水平定向钻进工艺及技术培训技巧资料

1、ZYWL-4000DZYWL-4000D型定向钻机定向型定向钻机定向钻进工艺及技术钻进工艺及技术中煤科工集团重庆研究院中煤科工集团重庆研究院钻探研究分院钻探研究分院1综述综述2定向钻进技术的原理及特点定向钻进技术的原理及特点 3水平定向钻进装备水平定向钻进装备4水平定向钻进施工工艺水平定向钻进施工工艺5打捞施工打捞施工 6施工注意事项施工注意事项目录1 1 综述综述 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快速发展及成熟，美国、澳大利亚等国在

2、上世纪九十年代已经完成千米钻孔 2002年年2月月VLD公司完成公司完成l761m的煤矿井下水平定向孔的煤矿井下水平定向孔后期引进后期引进2003年亚美大宁矿 VLD-1000定向钻机施工深度1002m寺河矿、成庄矿前期引进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）况况概概展展发发内内国国VLD-1000定向钻机在国内累计销售100余台原因分析原因分析9台钻机最深钻台钻机最深钻进进470m地质条件地质条件复杂复杂煤层松软煤层松软对形式估对形式估计不足计不足煤质较硬煤质较硬外国专家外国

3、专家指导指导完成完成1002m千米千米钻孔一个钻孔一个地层稳定地层稳定松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺亚美大宁矿、寺河矿、成庄矿亚美大宁矿、寺河矿、成庄矿2 2 定向钻进技术的原理及特点定向钻进技术的原理及特点 定定 义义近水平定向钻进技术（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）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轨迹按设计要求延伸钻进至预定目标的一种钻探方法定向钻进技术不仅能大幅提高单孔的施工

4、深度，还能够实现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抽放量和抽放范围抽放量和抽放范围意意 义义定向定向钻进钻进工艺工艺技术技术定向钻孔轨迹设计定向钻孔轨迹设计定向钻孔轨迹控制定向钻孔轨迹控制定向钻进工艺参数定向钻进工艺参数定向钻孔轨迹设计定向钻孔轨迹设计煤矿井下水平定向钻孔以井下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钻场为参照建立空间坐标系定向钻孔轨迹的基本要素定向钻孔轨迹的基本要素水平钻孔中水平钻孔中一般是指孔一般是指孔口到测点的口到测点的钻孔曲线实钻孔曲线实长

5、，通常以长，通常以孔内钻杆长孔内钻杆长度来衡量度来衡量钻孔当前点钻孔当前点的切线与水的切线与水平面之间的平面之间的最小夹角最小夹角钻孔当前点的钻孔当前点的切线在水平面切线在水平面的投影与真北的投影与真北方向之间的夹方向之间的夹角角 深度深度方位方位角角倾角倾角由加接钻杆累加由加接钻杆累加所得所得,一般一般6m一测一测用上下偏差位移用上下偏差位移来衡量变化，范来衡量变化，范围围-90 +90 ,精度精度0.2 用左右偏差位移来用左右偏差位移来衡量变化，范围衡量变化，范围0360 ,精度精度1.5空间坐标系的建立空间坐标系的建立上上/ /下偏差图下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

6、图二维投影图表示法一般包括垂直投影图和水平投影图 钻孔轨迹形状的描述方法钻孔轨迹形状的描述方法左左/ /右偏差图右偏差图定定向向钻钻孔孔轨轨迹迹设设计计主孔设计主孔设计分支孔设计分支孔设计煤层顶底板标高煤层顶底板标高矿区等高线矿区等高线煤层厚度煤层厚度合理的顺序合理的顺序合适的深度合适的深度合适的造斜点合适的造斜点定向钻孔轨迹控制定向钻孔轨迹控制 以投影面以投影面X X轴正半轴为始边，顺时针转到螺杆轴正半轴为始边，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钻具弯接头在垂直平面内的投影线所转过的角度，范围度，范围0360 0360 , ,精度精度1.51.5工具面向角工具面向角方位

7、角和方位角和倾角是随倾角是随孔深而异孔深而异其变化趋其变化趋势和快慢势和快慢通过调整通过调整弯接头方弯接头方向来控制向来控制设计钻孔设计钻孔确定方位、倾角确定方位、倾角主孔施工主孔施工钻孔测量钻孔测量确定工具面向角确定工具面向角设备安装、调试设备安装、调试准备钻场准备钻场调整工具面向角调整工具面向角侧钻开第侧钻开第i个分支个分支孔孔钻进至设计孔深钻进至设计孔深调整工具面向角调整工具面向角起钻至第起钻至第i个分支孔点个分支孔点提钻终孔提钻终孔i=i+1in方位、倾角是否偏方位、倾角是否偏离离设计轨迹设计轨迹YNYN后退式侧钻开分支孔工艺流程后退式侧钻开分支孔工艺流程工具面向角工具面向角设计钻孔设

8、计钻孔确定方位、倾角确定方位、倾角主孔施工主孔施工钻孔测量钻孔测量确定工具面向角确定工具面向角设备安装、调试设备安装、调试准备钻场准备钻场方位、倾角是否偏方位、倾角是否偏离离设计轨迹设计轨迹YNi=i+1侧钻开第侧钻开第i个分支孔个分支孔调整工具面向角调整工具面向角钻进至第钻进至第i个分支孔点个分支孔点YinN提钻至主孔提钻至主孔主孔施工主孔施工提钻终孔提钻终孔前进式侧钻开分支孔工艺流程前进式侧钻开分支孔工艺流程通过调整工具通过调整工具面向角的方法来重面向角的方法来重新进入预定分支钻孔新进入预定分支钻孔 分支孔重入技术分支孔重入技术3 3 水平定向钻进装备水平定向钻进装备装装备备组组成成定向钻

9、机定向钻机泥浆泵泥浆泵螺杆马达螺杆马达定向钻杆定向钻杆随钻测量系统随钻测量系统VLD-1000VLD-1000ZDY6000LD（A） ZYWL-6000DZYWL-6000D定向钻机（整体式）定向钻机（整体式）ZYWL-6000DSZYWL-6000DS定向钻机（分体式）定向钻机（分体式）外形尺寸外形尺寸重量大小重量大小功率大小功率大小输出转矩输出转矩定向钻机定向钻机项目项目单位ZYWL-6000DZYWL-6000DZYWL-6000DSZYWL-6000DSZYWL-4000DZYWL-4000D最大钻进深度最大钻进深度m10001000600开孔直径开孔直径mm96、133、15396

10、、133、15396、133、153终孔直径终孔直径mm 96 96 96钻杆直径钻杆直径mm737373额定输出转速额定输出转速r/min502005020050-240额定输出转矩额定输出转矩N.m60001400600014004000-1050推进力推进力kN160160160起拔力起拔力kN160160210正常进给速度正常进给速度m/min01.501.501.5给进行程给进行程mm150010001050制动转矩制动转矩N.m200020002000最大供水压力最大供水压力MPa101010行走机构行走机构驱动型式驱动型式液压液压液压行走速度行走速度m/min222222爬坡能力

11、爬坡能力202020履带板宽度履带板宽度mm350350300泵站泵站电动机功率电动机功率kW909055油箱有效容积油箱有效容积L300310305主机外形尺寸主机外形尺寸( (长长宽宽高高) )mm383021001850主履带车:312014501950副履带车:300014501820327014501735 整机重量整机重量kg12500（不含钻具）主履带车6050/副履带车47008500（不含钻具）通缆钻杆通缆钻杆mm733000733000733000胎体式胎体式PDCPDC钻头钻头mm969696ZSZ1000ZSZ1000型随型随钻测钻测量装量装置置方位角方位角0360（1

12、.5）0360（1.5）0360（1.5）工具面向角工具面向角0360（1.5）0360（1.5）0360（1.5）倾角倾角-90+90（0.2）-90+90（0.2）-90+90（0.2） ZSZ1000ZSZ1000型随钻测量装置型随钻测量装置ZSZ1000ZSZ1000测量系统软件界面测量系统软件界面测量系统测量系统DGSDGS系统与探管连接系统与探管连接通缆钻杆外观图通缆钻杆外观图通缆钻杆结构图通缆钻杆结构图中心电缆的密封结构中心电缆的密封结构定向钻杆定向钻杆电子水辫外观图电子水辫外观图无磁钻杆无磁钻杆电子水辫电子水辫无磁钻杆无磁钻杆1 1、旁通阀总成；、旁通阀总成；2 2、防掉总成；

13、、防掉总成；3 3、马达总成；、马达总成；4 4、万向轴总成；、万向轴总成；5 5、传动轴总成、传动轴总成6 6、马达外壳；、马达外壳；7 7、定子（橡胶衬套）；、定子（橡胶衬套）；8 8、转子、转子螺杆马达螺杆马达螺杆螺杆马达马达部件部件结构结构示意示意图图螺杆螺杆马达马达外观外观示意示意图图 螺杆马达理论工作特性（左）和实际工作特性（右）M工作转矩；工作转矩；N功率；功率；n转速；转速；p压降；压降；工作效率工作效率反切削胎体式反切削胎体式PDCPDC钻头钻头单向阀单向阀4 4 水平定向钻进施工工艺水平定向钻进施工工艺 钻场布置钻场布置 开钻前准备工作开钻前准备工作 移机、锚固移机、锚固

14、开孔、扩孔开孔、扩孔 封孔封孔 孔口设备安装孔口设备安装 设备连接及开新孔设备连接及开新孔 正常施工正常施工 工艺流程工艺流程完孔退钻完孔退钻 数据传输数据传输 1 钻场布置钻场布置配件是否齐全配件是否齐全设备调试是否稳定设备调试是否稳定排水、排渣、抽放管路是否排水、排渣、抽放管路是否合理合理了解作业环境了解作业环境了解施工煤层概况了解施工煤层概况2开钻开钻前准前准备工备工作作移机距离移机距离锚固结实锚固结实3移机移机锚固锚固4开孔、扩孔开孔、扩孔根据封孔管长度根据封孔管长度确定开扩孔深度确定开扩孔深度5 封孔封孔工艺流程复杂，应根据封孔材料的不同选工艺流程复杂，应根据封孔材料的不同选择相应的

15、封孔设备和工艺（关键步骤）择相应的封孔设备和工艺（关键步骤）6 6 孔口瓦斯抽采系统连接孔口瓦斯抽采系统连接螺杆马达安装螺杆马达安装无磁钻具接入无磁钻具接入孔口装置固定孔口装置固定上扣涂抹螺纹胶上扣涂抹螺纹胶7 78 弯头复位及初始设置弯头复位及初始设置9 定向钻进施工定向钻进施工孔口即时返水、返渣情况孔口即时返水、返渣情况钻机推进压力和推进速度钻机推进压力和推进速度泥浆泵水压和流量泥浆泵水压和流量掌握钻进流程及注意事项掌握钻进流程及注意事项10 成孔成孔设备的拆除（随时设备的拆除（随时注意孔内瓦斯情况）注意孔内瓦斯情况）11 并网接抽并网接抽完孔后应配合矿方将钻孔完孔后应配合矿方将钻孔即时接

16、入管网抽采系统即时接入管网抽采系统12 数据拷贝数据拷贝施工期间及时保存数据施工期间及时保存数据完孔后将最终数据拷贝至井上完孔后将最终数据拷贝至井上5 打捞施工打捞施工由于煤层、瓦斯、地质等因素的复杂性，造成在施工过程中由于煤层、瓦斯、地质等因素的复杂性，造成在施工过程中不可避免的会发生压杆事故不可避免的会发生压杆事故定向钻杆、无磁钻杆、螺杆马达及定向钻杆、无磁钻杆、螺杆马达及DGSDGS系统等组件成本昂贵系统等组件成本昂贵原因一原因一原因二原因二提前预防提前预防方案制定方案制定打捞作业打捞作业打捞方式打捞方式卡钻处理卡钻处理抱钻处理抱钻处理断钻处理断钻处理打捞工具打捞工具打捞公锥打捞公锥打捞母锥打捞母锥打捞钻杆打捞钻杆+打捞钻头打捞钻头一一 准确记录事故发生位置准确记录事故发生位置注意事项注意事项三三 打捞工作一次性成功率较低，需反复进打捞工作一次性成功率较低，需反复进行打捞操作，工作人员应保持平和