煤矿井下定向钻孔轨迹控制PPT学习教案

1、会计学1煤矿井下定向煤矿井下定向(dn xin)钻孔轨迹控制钻孔轨迹控制第一页，共44页。 1.25O外径mm钻头尺寸mm头数级数长度m重量kg排量lpm转速rpm上紧扭矩Nm输出扭矩Nm最大过载拉力kN最大钻压kN最大压降kPa7382-1144:532.8562.5113-365160-375162025789272758螺杆螺杆(lu n)钻具造斜原理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第1页/共44页第二页，共44页。螺杆钻具螺杆钻具(zun j)造斜原理造斜原理 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

2、转换装置，主要由螺杆马达（定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子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成三大部分组成。组成。 采用螺杆钻具进行钻进，不需要钻杆采用螺杆钻具进行钻进，不需要钻杆(zun n)旋旋转，泥浆泵输出冲洗液进入螺杆马达，在马达进出口转，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动轴将转速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。第2页/共44页第三页，共44页。第3页/共44页第四页，共

3、44页。随钻测量系统随钻测量系统(xtng)孔底马达和钻头下无磁钻杆送水器上无磁钻杆钻杆测量探管 监视器高压送水胶管通讯电缆YHD1-1000随钻测量系统随钻测量系统(xtng)连接示意图连接示意图 第4页/共44页第五页，共44页。第5页/共44页第六页，共44页。第6页/共44页第七页，共44页。第7页/共44页第八页，共44页。第8页/共44页第九页，共44页。钻头孔底马达下无磁钻杆探管外管上无磁钻杆上无磁探管外管接头下无磁探管外管接头下无磁马达接头通缆钻杆第9页/共44页第十页，共44页。工具工具(gngj)面向角对钻孔轨迹影响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

4、所说的马达“弯头”朝向(cho xin)。钻进过程中通过改变弯头的朝向(cho xin)，使钻孔实现定向弯曲变化。工具面向角0（360）弯头向上工具面向角270弯头向左工具面向角90弯头向右工具面向角180弯头向下第10页/共44页第十一页，共44页。工具面向角对钻孔轨迹工具面向角对钻孔轨迹(guj)影响影响倾角倾角(qngjio)：、 方位角：方位角：、 工具面：工具面：马达弯造斜最大强度：A、方位角增减(zn jin)分量：Asin、 倾角增减(zn jin)分量: Acos0（360）27090180AsinAcosA0（360）27090180增斜：增斜： 增方位：增方位： 降斜：降斜

5、： 增方位：增方位： 降斜：降斜： 降方位：降方位： 增斜：增斜： 降方位：降方位： 第11页/共44页第十二页，共44页。倾角控制倾角控制(kngzh)原理原理假设(jish)设计倾角： 0 ，则倾角控制在：- 2 2 21-1-2-2-11221-1-2-2-11降斜稳斜增斜稳斜降斜稳斜增斜稳斜10026010026080280降斜稳斜增斜802800上下偏差第12页/共44页第十三页，共44页。方位角控制方位角控制(kngzh)原理原理假设设计(shj)方位角： 330 ，则方位角控制在：325 335 325327332335335332327325330左右偏差33533232732

6、5325327332335降方位(fngwi)增方位降方位增方位19035010170降方位增方位第13页/共44页第十四页，共44页。钻孔轨迹钻孔轨迹(guj)控制原理控制原理a）准确识别地层变化：根据矿方提供(tgng)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）。b) 调整工具面使钻孔沿煤层钻进：根据地层变化，应及时(jsh)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。

7、第14页/共44页第十五页，共44页。钻孔轨迹控制钻孔轨迹控制(kngzh)原理原理c）提钻开分支绕过钻进障碍区域(qy)：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(qy)开分支孔绕过该区域(qy)。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(rc)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煤层中钻进。第15页/共44页第

8、十六页，共44页。钻孔钻孔(zun kn)轨迹计算方法轨迹计算方法1101110111cos() cos()22cos() sin()22sin()2niiiiiiniiiiiiniiiiXLYLHL第16页/共44页第十七页，共44页。开分支开分支(fnzh)工艺工艺1、分支点选择(xunz)：需在煤层中，以便在硬度软的煤层中裸眼造斜开分支，向下开分支 当倾角(qngjio)0O时,工具面0O当倾角0O时,工具面0O当倾角(qngjio)0O时,工具面180O分支孔成孔几率极低极低分支孔成孔几率高高分支点选择： 尽量选择“倾角增加倾角增加孔段”第18页/共44页第十九页，共44页。开分支开分

9、支(fnzh)工艺工艺2、开分支工具面向角选择： 采用分支点附近孔段背向(bi xin)工具面向角开分支 当原钻孔方位角增加时，工具面向角180o260o 当原钻孔方位角减少时，工具面向角100o180o3、开分支钻进参数选择： 采用(ciyng)减压（给进压力）、控时钻进 第19页/共44页第二十页，共44页。开分支开分支(fnzh)工艺工艺4、判断开分支是否成功依据： 分支一段孔深处可用随钻测量仪器(yq)检测出倾角、方位角值与原钻孔轨迹对比，是否按开孔工具面作用产生偏差 给进压力增加 泥浆泵压略有增加 钻孔返水含煤粉增多（变黑）第20页/共44页第二十一页，共44页。钻具钻具(zun j

10、)重入分支工艺重入分支工艺 提钻后，当要将钻具重新下入原分支孔时，需在每个分支点处调整工具面向(min xin)角，下入一定孔深后，测斜数据与原钻孔轨迹对比，分析钻具是否在要进入的分支孔内。 第21页/共44页第二十二页，共44页。轨迹控制轨迹控制(kngzh)实例分析实例分析双柳矿双柳矿 自2010年5月29日至6月9日，共定向施工主孔1个，探顶6次，探底3次，试验总进尺1242m。其中主孔孔深744米，1#分支孔钻进至54米时，由于煤层在200m至450m煤层起伏较大(jio d)，并在300米探到底板两次，开分支孔较多，为防止孔内事故发生，提钻至210米开2#分支孔。 2#分支孔孔深10

11、2米，施工过程中未出现孔内事故第22页/共44页第二十三页，共44页。轨迹控制实例轨迹控制实例(shl)分析分析双柳矿双柳矿第23页/共44页第二十四页，共44页。轨迹轨迹(guj)控制实例分析控制实例分析双柳矿双柳矿第24页/共44页第二十五页，共44页。轨迹控制实例轨迹控制实例(shl)分析分析杜儿坪矿杜儿坪矿 自2010年5月18日至6月10日，主孔1个、分支孔25个，探顶6次，探底3次，试验总进尺2736m，主孔最大孔深达到570m，分支孔最大孔深达246m。煤层平均厚度4.08m、煤层陷落柱发育，陷落柱密度(md)平均25个/km2，其中仅主孔需在6个陷落柱煤层中定向穿行。第25页/

12、共44页第二十六页，共44页。轨迹轨迹(guj)控制实例分析控制实例分析杜儿坪矿杜儿坪矿第26页/共44页第二十七页，共44页。轨迹控制轨迹控制(kngzh)实例分析实例分析九里山矿九里山矿 2011年9月22日至10月11日施工4号梳状钻孔(zun kn)，共施工1主孔，7个分支孔，最大主孔深度510m，最大分支孔深度51m，总孔深848m。第27页/共44页第二十八页，共44页。4#梳状孔实钻轨迹梳状孔实钻轨迹(guj)平面图（上）与剖面图（下）平面图（上）与剖面图（下）第28页/共44页第二十九页，共44页。轨迹控制轨迹控制(kngzh)实例分析实例分析兴无矿兴无矿 2011年5月26日

13、至(r zh)6月8日施工4#钻孔，4#钻孔设计孔深702m，实钻总进尺为1355m，主孔702m均在煤层中钻进，13个分支孔累计孔深653m，其中630m在煤层中钻进，23m因探顶底在泥岩中钻进。第29页/共44页第三十页，共44页。-15-15-10-10-5-50 05 510100 05050100100150150200200250250300300350350400400450450500500550550600600650650700700750750800800.4#钻孔钻孔(zun kn)轨迹剖面图轨迹剖面图第30页/共44页第三十一页，共44页。-5051015202530

14、0 050501001001501502002002502503003003503504004004504505005005505506006006506507007007507504#钻孔钻孔(zun kn)轨迹平面图轨迹平面图第31页/共44页第三十二页，共44页。轨迹轨迹(guj)控制实例分析控制实例分析黄陵一号矿黄陵一号矿 2011年10月6日至10月20日施工2#钻孔(zun kn)，2#钻孔(zun kn)主孔深度711m，分支孔深度285m，总进尺996m。第32页/共44页第三十三页，共44页。2#钻孔实钻轨迹上下钻孔实钻轨迹上下(shngxi)偏差图偏差图第33页/共44页第

15、三十四页，共44页。2#钻孔钻孔(zun kn)实钻轨迹左右偏差图实钻轨迹左右偏差图第34页/共44页第三十五页，共44页。轨迹控制轨迹控制(kngzh)实例分析实例分析黄陵黄陵二号煤矿二号煤矿 2012年3月7日3月24日，在二号煤矿北二一号辅运大巷距八号联络(linlu)巷50m处施工4#钻孔，主孔深度813m，分支285m，总进尺1098m。第35页/共44页第三十六页，共44页。黄陵二号煤矿施工(sh gng)钻孔平面图第36页/共44页第三十七页，共44页。黄陵二号煤矿黄陵二号煤矿 4#钻孔钻孔(zun kn)实钻轨实钻轨迹剖面图迹剖面图黄陵二号煤矿黄陵二号煤矿 4#钻孔实钻轨迹钻孔实钻轨迹(guj)左右偏差图左右偏差图第37页/共44页第三十八页，共44页。 2012年8月,在北二一号辅运大巷正头，施工(sh gng)1个定向孔，主孔深度705m，分支孔927m，总计进尺1632m。 1#钻孔(zun kn)轨迹平面布置图 第38页/共44页第三十九页，共44页。1#钻孔上下偏差(pinch)和左右偏差(pinch)图第39页/共44页第四十页，共44页。轨迹控制实例分析轨迹控制实例分析柳林柳林(li ln)同