人的生命安全之间存在高度相关性。
如果运营中出现问题，不仅会在一定程度上影响煤矿企业的经济效益，还会威胁煤矿工人的安全。
因此，加强先进技术在煤矿开采中的应用，是保障采矿作业人员生命安全的基础，定向钻技术是一种较为先进的煤矿开采技术，可以为煤矿工人的安全提供保障，值得推广应用。
关键词：煤矿井下定向钻进技术；矿井地质勘探；应用1定向钻进技术概述定向钻进是一种新的采煤技术，在勘探和开采中得到了广泛的应用。
在我国煤矿勘探的发展中，定向钻井技术最重要的应用是防治煤矿瓦斯等有毒气体的开采。
同时，该技术的应用可以有效地保证矿山勘探的有序进行，创造相对安全的开采和施工环境，为矿山的发展提供有力的保障。
在该技术的具体应用中，通常是将工艺设备、测量工具及其井下作业工具相结合，通过动态、连续地调整钻头的运动轨迹，使钻头在规定的方向上达到预定的目标位置，从而有效地提高实际工作效率。
降低运营和建设成本，取得更理想的效果。
对后续的运行和施工具有参考和指导作用，大大提高了运行和施工的安全性。
与常规钻井技术相比，定向钻井技术在支洞施工中普遍具有以下优点：①随着钻井的发展，对勘探信息进行了计算和保存。
在地层结构中计算并创建相应的三维坐标，误差较小，然后使用定向分支技术计算该点的坐标。
通过建立多个三维坐标系，可以更有效地建立全局三维模型，从而以相对较小的误差探索区域的地质构造。
通过对几个地质钻孔与已完煤层实际断面的对比，探讨了相应地质钻孔的偏移规律，分析了相关影响因素。
通过与实践的比较，可以更准确地确定地质钻孔的偏移规律。
2定向钻进技术工作原理在矿山地质勘探过程中，定向钻进技术是应用最广泛的技术，直接决定着整个勘探工作的质量，关系到全体煤矿工人的生命财产安全。
技术人员只有掌握该技术的工作原理，才能体现其应用价值，为以后的工作打下基础。
现阶段，随着科学技术的显著进步，定向钻井技术水平有了很大提高。
第七章定向钻进技术
四、无楔体连续导斜器造斜
这种导斜器不用楔子的楔面导斜。它由两个主要部件组 成：造斜件I(转子)和导向件Ⅱ (定子)。
结构：
Ⅰ部件包括可伸缩杆7， 带有花 键8和上下出凸肩11和2，后者坐 于滚动轴承上。杆7带有锁紧齿 12及复位弹簧10，最下部接钻头 1。
Ⅱ部件包括带有锁紧齿的外壳 9，内装若干轴承，其下部有45 ° 斜面的两个楔体6和3，二者间通 过T形槽与滑快4连接，其上安置 滚柱5。
羽状孔：分枝孔方向相同；（图a,b) 扇状孔：分枝孔方向互成180°(图c,d)； 集束孔或丛式孔：分枝孔朝向四面八方(图e,f)。
多孔底定向钻孔结构形态实例
不论是单底孔，还是多底孔，其主孔和分枝孔最常用的孔身 剖面型式有： (1)曲线型；
(2)直线一曲线型；
(3)曲线一直线型；
(4)直线一曲线一直线型。 直线可以是垂直线也可以是斜直线，曲线可以是曲率半径单 一的圆弧，也可以是不同曲率半径圆弧织成的弧线。
装药量； 4．打控喷、灭火等救援并； 5．用定向孔开采地下固体矿产，或排出瓦斯； 6．敷设地下电缆或管道； 7．打有特殊要求的灌浆孔或冻结孔； 8．用定向孔查明要开凿竖井处的岩层等。
第二节 定向钻孔孔身剖面的设计
一、定向钻孔分类和孔身剖面型式
按施工技术方法不同，可分为：
1．初级定向钻孔 即采用常规钻具并利用地层和工艺造斜规律，通过移动孔位，
但：转速高；工作不稳定；冲洗液压力降大（5060atm)、钻头动力小；泥浆比重小于：1.7-1.8。
3、电钻
优点：不受泥浆性能影响，可用高粘度和加重泥浆、 空气钻井；控制灵活，容易实现自动化。
不足：结构复杂，制造麻烦，转速高，增加电气控 制设备。
4.螺杆钻 优点：结构简单、易损件少、工作可靠、维修方便； 转速与流量成正比，扭矩与泵压成正比，可获得小
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用随着矿山开采的不断深入，矿井探放水孔的作用逐渐凸显出来。
而在矿井探放水孔的施工中，定向钻进技术的运用更是给施工带来了极大的便利。
本文将重点介绍定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用，以及其带来的益处和发展前景。
定向钻进技术是一种高新技术，它通过操纵钻具在地下进行精确的钻井定位，从而实现在矿井探放水孔中进行定向探测和钻孔施工。
定向钻进技术具有钻孔偏斜角小、精度高、施工速度快、安全可靠等特点，因此在矿井探放水孔中得到了广泛的应用。
在传统矿井探放水孔施工中，需要先进行地质勘察，然后确定施工位置，最后使用爆破技术进行开孔。
而在定向钻进技术的应用下，可以根据实际需求精确地确定钻孔位置和深度，可以避开矿井中的障碍物，从而提高了施工的效率和质量。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用主要体现在以下几个方面：一、精确定位定向钻进技术可以根据需要在矿井中精确定位，实现精准定向探测和钻孔施工。
通过先进的测量仪器和技术手段，可以实时监测钻孔位置和深度，从而保证施工的精准性和精度。
二、增加开孔范围传统的矿井探放水孔施工受限于地质条件和开采工艺，往往只能开凿一些较为局限的孔洞。
而定向钻进技术可以有效地增加开孔范围，因为它可以在地下进行精确定位和探测，可以避开矿井中的障碍物，从而可以在更广阔的范围内进行施工。
三、提高施工效率定向钻进技术具有施工速度快、操作简便等特点，因此可以提高矿井探放水孔的施工效率。
相比传统的施工方法，定向钻进技术可以节省大量的时间和人力，可以更快地完成钻孔的开凿，从而为矿山的安全生产提供更为有效的保障。
四、保障施工安全定向钻进技术可以根据实际情况进行钻孔定位和控制，可以避开矿井中的危险区域，可以保障施工的安全。
定向钻进技术操作简便，可以有效降低施工人员的风险，为矿山的安全生产提供更为可靠的保障。
定向钻进技术在矿井探放水孔中的运用，是矿山安全生产的必然选择。
它不仅可以精确定位、增加开孔范围、提高施工效率和保障施工安全，而且还具有广阔的发展前景。
定向钻进原理与应用
定向钻进技术也用于电力、通信等电 缆的铺设，减少对现有设施和环境的 破坏。
地下水治理
地下水监测
定向钻进技术用于监测地下水水位、水质等参数，为地下水治理提供数据支持。
污染治理
定向钻进技术可用于对地下水污染源进行定位和封堵，控制污染扩散。
考古挖掘
遗址定位
定向钻进技术用于定位和发掘古代遗址，了解古代文明和历史。
定向钻进原理与应用
目 录
• 定向钻进原理概述 • 定向钻进设备与工具 • 定向钻进技术应用 • 定向钻进技术优势与挑战 • 定向钻进工程案例分析
01 定向钻进原理概述
定向钻进定义
定向钻进是一种利用钻孔设备在地层中按照预定方向进行钻 进的施工技术。通过控制钻孔的方向和深度，实现钻孔轨迹 的精确控制，以满足特定的工程需求。
02 定向钻进设备与工具
定向钻进钻机
01
02
03
钻机类型
根据不同的地质条件和应 用需求，定向钻进钻机可 分为轻型、中型和重型。
钻机结构
定向钻进钻机由钻杆、钻 头、泥浆泵、控制系统等 组成，其中钻杆和钻头是 主要的切削工具。
钻机特点
定向钻进钻机具有结构紧 凑、操作简单、适应性强 等特点，能够在复杂的地 质条件下进行高效钻进。
定向钻进泥浆系统的主要作用是 冷却钻头、携带岩屑、稳定孔壁
和润滑钻具等。
泥浆材料
定向钻进泥浆的原材料一般为水和 膨润土，根据不同的地质条件和钻 进需求，添加适量的泥浆添加剂。
泥浆循环
定向钻进泥浆循环系统由泥浆泵、 泥浆管、水槽等组成，通过循环将 泥浆输送到钻孔中，并将岩屑带出。
定向钻进测量仪器
测量仪器类型
定向钻进广泛应用于石油、天然气、水井、地热等领域，也 可用于穿跨越河流、湖泊、高速公路等复杂地形的管道铺设 。
定向钻进原理及应用
定向钻进原理及应用定向钻进（Directional drilling）是一种钻井技术，能够在地下探测物质资源、开采油气田、建设地下管道、铺设电缆以及进行环境调查和工程施工等领域中发挥重要作用。
本文将详细介绍定向钻进的原理和应用。
定向钻进的原理是通过改变钻井井斜度和方位角来控制钻井孔道的趋势。
传统的钻井井斜度和方位角控制方法是通过转动钻头在地面上控制下钻方向。
而近年来，随着技术的进步，人们通过向钻杆中加入导向工具，例如下面将要介绍的测量仪器和导向器，来实现钻井方向的精确控制。
测量仪器是定向钻进的关键工具之一，能够提供有用的测量数据，以确定井斜度和方位角。
这些测量仪器主要通过测定传感器所处的重力和地磁场的方向来确定井斜度和方位角。
传感器常常装在钻头上，而数据则通过导线或者无线信号传输到地面控制中心。
导向器则是安装在钻杆上，起到引导钻杆和钻头的作用。
导向器通常由弹簧和滚珠等机械元件构成，使钻头保持在预设的方向上。
定向钻进具有广泛的应用范围。
首先，在石油和天然气勘探中，定向钻进可以在一口井中钻出多个水平延伸的钻孔，从而增加储藏层的利用率。
此外，在城市建设中，定向钻进可以帮助建设者精确地铺设地下管道和电缆，以减少对地表环境的干扰。
在环境调查中，定向钻进可以钻取地下样本，进行地质勘探和地下水监测。
此外，定向钻进还可以用于建设地下隧道和石油输送管道等重大工程。
定向钻进的应用也带来了很多优点。
第一，它可以通过一口钻井钻出多个可开采的油层或储气层，从而提高油气田的产出。
第二，定向钻进可以减少表面钻井井口的数量，节约空间。
第三，它可以避免对周边环境的干扰，减少工程对地表生态的影响。
第四，通过定向钻进可以实现更长的水平延伸距离，提高可利用储层的比例。
最后，定向钻进还可以提供更高的钻井效率，缩短工期和降低成本。
然而，定向钻进也面临一些挑战和限制。
首先，定向钻进需要高精度的测量和导向设备，这增加了技术难度和成本。
其次，地下状况的复杂性对定向钻进的控制也提出了挑战，例如地层的不规则性和井斜度过大导致的钻头偏离等。
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孔段中取出式导斜器
其结构仅固定机构与前者略有不同。有燕尾 键的下按体为圆柱状，其底部有母扣与钻杆相接， 从而实现可在钻孔中任何位置不需架桥便能导斜 钻出新孔。
四、无楔体连续导斜器造斜
这种导斜器不用楔子的楔面导斜。它由两个主要部 件组成：造斜件I(转子)和导向件Ⅱ (定子)。
结构：
Ⅰ部件包括可伸缩杆7， 带有 花键8和上下出凸肩11和2，后者 坐于滚动轴承上。杆7带有锁紧齿 12及复位弹簧10，最下部接钻头1。 Ⅱ部件包括带有锁紧齿的外 壳9，内装若干轴承，其下部有45 °斜面的两个楔体6和3，二者间 通过T形槽与滑快4连接，其上安 置滚柱5。
第七章 定向钻进技术
内
容
一、定向钻进的特点和应用范围 二、定向钻孔孔身剖面的设计
三、定向钻进的技术手段
第一节、定向钻进的特点和应用范围
什么是定向钻进？
在钻探施工中，利用自然造斜规律，采 取人工造斜手段，或者两者并用，使钻孔按 照预定轨迹延伸，达到顶定目标的钻进方法， 称为定向钻进。
定向钻进有那些优点？ 节省钻探进尺；较好地保证钻探质量；减 少防斜和纠斜的额外耗费；避免孔斜超差或扎 内事故造成的工作量报废。 如果在一个基台上搞一基多孔或一孔多枝， 还可节省修筑道路、平整场地、赔偿青苗、折 卸、搬迁、安装设备等费用。
按孔身轨迹的不同，可分为： 1．平面弯曲定向钻孔 包括孔身轨迹在其一垂直平面内只有顶角弯曲而无方位变化(或 方位角变化很小)的钻孔；在某一倾斜平面内顶角和方位角都有 变化的钻孔，以及在水平平面内只有方位角弯曲而无倾角变化( 或顶角变化很小)的钻孔(坑道钻中用之)。 2．空间弯曲定向钻孔 包括孔身轨迹某段在某一曲面内既有顶角变化又有方位角变化 的钻孔，以及顶角不变，方位角发生变化的螺旋线状钻孔。
定向钻进的使用范围： (一)由于地面情况限制而使用定向钻进
（a）障碍物界外施工
（b）山高坡陡移位开钻
（c）充分利用海上平台
（二）由于地质条件要求而使用定向钻进
（d）勘探陡 倾斜矿体
（e）避免多次 穿过复杂岩层
（f）强造斜岩 层将斜就斜
（g）矿层与围岩 产状不一，必须 人工造斜
(三)由于工程技术需要而使用定向钻探 1．补取岩矿芯； 2．绕过孔内事故孔段或地下坑道及老窿； 3．打多孔底孔，增加矿芯量，出水量，出油量，地下爆破 装药量；
二、定向钻孔设计的内容
定向钻孔孔身剖面的设计，是指导施工的依据和定向钻进 能否成功的首要条件。设计之前必须充分掌握原始资料。这 些资料包括： (1)钻孔的目的和作用
(2)勘探地区的地质情况 (3)地表对孔位限制条件 (4)勘探地区已施工钻孔的测斜资料及钻孔弯曲规律 (5)拟采用的造斜工具的结构及造斜能力；勘探地区以往用过 的造斜手段及其效果 (6)见矿点或其它控制目标的垂直深度和水平距
内定向，用楔紧机构固定。当导斜出
的新孔完工后，可从孔内用钻杆或钩
子打捞出来。分孔底取出式与孔段中 取出式两种类型。 它随导斜钻具下人孔内，一个导 斜回次终了后，又随导斜钻具一起提
出钻孔。主要用于孔底纠斜，造斜或
配合施工定向钻孔。
孔底取出式偏心楔
导斜槽底部为弯月状，固定机构由 楔体座和下楔体组成，用燕尾键连接。 偏心楔下入孔底后，楔体座沿下楔体的 燕尾槽下移与孔壁挤紧从而固定。导出 的新斜孔能切去1／3—1／5老孔底。
三、偏心楔造斜
偏心楔(导斜器)是进行人工定向钻孔最主要 的工具。它按设计要求的方位在孔内固定后，就 可用导斜钻具沿偏心楔的导斜槽钻出新孔，从而
实现定向钻进，纠正钻孔弯曲，补取岩矿心，或
绕过事故钻具。
分类：开口式和闭口试，不带导向管和带导向管。
固定式和可取式；一次使用和多次使用。
主要参数： 楔顶角：不易过大，在3º 左右 导斜槽直径：比导斜钻头直径达1-3mm。 加工：圆钢铣制、钢材浇铸或套管切制。 定位：用卡瓦固紧、水泥或化学浆液固结、 或涨体固定等。
五、孔底动力机造斜钻具
1.概述： 孔底动力机+造斜件=孔底动力机造斜钻具 优点：钻杆不回转，减少磨损和折断、卡钻； 钻头回转切削岩石，充分利用功率； 可随钻测量，精确控制钻进方向； 孔身平滑，造斜时孔径不变。 孔底动力机：涡轮钻、螺杆钻、电钻
2.涡轮钻 泥浆直接驱动，无需电气系统,橡胶件少，适合地热 井。 但：转速高；工作不稳定；冲洗液压力降大（5060atm)、钻头动力小；泥浆比重小于：1.7-1.8。 3、电钻 优点：不受泥浆性能影响，可用高粘度和加重泥浆、 空气钻井；控制灵活，容易实现自动化。 不足：结构复杂，制造麻烦，转速高，增加电气控 制设备。
结
束
4.螺杆钻 优点：结构简单、易损件少、工作可靠、维修方便； 转速与流量成正比，扭矩与泵压成正比，可获得小 转速大扭矩； 长度短，可做成弯外管型，有利于定向钻进。
YL-54螺杆钻: 旁通阀1，螺杆马达2，万向节3等组成。 旁通阀的工作原理：
造斜钻头： （1）尽可能不取心； （2）底唇面凹型； （3）外侧刃：保径尅取 岩石； （4）中心小孔； （5）岩心容纳装置； （6）少的金刚石覆盖面 积。
4．打控喷、灭火等救援并；
5．用定向孔开采地下固体矿产，或排出瓦斯； 6．敷设地下电缆或管道；
7．打有特殊要求的灌浆孔或冻结孔；
8．用定向孔查明要开凿竖井处的岩层等。
第二节 定向钻孔孔身剖面的设计
一、定向钻孔分类和孔身剖面型式 按施工技术方法不同，可分为： 1．初级定向钻孔 即采用常规钻具并利用地层和工艺造斜规律，通过移动孔位， 改变开孔顶角，扭转开孔方位角等方法钻达目的层位的钻孔。 2．受控定向钻孔 即单纯采用人工造斜手段或综合利用人工造斜手段与地层造 斜规律，钻达目的层位的钻孔。
一半成为敞开段，便于导斜钻具能够顾 利通过，敞开段的下部便是导斜槽。整 个管体长约4．5—5．5米，敞开段长约 2．5—3米．导斜槽的长度和顶角与开口
式偏心楔相同。
固定式偏心楔
固定在孔内，导斜钻进后不 再取出的导斜装置称固定式偏心楔。 它分开口式与闭口式式两种。
取出式偏心楔
这种偏心楔用自动定向装置在孔
只能在孔内进行。
3、随钻定向（MWD-Measurement While Drilling) 把测斜定向仪器放在钻杆柱内，一边钻 进，一边连续测知钻杆方位、顶角和造斜 工具的面向，这些数据能在地面记录和反 应出来，从而能及时调整造斜工具的面向， 做到随时控制造斜方向。
二、钻具组合造斜 1、保直钻具（稳斜钻具）组合 工作原理与防斜用的满眼钻具相同。 利用扶正器稳斜。 2、增斜钻具组合 用于增斜钻孔，以增大钻孔顶角。 利用塔式钻具：大钻头和短粗径；或带万向节的增 斜钻具。 3、减斜钻具组合 原理：悬锤原理、偏重原理。 利用钟摆钻具和偏重钻铤
孔身剖面设计的内容：
1．确定定向钻孔的类型和孔身剖面型式 钻孔类型和孔身剖面型式决定于：钻孔的目的和作用；钻 孔地质条件及在此条件下地层造斜规律；施工的可能性和安 全性；按此孔身剖面钻进的经济合理性等。 2．确定定向钻孔把区范围和遇层角 在已知靶点(见矿点或其它控制目标)的基础上，施工部门应 根据造斜工具能力、技术水平、矿体产状、勘探网度和岩层 性质等情况，与地质技术部门商定靶区范围和遇层角。 3. 确定主孔和分支孔的施工方法 4. 确定分岔点和造斜点 • 确定定向钻孔曲线段的曲率半径 • 确定定向钻孔空间轨迹参数 • 进行经济效益预估
扇状孔：分枝孔方向互成180°(图c,d)； 集束孔或丛式孔：分枝孔朝向四面八方(图e,f)。
多孔底定向钻孔结构形态实例
不论是单底孔，还是多底孔，其主孔和分枝孔最常用的孔身剖面型式有： (1)曲线型；
(2)直线一曲线型；
(3)曲线一直线型；
(4)直线一曲线一直线型。
直线可以是垂直线也可以是斜直线，曲线可以是曲率半径单 一的圆弧，也可以是不同曲率半径圆弧织成的弧线。
第三节 定向钻进的技术手段 一、定向方法：
1、直接定向 按需要的角度使造斜工具面（即造斜工具对称面得空间 位置）向对于磁北或某一指定方向实行定向。 在地表或在孔内进行。 2、间接定向 在测知造斜点钻孔方位角和顶角的基础上，根据造斜 需要的方位和顶角，先计算出造斜工具面和钻孔倾斜面得 夹角（又称安装角或工具面向角），然后，使造斜按安装 角定位，从而实现其对磁北方向的定向。
工作原理：
在孔内放置钻具并定向后，施加 压力，转动件Ⅰ上部沿花键8下移， 压力通过上凸肩11传给弹簧10和 外壳9，因此滑快4顶向孔壁，再 继续加压时，楔体3连同钻头1向 滑快移动的反方向偏移，锁紧齿 12脱开锁紧圈，之后就可回转钻 具，此时轴向压力仍然传给外壳， 滑块4和滚柱5切人孔壁岩石内， 并防止外壳转动，使偏斜力保持 一定的方向．从而使钻孔定向弯 曲。
开口式偏心楔
如图所示。上部为敞开的凹形
导斜槽，下部为完整管体，底部有 岩心管螺纹，可连接固定装置或加 长管。导斜槽的顶角根据设计要求 而定，一船为3°—7°，其长度需
依管径与顶角计算确定。
闭口式偏心楔
用一根完整的管子加工而成，上下 两端均有螺纹，上与套管或定向装置连
接，下与加长管连接。管子中上部割去
按钻孔结构形态，又可分为： 1．单孔底定向钻孔 即只有主孔而无分枝孔的定向钻孔。 2．多孔底定向孔 即既有主孔又有分枝孔的定向钻孔。主孔只有一个，而分 枝孔可能是一个也可能是多个。 从主孔中分出来的枝孔，称为一级分枝孔。 从分枝孔中再分出来的枝孔，称为二级分枝孔。
羽状孔：分枝孔方向相同；（图a,b)