煤矿井下定向钻孔轨迹控制
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整理课件
工具面向角修正
在以下情况时，必须校正工具面向角： （1）开新孔时，具体方法：
螺杆钻具弯接头必须指向正上方，通信线连接正常后： 开 新孔－>打开－>钻孔设计数据 “MK_1.xml” －>读数据
整理课件
工具面向角修正
在以下情况时，必须校正工具面向角： （2）螺杆钻具与探管外管间任何一螺纹被卸开，后螺
mm mm
头 数
级 长度 数m
重 量
kg
排量 lpm
转 速 rp m
上紧 扭矩
Nm
73
181-24
4:5
3
2.85
62. 5
3116-35 1367-05
1620
整理课件
输出 扭矩 Nm
257
最大 过载 拉力 kN
89
最大 钻压 kN
27
最大 压降 kPa
2758
螺杆钻具造斜原理
螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的 能量容积式正排量动力转换装置，主要由螺杆马达 （定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成三大 部分组成。
煤矿井下定向钻进轨迹控制
中国煤炭科工集团西安研究院钻探所
整理课件
定向钻进轨迹控制技术
1、螺杆钻具造斜原理 2、工具面向角对钻孔轨迹影响 3、钻孔轨迹控制原理 4、开分支工艺与重入分支孔工艺 5、钻孔轨迹控制实例分析
整理课件
螺杆钻具造斜原理
测斜仪
无磁钻杆
旁通阀
马达
万向轴
传动轴
钻头
1.25O
外 钻头 径 尺寸
d) 了解煤层真实走势：在实际钻进过程中，要求每 钻进一定距离将弯头方向调整为垂直向上，使钻孔快 速钻至顶板以确定出顶板所处的层位标高，然后后退 到合适位置开分支继续钻进，如此反复，再将两次探 顶点连线的延长线作为下一段钻进时的参考顶板，从 而保证钻孔尽量在整煤理课层件 中钻进。
钻孔轨迹计算方法
X
工具面向角90º 弯头向右
工具面向角180º 弯头向下 整理课件
工具面向角对钻孔轨迹影响
倾角：θ、 方位角：α、 工具面：φ
马达弯造斜最大强度：A、 方位角增减分量：Asinφ、 倾角增减分量: Acosφ
0º（360º）
0º（360º）
270º
Acosφ
A
φ 90º
Asinφ
增斜： φ ↑ 降方位： α↓
整理课件
工具面向角
工具面 ：定向钻进所用造斜钻具的两个轴线所确 定的平面，称为工具面。 工具面向角 ：在孔底圆平面内，以圆心与圆周上 最高点连线为始边，顺时针转到工具面与孔底圆 平面的交线所转过的角度，以“Ω”表示，介于 “0°～360°”。 螺杆钻具的“工具面向角”就是通常所说的马达 “弯头”朝向。钻进过程中通过改变弯头的朝向 ，使钻孔实现定向弯曲变化。
n i1
Li
cos(i1 i
2
)cos(i1 i
2
0 )
Y
n i1
Li
cos(i1 i
2
)sin(i1 i
2
0 )
H
n i1
Li
sin(i1 i
2
)
整理课件
260º
100º
280º 260º
80º 100º
降斜
整理课件 稳斜
280º
80º
增斜
方位角控制原理
假设设计方位角： 330º，则方位角控制在：325º~ 335º
左
327º 332º
右 325º
335º
327º 332º
325º
335º
330º
偏
差
335º
325º
335º
325º
332º 327º
采用螺杆钻具进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆 泵输出冲洗液进入螺杆马达，在马达进出口形成一定 压差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转 速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。
整理课件
螺杆钻具造斜原理
螺杆钻具能够进行定向钻进主要基于三个缘由： 一、螺杆钻具工作时钻头回转破碎岩石，而螺杆 外管及钻杆柱不回转； 二、可以连接不同角度的定向或可调弯外管； 三、可随钻进行倾角和方位的测量。
上无磁钻杆
探管外管 下无磁钻杆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ孔底马达
钻头
上无磁—探管 外管接头
下无磁—探管 下无磁—马达
外管接头
接头
整理课件
工具面向角对钻孔轨迹影响
螺杆钻具的“工具面向角”就是我们通常所说的马达“弯头”朝向。钻进 过程中通过改变弯头的朝向，使钻孔实现定向弯曲变化。
工具面向角0º（360º） 弯头向上
工具面向角270º 弯头向左
b) 调整工具面使钻孔沿煤层钻进：根据地层变化， 应及时调整工具面来控制方位角变化，使钻孔轨迹在 水平面投影图上沿设计轨迹左右波动，在此基础上可 参考设计轨迹倾角值控制倾角变化，使钻孔尽量处在 煤层中延伸。
整理课件
钻孔轨迹控制原理
c）提钻开分支绕过钻进障碍区域：如：因顶板、底 板岩性较硬而进尺缓慢，陷落柱、断层附近煤层松散 破碎易卡埋钻，因与原钻孔串孔、煤层裂隙发育钻井 液漏失。当遇到以上情况时，应提钻至安全煤层区域 开分支孔绕过该区域。
整理课件
随钻测量系统
送水器 通讯电缆
钻杆
上无磁钻杆 测量 探管
下无磁钻 孔 底 马 达 和 钻
杆
头
高压送水胶管
监视器
YHD1-1000随钻测量系统连接示意图
整理课件
随钻测量系统
用于近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可 随钻测量钻孔倾角、方位、工具面向角等主要参 数，实现孔口钻孔参数、轨迹的即时显示，便于 施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整工 具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能的按照设计 的轨迹延伸。
270º
降斜： φ↓ 降方位： α↓
增斜： φ↑ 增方位： α↑
90º
降斜： φ↓ 增方位： α↑
180º
整理课件
180º
倾角控制原理
假设设计倾角： 0º，则倾角控制在：- 2º~ 2º
上
1º -1º
1º -1º
下 2º
-2º
偏
2º
-2º
0º
差
-2º
2º
-2º
-1º 1º
-1º 1º
降斜 稳斜 增斜 稳斜 降斜 稳斜 增斜 稳斜
332º 327º
降方位
增方位
降方位
增方位
350º
10º
190º 整理课件
降方位
170º
增方位
钻孔轨迹控制原理
a）准确识别地层变化：根据矿方提供的煤层采掘工 程面图（含煤层等高线），分析出钻孔轨迹处煤层倾 角变化，结合实钻轨迹上下偏差、钻进前后返渣岩性 变化，判断出当前钻头处于煤层哪一层位（顶板岩层、 底板岩层、煤）。
纹涂胶重新拧紧后，具体方法：
螺杆钻具弯接头必须指向正上方，通信线连接正常后： 探管检测－>开始检测－>判断工具面值是否接近0o（360o）
a) 若工具面值处于355o~0o（360o）~5o,无需修整工具面
b)若不接近，则：调整工具面－>校正工具面－>开始测量－ >保存
整理课件
工具面向角修正
通缆钻杆
工具面向角修正
在以下情况时，必须校正工具面向角： （1）开新孔时，具体方法：
螺杆钻具弯接头必须指向正上方，通信线连接正常后： 开 新孔－>打开－>钻孔设计数据 “MK_1.xml” －>读数据
整理课件
工具面向角修正
在以下情况时，必须校正工具面向角： （2）螺杆钻具与探管外管间任何一螺纹被卸开，后螺
mm mm
头 数
级 长度 数m
重 量
kg
排量 lpm
转 速 rp m
上紧 扭矩
Nm
73
181-24
4:5
3
2.85
62. 5
3116-35 1367-05
1620
整理课件
输出 扭矩 Nm
257
最大 过载 拉力 kN
89
最大 钻压 kN
27
最大 压降 kPa
2758
螺杆钻具造斜原理
螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的 能量容积式正排量动力转换装置，主要由螺杆马达 （定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成三大 部分组成。
煤矿井下定向钻进轨迹控制
中国煤炭科工集团西安研究院钻探所
整理课件
定向钻进轨迹控制技术
1、螺杆钻具造斜原理 2、工具面向角对钻孔轨迹影响 3、钻孔轨迹控制原理 4、开分支工艺与重入分支孔工艺 5、钻孔轨迹控制实例分析
整理课件
螺杆钻具造斜原理
测斜仪
无磁钻杆
旁通阀
马达
万向轴
传动轴
钻头
1.25O
外 钻头 径 尺寸
d) 了解煤层真实走势：在实际钻进过程中，要求每 钻进一定距离将弯头方向调整为垂直向上，使钻孔快 速钻至顶板以确定出顶板所处的层位标高，然后后退 到合适位置开分支继续钻进，如此反复，再将两次探 顶点连线的延长线作为下一段钻进时的参考顶板，从 而保证钻孔尽量在整煤理课层件 中钻进。
钻孔轨迹计算方法
X
工具面向角90º 弯头向右
工具面向角180º 弯头向下 整理课件
工具面向角对钻孔轨迹影响
倾角：θ、 方位角：α、 工具面：φ
马达弯造斜最大强度：A、 方位角增减分量：Asinφ、 倾角增减分量: Acosφ
0º（360º）
0º（360º）
270º
Acosφ
A
φ 90º
Asinφ
增斜： φ ↑ 降方位： α↓
整理课件
工具面向角
工具面 ：定向钻进所用造斜钻具的两个轴线所确 定的平面，称为工具面。 工具面向角 ：在孔底圆平面内，以圆心与圆周上 最高点连线为始边，顺时针转到工具面与孔底圆 平面的交线所转过的角度，以“Ω”表示，介于 “0°～360°”。 螺杆钻具的“工具面向角”就是通常所说的马达 “弯头”朝向。钻进过程中通过改变弯头的朝向 ，使钻孔实现定向弯曲变化。
n i1
Li
cos(i1 i
2
)cos(i1 i
2
0 )
Y
n i1
Li
cos(i1 i
2
)sin(i1 i
2
0 )
H
n i1
Li
sin(i1 i
2
)
整理课件
260º
100º
280º 260º
80º 100º
降斜
整理课件 稳斜
280º
80º
增斜
方位角控制原理
假设设计方位角： 330º，则方位角控制在：325º~ 335º
左
327º 332º
右 325º
335º
327º 332º
325º
335º
330º
偏
差
335º
325º
335º
325º
332º 327º
采用螺杆钻具进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆 泵输出冲洗液进入螺杆马达，在马达进出口形成一定 压差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转 速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。
整理课件
螺杆钻具造斜原理
螺杆钻具能够进行定向钻进主要基于三个缘由： 一、螺杆钻具工作时钻头回转破碎岩石，而螺杆 外管及钻杆柱不回转； 二、可以连接不同角度的定向或可调弯外管； 三、可随钻进行倾角和方位的测量。
上无磁钻杆
探管外管 下无磁钻杆ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ孔底马达
钻头
上无磁—探管 外管接头
下无磁—探管 下无磁—马达
外管接头
接头
整理课件
工具面向角对钻孔轨迹影响
螺杆钻具的“工具面向角”就是我们通常所说的马达“弯头”朝向。钻进 过程中通过改变弯头的朝向，使钻孔实现定向弯曲变化。
工具面向角0º（360º） 弯头向上
工具面向角270º 弯头向左
b) 调整工具面使钻孔沿煤层钻进：根据地层变化， 应及时调整工具面来控制方位角变化，使钻孔轨迹在 水平面投影图上沿设计轨迹左右波动，在此基础上可 参考设计轨迹倾角值控制倾角变化，使钻孔尽量处在 煤层中延伸。
整理课件
钻孔轨迹控制原理
c）提钻开分支绕过钻进障碍区域：如：因顶板、底 板岩性较硬而进尺缓慢，陷落柱、断层附近煤层松散 破碎易卡埋钻，因与原钻孔串孔、煤层裂隙发育钻井 液漏失。当遇到以上情况时，应提钻至安全煤层区域 开分支孔绕过该区域。
整理课件
随钻测量系统
送水器 通讯电缆
钻杆
上无磁钻杆 测量 探管
下无磁钻 孔 底 马 达 和 钻
杆
头
高压送水胶管
监视器
YHD1-1000随钻测量系统连接示意图
整理课件
随钻测量系统
用于近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可 随钻测量钻孔倾角、方位、工具面向角等主要参 数，实现孔口钻孔参数、轨迹的即时显示，便于 施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整工 具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能的按照设计 的轨迹延伸。
270º
降斜： φ↓ 降方位： α↓
增斜： φ↑ 增方位： α↑
90º
降斜： φ↓ 增方位： α↑
180º
整理课件
180º
倾角控制原理
假设设计倾角： 0º，则倾角控制在：- 2º~ 2º
上
1º -1º
1º -1º
下 2º
-2º
偏
2º
-2º
0º
差
-2º
2º
-2º
-1º 1º
-1º 1º
降斜 稳斜 增斜 稳斜 降斜 稳斜 增斜 稳斜
332º 327º
降方位
增方位
降方位
增方位
350º
10º
190º 整理课件
降方位
170º
增方位
钻孔轨迹控制原理
a）准确识别地层变化：根据矿方提供的煤层采掘工 程面图（含煤层等高线），分析出钻孔轨迹处煤层倾 角变化，结合实钻轨迹上下偏差、钻进前后返渣岩性 变化，判断出当前钻头处于煤层哪一层位（顶板岩层、 底板岩层、煤）。
纹涂胶重新拧紧后，具体方法：
螺杆钻具弯接头必须指向正上方，通信线连接正常后： 探管检测－>开始检测－>判断工具面值是否接近0o（360o）
a) 若工具面值处于355o~0o（360o）~5o,无需修整工具面
b)若不接近，则：调整工具面－>校正工具面－>开始测量－ >保存
整理课件
工具面向角修正
通缆钻杆