千米钻机施工钻孔轨迹图

煤矿千米定向钻进施工方案

煤矿千米定向钻进施工方案XXXXXXXXXXX有限公司2018年2月目录一、定向钻进技术简介 (1)二、煤矿井下定向钻孔轨迹设计 (1)（一）煤矿井下定向钻孔设计的一般原则 (1)（二）定向钻孔设计的主要内容 (2)三、煤矿井下定向钻孔轨迹控制 (2)（一）定向钻孔轨迹控制主要参数 (2)（二）定向钻孔轨迹控制注意事项 (2)四、煤矿井下定向钻进工艺 (3)（一）定向钻进工艺流程 (3)（二）探放水和构造探测施工工程设计 (3)（三）定向钻进工艺 (5)五、施工设备与人员配置 (9)（一）施工工程设备配备 (9)（二）施工工程人员配备 (10)六、孔内事故处理 (11)七、钻孔施工注意事项 (11)八、灾害应急措施及避灾线路 (12)煤矿千米定向钻进施工方案一、定向钻进技术简介定向钻进起源于石油钻井,随着钻探技术的不断深入,受控定向钻进技术从石油行业逐渐延伸到煤炭、地质等领域,发挥着重要的作用。

煤矿井下近水平定向钻进技术是钻探工程领域的一项新技术,通过对倾角和方位角的实时调节实现对钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在目的层中有效延伸，并可进行多分支钻孔施工，具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，现已成为国内外瓦斯高效抽采的主要技术途径，并应用于地质构造探测和探放水等领域。

二、煤矿井下定向钻孔轨迹设计煤矿井下定向钻孔是通过对倾角和方位角的实时调节实现对钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在目的层中有效延伸。

（一）煤矿井下定向钻孔设计的一般原则1、充分掌握原始资料内容包括施工目的、技术要求等。

根据施工要求应尽量获取最全面的地质资料并及时更新主要信息，详细了解施工区域的地质情况和井下情况，便于合理设计施工方案，保障施工安全。

地质资料主要包括3项内容：地质报告（地质说明书）、采掘平面图、钻孔柱状图钻孔施工资料包括：瓦斯治理报告、瓦斯抽采数据、水文报告等2、可行性分析从技术、经济、效用等角度分析包括：煤层坚固性系数f、顶底板岩性、钻孔类型、钻孔长度（经济长度、能力长度）、供水供电情况、人员配置情况、工期要求（超前探工期紧张）3、尽量利用自然造斜规律4、考虑施工方便和安全钻进5、注重经济效益（二）定向钻孔设计的主要内容1、选择孔身剖面2、确定定向钻孔目标层位、靶区、靶点3、确定主孔和分支孔的施工方案，预留好分支点4、确定定向孔孔深轨迹参数参数包括：磁偏角、各孔段长度，起始点和终点的倾角、方位角，各孔段起点和终点的上下、左右位移，到达目标层位的倾角、方位角、上下和左右位移。

千米钻工作原理及工程概况

近水平千米钻工作原理及钻孔工程概况为了贯彻落实集团公司的安全生产会议精神，坚持做到先抽后采，有疑必探的科学管理方法，重点落实安全生产比天还大，瓦斯治理重中之重的管理理念，为了有效地探索石炭系特厚煤层综放工作面瓦斯治理的有效途径，为集团公司开采石炭系走出一条高效，经济，合理的瓦斯治理之路。

经xx矿研究采用xxxx近水平千米钻机对该矿xx 层x盘区xxx面进行瓦斯抽放钻孔施工。

一xxxxxx近水平钻工作原理如下：1、开孔（动力头带动钻杆钻进）1）、开孔：该钻用直径为153毫米的钻头开孔至6米处停止钻进，反复冲洗钻孔.保证孔内清洁无煤渣后退出钻杆，准备封孔。

2）、封孔：将长5米，宽500毫米的白棉布单层固定于岩芯管上，孔口侧向向里1.5米固定，将发泡聚氨酯的两种液体按照1:1倒入容器中，且搅拌均匀，迅速将搅拌好的液体倒入白棉布上，边倒液体边将岩芯管插入到钻孔规定的位置上，岩芯管外露200到300毫米，孔口采用水泥砂浆固定岩芯管。

2、定向钻进（孔底动力钻进）将直径为153毫米的钻头换下，装上直径为96毫米的钻头，孔底马达，孔底测斜导向系统，依靠静压水驱动孔底马达旋转带动96毫米钻头转动完成孔底动力钻进（钻杆不转，钻头转）。

3、测量由孔底测斜导向系统根据磁场重力场将孔内钻头所在的倾角，方位角通过无磁通缆钻杆传给钻机的随机电脑并显示出来。

4、纠偏由于钻头和孔底马达之间有1.5度的夹角，所以钻进每6米进行一次测量，将钻孔的垂直和水平投影画在设计图上，并与设计轨迹比较，看是否与轨迹一致，并通过调整工具面角进行纠偏。

5、分支根据轨迹设计要求，如需分支，必须先根据测量系统的实测轨迹造斜，造斜完成后，再按轨迹施工。

6、排渣静压水经钻杆，无磁钻铤，孔底马达，钻头将钻头削下的煤通过孔壁流入汽水分离器中再进入沉淀池中沉淀。

二、xxxx工作面预计在xxxx巷施工钻孔，每个钻孔的位置长度规格与要求以通风区《xxxx工作面抽放采空区裂隙带瓦斯钻孔设计图》为准。

煤矿安全高效开采地质保障系统

• 四、采用频次高、精度高的一周地质预测预报技术指导安全高效开采。
一、实施地面补充钻探、三维地震勘探工程控制煤层赋存情况及地质构造。
• 采区、工作面设计布置前通过钻探补充勘探工程提高了勘探控制程度，采区高级储量达到了100%，通过三维地震勘探查明了采区内落差≥5m的断层及直径≥25m陷落柱，查明了3#煤层的底板起伏形态和波幅大于或等于10m的褶曲。
• 至此，东四采区勘探储量级别全部达到了高级储量，钻孔点距及线距分别达到了 600m，煤层连续性、稳定性等赋存情况得到了高级控制，为采掘设计和部署提供了第一手可靠资料。
（2）、地面三维地震勘探
• 随着三维地震勘探技术在全国煤田领域的逐步推广，为进一步查明采区内落差形态和波幅大于或等于10m的褶曲，于2003—2004年由山西煤田综合普查队和山西第六工程勘察院对东四采区进行了三维地震勘探，勘探面积共12.3Km2，形成了三维地质勘探报告及相关煤层底板等高线图（图1）。
• （2）综合确定异常区域：根据单孔异常位置，结合煤层底板等高线图、临近巷道揭露情况和地勘资料，综合分析，从而对地质异常区给予确定和预测。
图5 综合分析异常区示意图
三、利用无线电波透视（坑透）等井下物探技术查明回采工作面的构造及异常。
• 回采前通过坑透结合井下钻探（千米定向钻孔、MK抽放钻孔）进一步查明了作面内断层及其分布范围，精确控制陷落柱的长、短轴，查明冲刷带、厚夹矸的发育情况等。
• 1.2 顶、底板岩性空间分布及其稳定性
• 煤层顶、底板岩层稳定是确保安全、高效生产的基本条件。
• 1.3 构造
• 构造对煤厚变化（尤其是侧向变化）、瓦斯和矿井水的突出有重大影响。
• 1.4 矿井水文地质及瓦斯地质

千米钻机氮气复合钻进工艺在碎软煤层的试验

千米钻机氮气复合钻进工艺在碎软煤层的试验狄朋毅;熊祖强;芦海广【摘要】长平矿3#煤层松软破碎,采用千米钻机水排渣的施工工艺施工本煤层顺层钻孔时塌孔严重,无法实现深孔钻进.为此,研发了一种氮气排渣复合钻进的新型打钻工艺,并进行了现场试验,试验以氮气排渣复合钻进为主,滑动钻进为辅.结果表明,钻孔最大孔深达到231 m,但该钻孔施工效率低,护孔困难,抽采量偏低,影响了该钻进工艺的推广使用,需进一步完善施工工艺及装备,以提高抽采效率.【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2019(043)005【总页数】4页(P28-31)【关键词】松软煤层;压缩氮气;千米钻机;松软煤层;定向钻进【作者】狄朋毅;熊祖强;芦海广【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000;山西长平煤业有限责任公司,山西晋城 048400;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;山西长平煤业有限责任公司,山西晋城 048400【正文语种】中文【中图分类】TD712+.63千米钻机定向钻进是国内瓦斯抽采钻孔深孔钻进的前沿技术。

近年来，千米钻机在煤矿瓦斯抽采工程中发挥了重要作用，特别是在晋城矿区寺河矿、大宁矿、成庄矿，千米钻孔抽采已成为矿井瓦斯治理的主要手段[1-2]. 上述矿井煤质普遍较硬(煤的坚固性系数在1.0以上)，千米钻机采用常规清水作为钻进动力和排渣介质，不仅煤段钻孔施工效率高(日进尺可达到200 m以上)，而且采用定向钻进，施工精确度高，成孔质量好，其中，寺河矿千米钻孔最大孔深达到1 200 m，平均孔深达到500 m以上。

对一些煤层松软破碎的矿井，千米钻机施工本煤层顺层钻孔时塌孔、卡钻十分严重，施工效率较低，而且深孔钻进困难，无法实现区段抽采和推广应用，主要原因有：1) 松软煤层自身力学性质差，受钻头钻进扰动影响，孔壁煤体易破碎堵孔或卡钻。

2) 从钻头喷出的水流对孔壁煤体产生一定的侵蚀和冲刷作用，进一步降低煤粒之间的摩擦系数，破坏煤体内的原有结构，降低煤体强度，从而发生塌孔[3]. 为了解决松软煤层千米钻孔的成孔问题，晋煤集团长平矿和赵庄矿试验了梳状钻孔，将千米钻机布置在底板岩巷，钻孔的主孔布置在岩段，从岩段开分支施工本煤层顺层钻孔，提高钻孔的返渣效果，但梳状钻孔未从根本上解决碎软煤层成孔问题，煤段塌孔、卡钻等问题未得到有效解决。

千米钻机培训课件(高质量动态模板)

钻孔设计和钻进注意事项
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目录
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01 施工钻孔的目的 03 设计与施工的关系 05 孔内事故的处理
02 设计参数的确定
04 孔内事故的分类
06
总结
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1 第
部分
施工钻孔的目的
01 施工钻孔的目的
设计前，要明确钻孔施工的目的：
➢ 抽采煤层瓦斯： a、掩护掘进巷道（本煤层、穿层）； b、覆盖采煤工作面（本煤层、穿层、采空区）。
巷道。
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01 施工钻孔的目的
本煤层定向钻孔实例
设计和实钻成孔图： • 1、排除覆盖区域存有大型构造
的可能； • 2、探明构造、异常区域及范围。 • 3、应用已知数据，可精准修正
等高线精度。 • 4、抽放瓦斯、降低突出危险性。
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01 施工钻孔的目的
穿层钻孔应用实例
在综合采用非定向钻孔施工、采空区埋管抽采等常规方式，未有效解决采煤工作面瓦斯管理难题时，采用随钻测量定向钻进技术与高功率钻机装备施工大孔径顶板高位定向长钻孔解决上隅角瓦斯超限问题，就显得十分必要。
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2 第
部分
设计参数的确定
02 设计参数的确定
长度
01 钻机和钻具性能
打捞能力和风险
经济性和合理性
倾斜角
☆优先上行孔不易沉淀、主动排渣
受分支孔的影响小
02
曲率
03 建议每3米<1°
平均曲率应更小
设计参数
分支
04 个数、间距、位置充分考虑分支之间的相互影响
打捞风险
05 捞具的承受能力(<定向钻杆）（弯曲、扭矩）
➢ 其它：泥浆护孔、化学浆洗孔、异形捞具打捞等。
★

[学习]千米钻机

深孔定向千米钻机国内外抽放经验证明：由于预抽排放煤体瓦斯，使煤体发生了收缩变形，当煤体原占据的空间体积不变时，煤体收缩一方面引起了原有的裂隙加大，另一方面也可产生新的裂隙，最终使煤层的透气性增大。

因此，长时间的预抽可以取得更好的效果。

通过对VLD-1000型深孔定向千米钻机水平长钻孔抽放效果的数字模拟及综合监测分析，确定大宁矿井瓦斯预抽钻孔的布置如图1所示。

图1采空区高位穿层钻孔：引进国外先进的采空区瓦斯治理经验，结合千米钻机的钻进特点，在工作面的回风巷侧采用定向钻进技术在3号煤层的顶部岩层内向工作面后方打顶板走向长钻孔至采空区上部的裂隙带，实施长壁面的采空区瓦斯抽放。

钻孔布置如图2所示。

图2从保证采掘工作面的安全需要，结合矿井采掘计划安排，确定长壁综采面的抽放时间为2年；连采机巷道掘进抽放时间1年以上。

采掘工作面预抽的孔口负压为20~40kPa，采空区顶板抽放的孔口负压为5kPa。

钻孔开、扩孔直径φ150mm，采用φ108mmPVC管封孔，封孔材料为聚铵脂，封孔长度6m；钻杆直径φ69.9mm，采用复合片钻头钻进，终孔直径φ96mm。

在抽放过程中对钻孔的抽放负压、甲烷浓度、抽放量等参数进行监测，并根据监测结果对钻孔抽放状态进行调整，以达到最佳抽放状态。

抽放管路的敷设井下抽放主管选用螺旋焊接钢管，管径为DN820mm×12mm，沿巷道底板敷设，连接方式为法兰连接；支管管径为D355mm×16mm和D225mm×10mm UPVC管接至钻场，采用吊挂敷设，连接方式为法兰连接。

抽放钻孔施工工艺(一)深孔定向钻进机理深孔定向钻进技术在诸如美国、澳大利亚等主要产煤国家里，已作为一项很成熟的钻进技术广泛应用于煤矿瓦斯抽放、地质探测等领域，该技术的关键部位在于孔内马达驱动装置和配套的测量技术（图3）。

图3 孔内马达驱动装置高压水通过钻杆输送至孔内马达，孔内马达内部的转子在高压水的冲击作用下转动，通过前端轴承带动钻头旋转，达到破煤的目的，在钻进过程中，钻杆本身不转，只作钻头的旋转运动，从而有效地降低了钻机的负载。

千米钻机措施演示教学

千米钻机措施第一节钻孔设计一、项目概况目前，瓦斯问题仍是制约崔木煤矿高效、安全发展的主要因素之一，井下常规钻机能力小，施工钻孔长度短、定向效果差，常规钻孔只有在巷道形成后方能进行施工，预抽期较短，由此造成矿井瓦斯抽采不能满足矿井接续安全生产的需要。

为此，崔木煤矿引进中煤科工集团西安研究院研制生产ZDY6000LD型千米定向钻机及配套装备，用于井下定向长钻孔及分支钻孔施工，可同时起到抽采瓦斯及探测地层的双重目标。

崔木煤矿初步定301回风顺槽（原设计高抽巷位置处）设抽放钻场，对301工作面进行井下定向瓦斯抽放钻孔施工，以实现工作面超前本煤层瓦斯预抽，增大瓦斯抽采量，从源头上治理瓦斯，此外，还可以减少301作面顺槽掘进中瓦斯的涌出，确保安全生产。

二、施工区域概况1．施工区域位置范围210301工作面，向北掘进，掘进长度1420米，东面紧邻爆破材料库，西面紧邻210302工作面，工作面长度为200米，斜穿过汤家向斜，切眼北紧邻DF5断层。

2．煤层赋存本区含煤地层为3#煤层，属不稳定煤层。

属侏罗系中统延安组，主采煤层为3＃煤层。

煤层为黑色，沥青光泽，半暗～半亮型，带状、均一状、线理状结构，层状构造，内生裂隙发育，根据钻孔资料，301工作面煤层平均厚度14.09m，煤层倾角3°～6°，局部煤质较差。

3．煤层顶底板情况3#煤伪顶厚度薄，稳定性差，0-1.6m，平均厚0.508m。

随着煤层开采而冒落，属不稳定岩体。

直接顶砂泥岩呈互层状产出，属稳定性较差的岩体，平均厚度5m左右。

老顶砂岩一般为中等稳定岩体，平均厚度15m左右。

煤层底板为炭质泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩及粉砂岩，属于稳定性较差岩体。

4．施工区域瓦斯情况根据前期施工瓦斯钻孔浓度测试，预计煤层瓦斯含量在5m3/min 以上。

三、配套装备与工艺技术1．施工装备此次施工所用的配套装备主要包括：（1）ZDY6000LD型履带式全液压坑道定向钻机；（2）Φ73mm高强度中心通缆钻杆和Φ73mm铍铜无磁钻杆；（3）Φ73mm进口螺杆马达，带有1.25°结构弯角；（4）Φ96mm平底烧结胎体式PDC钻头和Φ153mm扩孔钻头；（5）3NB-300型泥浆泵；（6）YHD1-1000T型随钻测量系统。

千米钻机资料

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Drill Guidance System Introduction
钻进导向系统介绍
•The DGS is based on a modular approach in both hardware and software. •钻进导向系统在硬件与软件上都以标准组件为基础．
•The DGS is the platform for future developments, such as Logging Whilst Drilling (LWD) and Borehole planning. •钻进导向系统有为未来的发展方向的平台,如打钻连续记录及与钻孔设计.
DDM MECCA
DGS
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Uphole Monitor Data Transfer 孔外测量数据传送 Versus 与
Uphole Computer Data Transfer孔外电脑数据传送对比
a
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Uphole Computer Overview孔外电脑概述
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DGS Main Screen Overview钻进导向系统主屏概述
Data.
目前测量射击资料
Previous Survey Shot
Data.
先前的测量射击资料
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DGS Above Ground Testing and Calibration
钻进导向系统地面测试和校准
USB ConnectionUSB
连接
PROD0233 – DGS COMMS INTERFACE
•最大的钻杆连接长度限制到10.000米（见Aus Ex 3870X）
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DGS Specifications钻进导向系统说明书

千米钻机施工工艺及安全注意事项

千米钻机施工工艺及安全注意事项一、施工方法：1、施钻前的准备：1)、钻场内提前接入直径DN280瓦斯管路，与顺槽巷道瓦斯抽采主系统连接。

钻孔下方必须接一趟PE280管用于专门放水，施钻前，抽放主管（DN280）及支管路(PE280)必须安装放水装置，要求放水管直径不小于4寸、负压平衡管不小于2寸，放水器容量不小于1m3。

2)、施钻前，打钻地点至少预留2趟4寸蛇形管作为应急管路，应急管路接入千米钻机“八口放水装置”。

平时施钻时严禁将应急管路占用。

3)、施钻前，应当将铁丝、黄油、白布、封孔材料及相应工具备用到现场，备用地点离钻机不得超过5米，有异常情况时能及时使用。

4)、钻孔施工前钻工必须依次检查钻孔孔口、气水分离器、钻场管路所有阀门，确认开启至最大，抽采负压不得小于13Kpa，控制阀门改为闸阀，保证煤泥不堵塞系统,。

5)、施钻前，施工单位针对地质构造、断层等瓦斯赋存区制定防范性措施，施钻人员必须熟悉自己打钻区域煤层条件，针对不同煤层条件认真学习规程措施，做到提前预防。

6)、施钻前，施钻人员必须熟悉现场作业环境，了解作业巷道是否悬挂有掘进队组进、回风探头，并掌握探头吊挂位置以及断电值，提前采取防范瓦斯超限措施。

施钻前查看探头读数，如果高于正常值0.2%应检查原因并处理，处理后方可开钻。

7)、如千米钻机施工地点原始含量大，必要时增加一趟单独的供风风筒。

8）、施钻前，施钻人员必须检查钻场周围的煤壁、管路、钻孔。

在煤壁无裸露钻孔，无有瓦斯涌出的裂隙，所有钻孔负压正常，管路无堵塞，无漏气现象，钻孔孔口装置吊挂合格后方可开钻。

2、移机定位根据业务科室安排和钻孔设计的要求将钻机搬移至开孔位置，按照规定方位角和倾角固定钻机，钻机前方距离开孔点煤壁的距离不小于1.5米但不宜大于3米，开孔高度1.5米，当条件不具备无法按照设计参数开孔时，需经过钻孔设计人员的认可重新修订设计参数。

钻机履带必须撑实，直接接地或者与板梁接实，地锚连接及压柱支撑必须符合标准。

千米定向钻孔技术研究与应用

TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化94 科学与信息化2019年11月中千米定向钻孔技术研究与应用赵强山西东庄煤业有限公司山西长治 046300摘要瓦斯治理是高瓦斯安全开采的前提，钻孔抽采瓦斯是防治煤矿瓦斯灾害的根本措施。

千米定向钻进技术能实现长钻定向钻进的精确控制，可提高钻孔瓦斯抽采效率，有效解决高瓦斯危害，减少环境污染，实际应用中存在诸多问题，总结了千米定向钻进技术的应用现状，指出千米定向钻进技术必须在适用性与抽采参数匹配的合理性，使用安全，经济效益等方面加强研究，才能充分发挥其技术优势。

关键词定向钻进；瓦斯抽采；千米钻孔瓦斯灾害严重影响我国煤炭产量，根据抽采达标，管理到位的瓦斯综合治理技术体系，治理矿井瓦斯灾害关键是抽采瓦斯。

利用千米定向钻机在瓦斯防治的领域研究不断深入，千米定向钻进技术能实现长钻孔定向钻进，保证钻孔轨迹在煤层中有效延伸，在国内不少地区得到推广应用。

我国煤层埋藏地质条件复杂，目前利用千米定向钻机进行顺煤层钻孔施工试验的大型煤炭集团，大部分长距离试验经常收到瓦斯喷孔，堵孔等问题的制约，导致无法发挥长钻孔预抽瓦斯措施有效作用。

1 定向钻进受控机理定向钻进是利用设计要求延伸钻进目标的钻探方法。

与常规钻孔的区别是钻孔设计有特殊的轨迹，目前国内常用的定向钻机分为VLD1000系列与ZDY-6000LD ，必须研究利用地层自然弯曲规律控制钻孔轨迹[1]。

力学条件是实现定向钻进的必要条件，钻孔弯曲定向钻进必须满足力学条件，钻头与孔底接触时，孔底平面轴向破碎速度不同，使钻头中心线偏离钻孔轴线。

中心线偏离孔轴线一定角度，钻压偏离角度施加给钻头，钻头破碎孔底与孔壁。

孔底钻具组合与孔壁存在空隙，是使中心线偏离原钻孔轴线的前提。

钻头作用的方向固定，钻头歪倒方向固定。

带有弯头的螺杆马达是弯曲条件的集合，携带钻头的工具面向角是定向轨迹控制的关键。

工具面是螺杆马达弯头纵向旋转一周的圆面，工具面向角值与测量值对应，如右侧测量值为132m ，设方位角为95.5°，在150m 设计方位角为90°，必须将工具面角值调整到第四象限才能保证钻头轨迹方向。

井下水平长钻孔定向钻进装备及工艺技术

路漫漫其悠远
•2024/2/2
五推广应用情况
● 陕西彬长大佛寺煤矿，最深孔810m。 ● 陕西长武亭南煤矿一期，最深孔1046m。 ● 陕西长武亭南煤矿二期，最深孔830m。 ● 神华宁煤汝箕沟煤矿，最深孔961m。 ● 金能公司二矿，最深孔600m。 ● 晋城煤业集团成庄矿，最深孔600m。 ● 阳泉煤业集团石港煤矿，最深孔510m。
路漫漫其悠远
杜儿坪煤矿定向钻进实钻轨迹
•2024/2/2
5.5 山西阳煤集团新景煤矿
煤层相对松软，瓦斯喷孔严重，钻孔成孔困难
煤层f系数0.5左右，施工总进尺1202m，其中主孔孔深405m 新景煤矿定向钻进实钻轨迹图
路漫漫其悠远
•2024/2/2
5.5 山西晋煤集团寺河煤矿
路漫漫其悠远
主孔实钻深度1059m，探顶分支7次，探底分支3次，总进尺1656m
外形尺寸（长×宽×高）/mm
3500×2200×1900
钻机质量
/kg
10000
适合钻进方式
常规回转钻进、孔底螺杆马达钻进
150 900 90
4000×2000 (2340) ×1600
8500 孔底螺杆马达钻进
主要液压件（泵、阀）
派克力士乐
派克力士乐
钻机特点
负载敏感液压控制、三泵系统，一负载敏感液压控制、三泵
井下水平长钻孔定向钻进装备及工艺技术
路漫漫其悠远 2024/2/2
目录
一、设备研发背景二、履带定向钻进钻机三、随钻测量定向钻进系统四、定向钻进工艺研究五、现场应用六、与国外定向装备主要技术性能对比
路漫漫其悠远
•2024/2/2
一、设备研发背景

千米深钻孔快速成图法

千米深钻孔快速成图法摘要：传统的地面钻孔施工绘制钻孔柱状图多为手工绘制，效率低下，缺乏规范，为此，我们采用VB语言编制钻孔预想柱状图自动成图软件，实践证明，该软件成图质量高，效率高，值得推广使用。

关键词：深钻孔；绘图；VB软件在各类地面勘探钻孔的施工中，钻孔预想柱状图（又称钻井技术指示书、钻孔设计书）是指导钻探生产的重要图件，所有钻孔在施工前均需根据已知地质资料进行绘制。

长期以来只能由地质技术人员使用Excel办公软件纯手工绘制。

缺点主要有：效率极其低下，手工绘制，极易出错，需要专人审查修改，费时耗力，绘图格式不规范，图件缺乏统一的比例和绘图标准，具有很大的随意性。

1解决路径为解决钻孔预想柱状图人工绘制过程中的种种弊端，我们采用Visual Basic 6.0高级编程语言，通过对AutoCAD计算机辅助绘图软件进行二次开发，编制了《钻孔预想柱状图自动成图软件》。

软件充分借用了编程与绘图软件各自的优点，用户使用时只需要根据钻孔情况编制参数文件，然后运行程序即可自动生成钻井预想柱状图。

使用这种新方法绘图，千米深钻孔的纯绘图时间约1分钟。

这样的成图效率是人工绘图的成百上千倍，是任何人力所达不到的。

且成图质量高、绘图格式标准、填图内容丰富，可完全代替人工绘图。

2 软件开发2.1开发工具开发工具为Visual Basic 6.0高级编程语言和AutoCAD计算机辅助绘图软件。

由于AutoCAD目前已得到广泛应用，几乎成为广大工程技术人员电脑的标配。

利用VB 6.0对AutoCAD进行二次开发所得到的绘图程序，具有良好的推广应用基础。

2.2主要功能特点为实现绘图的高度自动化，最大限度减少人工参与。

分析图1内容与结构，并结合编程特点设计算法，从而形成了本软件的以下功能特色：2.2.1变比例绘图由于预想柱状图最终要绘制在880*400mm的矩形图纸上。

受此限制，对1000米深钻孔，即使使用1:1000比例尺，输出长度也达1米，超出了图纸尺寸。

论千米钻机施工工艺及打捞技术

论千米钻机施工工艺及打捞技术赵晋军【摘要】总结了胡底煤业千米钻机施工经验技术,着重介绍千米钻机定向钻进的施工工艺和注意事项,并对千米钻机压钻及打捞进行了详细论述,为千米钻机施工提供有效技术指导,最大限度地避免各类事故的发生,也为同行提供一些参考.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】2页(P26-27)【关键词】千米钻机;定向钻孔;压钻【作者】赵晋军【作者单位】晋煤集团胡底煤业,山西沁水048214【正文语种】中文【中图分类】TD823目前，胡底煤业已转变为高瓦斯矿井，瓦斯治理工作任务艰巨、困难重重，瓦斯抽放工作尤为重要和迫切，同时也给抽放工作提出了更高的要求。

千米钻机作为抽放瓦斯的尖兵利器，早已在国外普遍应用，近年来晋煤集团也陆续引进使用，并在抽放瓦斯方面取得了良好效果，千米钻机的推广和应用有着不可替代的优越性。

胡底煤业现有千米钻机一台，于2010年8月开始下井试运转，先后施工9个钻场，单孔最深393 m。

2011年9月25日，千米钻机在43064巷千米钻场施工1号钻孔施工至30 m时，发生掉钻事故，打捞钻杆失败，后经巷道掘进于12月5日将钻杆全部取出。

2.1 定向长钻孔施工工艺的特点测斜精度高，可实现精确定位；适应煤层起伏能力强，提高有效进尺率；循环介质流量较小，排渣能力弱；对煤层地质条件的要求较高；水压较高，对孔壁的破坏作用大，且不利于煤层中的瓦斯快速释放；成本高，易发生压钻事故。

2.2 定向长钻孔施工的适应条件首先，受钻机限制定向长钻孔施工要求开孔倾角不宜过大，一般在-8°～10°之间，由于下行孔排渣困难，因此下行孔钻孔施工深度不宜过长；其次，定向钻孔施工区域煤层要保证一定的硬度，塌孔现象较少，松软煤层内不宜施工定向钻孔；最后，钻孔区域内应无较强的磁性区域和强烈的破碎带。

千米钻机使用成功与否不在于实际钻进能力、钻机具设备本身和钻进工艺技术，而主要取决于煤层地质条件，尤其是煤的硬度、煤层的整体性。

千米钻机施工资料

1#钻场施工说明：晋能工程公司从2018年1月18日进场，1月27日开始正式施工，共计施工4个钻孔，孔径100毫米，其中，1#钻孔主孔长度114米，不返水；2#钻孔主孔长度108米，不返水；3#钻孔主孔长度57米，见粗砂岩。

1#至3#钻孔均未能按设计施工到位。

1月31日开始施工4#钻孔，2月10日4#钻孔施工完毕，4#钻孔共计施工5个分支，钻孔总进尺1218米，其中1#分支长度93米（0-93米）；2#分支长度495米（12-507米）；3#分支长度249米（138-387米）；4#分支长度264米（366-630米）；5#分支长度117米（513-630米）。

4#钻孔单孔竣工表总结：4#定向探放水钻孔按设计施工到位，根据钻探情况，11#下煤层在疑似采空区区域（在462米进入疑似采空区）钻探在煤层内且返水正常，由此判断该区域不存在11#下煤层采空区，另外根据实钻情况分析，钻探区域煤层沿钻孔方向前300（0-300）米区域煤层上升28米，后330米（300-630米）煤层下降16米。

2#钻场施工说明：晋能工程公司从2018年2月26日进入2#钻场，2月28日开始正式施工，共计施工1个钻孔（钻孔编号5#），孔径100毫米， 3月16日5#钻孔施工完毕。

5#钻孔共计施工3个主分支孔，钻孔总进尺1866米，其中1#主分支孔长度738米，共包括4个分支，5#-1-1分支长度165米（0-165米）、5#-1-2分支长度180米（123-303米）、5#-1-3分支长度186米（201-387米）、5#-1-4分支长度207米（312-519米）； 2#主分支孔长度465米，共包括3个分支，5#-2-1分支长度135米（267-402米）、5#-2-2分支长度102米（312-414米）、5#-2-3分支长度228米（336-564米）；3#主分支孔长度663米，共包括3个分支，5#-3-1分支长度291米（102-393米）、5#-3-2分支长度186米（291-477米）、5#-3-3分支长度186米（348-534米）。

钻井工程井眼轨道设计与轨迹控制课件PPT

Dmn
Rn ( b
t
)
180
Dt Dmm cost
Sm Dmm sin t
5、不同轨道类型的关键参数的计算
造斜段井眼曲率半径
计算公式：
R
30
Kc
18
0
1719 Kc
Kc 的单位为 ( / 30m), R(m)
（1）三段式
给定 Dt , St ,0 , Dkop , Kz 时，计算 b , Dmw
据美国HIS能源集团统计（Janury/Febuary 2000 PetroMin），截至1999年5月，全世界水平井数量共计20430口材图5-20、5-21、5-22、5-23 中的标注，尤其是世界水平井数量统计表
PowerDrive vorteX •水平井资料用于油藏描述一、井底动力钻具造斜工具由图解法可从图中量得： • 直井防斜打直；但目前只进行高价技术服务而不出售商品工具，已收到巨大经济回报。三、定向井轨迹控制的基本方法曲率半径大小进行分类。该设计内容（如图）是由地质、钻井、采油油藏、成本核算四部分人员共同合作完成的。井斜铅锤面：过井斜方位线的铅锤面。二、科学化钻井后期阶段—主要技术成果委内瑞拉Petrozuata水平井几何形状
应注意不同轨道时的 Dt 和 St 的取值。
6 、井段计算及设计结果表示
对每个井段计算出段长、垂增、平增三个参数。
（1）增斜段
Dz Rz sin b Sz Rz (1 cosb ) Dmz Rzb /180
（4）双增轨道的第二增斜段
Dzz Rzz (sin t sin b ) Szz Rzz (cosb cost ) Dmzz Rzz (t b ) /180
组合。 1、变向器结构及原理如图：

千米钻机

深孔定向千米钻机国内外抽放经验证明：由于预抽排放煤体瓦斯，使煤体发生了收缩变形，当煤体原占据的空间体积不变时，煤体收缩一方面引起了原有的裂隙加大，另一方面也可产生新的裂隙，最终使煤层的透气性增大。

因此，长时间的预抽可以取得更好的效果。

通过对VLD-1000型深孔定向千米钻机水平长钻孔抽放效果的数字模拟及综合监测分析，确定大宁矿井瓦斯预抽钻孔的布臵如图1所示。

图1采空区高位穿层钻孔：引进国外先进的采空区瓦斯治理经验，结合千米钻机的钻进特点，在工作面的回风巷侧采用定向钻进技术在3号煤层的顶部岩层内向工作面后方打顶板走向长钻孔至采空区上部的裂隙带，实施长壁面的采空区瓦斯抽放。

钻孔布臵如图2所示。

图2从保证采掘工作面的安全需要，结合矿井采掘计划安排，确定长壁综采面的抽放时间为2年；连采机巷道掘进抽放时间1年以上。

采掘工作面预抽的孔口负压为20~40kPa，采空区顶板抽放的孔口负压为5kPa。

钻孔开、扩孔直径φ150mm，采用φ108mmPVC管封孔，封孔材料为聚铵脂，封孔长度6m；钻杆直径φ69.9mm，采用复合片钻头钻进，终孔直径φ96mm。

在抽放过程中对钻孔的抽放负压、甲烷浓度、抽放量等参数进行监测，并根据监测结果对钻孔抽放状态进行调整，以达到最佳抽放状态。

抽放管路的敷设井下抽放主管选用螺旋焊接钢管，管径为DN820mm×12mm，沿巷道底板敷设，连接方式为法兰连接；支管管径为D355mm×16mm和D225mm×10mm UPVC管接至钻场，采用吊挂敷设，连接方式为法兰连接。

抽放钻孔施工工艺(一)深孔定向钻进机理深孔定向钻进技术在诸如美国、澳大利亚等主要产煤国家里，已作为一项很成熟的钻进技术广泛应用于煤矿瓦斯抽放、地质探测等领域，该技术的关键部位在于孔内马达驱动装臵和配套的测量技术（图3）。

高压水通过钻杆输送至孔内马达，孔内马达内部的转子在高压水的冲击作用下转动，通过前端轴承带动钻头旋转，达到破煤的目的，在钻进过程中，钻杆本身不转，只作钻头的旋转运动，从而有效地降低了钻机的负载。