深部定向钻探课件

地质勘查与科学钻探的

螺杆钻定向钻进技术

朱永宜，教

程一、概述二、钻孔轨迹设计的必要性三、冬瓜山矿床定向钻探工程四、CCSD-1井定向钻探技术概

述

1.定向钻探的用途单孔底L形孔命中靶区钻孔纠偏绕开地障概

述

1.定向钻探的用途多孔底羽状孔单层陡峭矿体控制鱼剌孔多层陡峭矿体控制概

述

1.定向钻探的用途多孔底

集束孔概

述

2.定向钻探的定义利用可对钻头施加侧向力的造斜钻具及配套的定向钻进工艺，根据对钻孔轨迹与钻具孔内状态的测量结果，按设计的几何曲线调控钻孔轨迹并使之到达预定目标的钻探技术。

概

述2.定向钻探的定义MWD在地勘钻探中意义不大回次进尺短，仪器一般未进入造斜段即需提钻回次进尺短，轨迹调整余地大孔深浅，反扭转角规律易掌握综上所述，MWD在地勘中的作用仅起监测反扭转角的作用MWD投资大MWD随钻服务量大概

述2.定向钻探的定义概

述2.定向钻探的定义概

述

2.定向钻探的定义造斜钻具涡轮钻基本结构向下推力转子叶片盘定子叶片盘泥浆流组配的单级马达转子叶片盘定子叶片盘涡轮本体马达部分涡轮驱动轴概

述

2.定向钻探的定义造斜钻具涡轮钻机械特性空转失速速度扭矩\功率功率扭矩标准速度压降概

述

2.定向钻探的定义造斜钻具涡轮钻具评价转速高，运行平衡，适于金刚石钻进可加减涡轮节调节输出功率大小寿命长，耐高温

造价高，外形尺寸长空转时转速太高不利于扫孔压降与转速无关，不利于判断孔内工况概

述

3.定向钻探的发展

4.操作精要钻进异常判断与排除现象原因排除方法泵压陡增并持续不下

地层变软；轴压超过临界点；定子脱胶；转子或钻头卡死如为前两种原因，则将钻具提离孔底即恢复正常，否则需提钻处理螺杆钻泵压持续大幅度上下跳跃，不能施加轴压孔内有硬残留物；钻头脱落；轴承碎；万向节断；定子脱胶立即提钻检查钻头和螺杆钻泵压轻微下降并对轴压无反应，不进尺钻头内充满小岩心；钻头磨光；万向节联接失效；驱动轴脱扣提钻检查、视情处理泵压大幅度下降，钻速锐减定、转子磨损过度，配合变松提钻更换定子或转子概

述

4.操作精要特别注意事项分级施压(50~100kg)。加压后最少维持1min后泵压无变化才可加下一级压力长时间钻进后应窜动钻柱消除静摩擦测斜必须在稳斜段进行。造斜后如需测斜，应稳斜2~3m定向时仪器中点必须置于设计造斜点位置，连续两回次定向尤需如此计算定向读数时一定要辨明各装合差值的符号轨迹设计的必要性

简要图解法的局限性解法的局限性将原本是直-弧曲线做为折线处理

曲率半径越大误差越大螺杆钻定向钻探技术

4.

操作精要定向分枝技术人工孔底架设选择完整岩层可钻性Ⅳ~Ⅵ级水泥塞长度有充分余地水泥标号不低于425

一天后扫清塞顶浮灰大泵量冲孔螺杆钻定向钻探技术

4.操作精要定向分枝技术操作要点选择45’或1弯外管初始小钻压甚至0钻压切削孔壁注意观察泵压对钻压的敏感度注意观察上返钻屑判断钻出新孔底后即提短管稳斜钻进2~3m后测斜螺杆钻定向钻探技术

4.操作精要定向分枝技术钻屑组份镜下观察

4.操作精要钻进异常判断与排除现象原因排除方法泵压陡增并持续不下

地层变软；轴压超过临界点；定子脱胶；转子或钻头卡死如为前两种原因，则将钻具提离孔底即恢复正常，否则需提钻处理螺杆钻泵压持续大幅度上下跳跃，不能施加轴压孔内有硬残留物；钻头脱落；轴承碎；万向节断；定子脱胶立即提钻检查钻头和螺杆钻泵压轻微下降并对轴压无反应，不进尺钻头内充满小岩心；钻头磨光；万向节联接失效；驱动轴脱扣提钻检查、视情处理泵压大幅度下降，钻速锐减定、转子磨损过度，配合变松提钻更换定子或转子冬瓜山定向钻探工程

1.定向钻探的必要充分性

以往孔斜指标详查钻孔58个，20个金刚石钻孔孔斜如表矿区钻孔自然弯曲梯度不强烈仅2个终孔顶角0.51的钻孔满足10m中靶要求深孔累积位移使网度超标顶角递增率(/100m)i

0.50.5<i

1.0i

1.0钻孔数(个)1271所占百分率(%)60355冬瓜山定向钻探工程

1.定向钻探的必要充分性矿区地表设施与地下构筑涵括了5千余职工的铜陵有色狮矿地表永久性工民用建筑密集空中架设有多条输变电线路矿体在“五层楼”狮子山矿田最底层地下采场密布，平巷纵横广寒宫—人防改造的地下娱乐场详查时已有数个钻孔贯入老窿冬瓜山定向钻探工程

1.定向钻探的必要充分性定向钻探攻关试验1987年开展“铜陵冬瓜山铜矿床应用定向钻探技术进行深部矿体勘探的方法研究”攻关试验，完成了我国首组“1主6枝”集束形定向钻孔群7孔累计延深5888.30m，中靶精度1.35~7.17m，节约工作量2835.24m，控制范围100100m冬瓜山定向钻探工程

1.定向钻探的必要充分性勘探对技术手段的要求钻孔准确命靶现场避开地表与空中设施孔身绕过地下隐蔽工程能尽快进入勘探，并缩短施工周期获得更好的经济效益矿床勘探必须采用且只有采用定向钻探冬瓜山定向钻探工程

2.矿区总体设计工程布置首勘地段34~58线设计钻孔43个探矿孔39个(B级孔5个，C、D级孔34个)终孔口径59mm水文孔3个，水文探矿兼用孔1个，终孔口径91mm2年完成探矿工程，3年提交勘探报告冬瓜山定向钻探工程

2.矿区总体设计钻孔编组原则一主多枝孔口布置充分利用主孔运用钻孔自然弯曲规律钻孔编组依据冬瓜山定向钻探工程

2.矿区总体设计矿区工作量预算单孔与主孔工作量分枝孔工作量造斜工作量稳斜工作量节约工作量

2.矿区总体设计

矿区工作量估算造斜工作量主干孔绝对垂直所有钻孔均为垂直平面型钻孔分枝点深度与造斜强度已选定分枝孔的分枝与造斜一次完成

2.矿区总体设计单工程控制原则矿区地层分布地层名称主要岩石名称可钻性埋藏深度南陵湖组~小凉亭组中段大理岩，角岩5~70~350小凉亭下段~大隆矽卡岩，硅质岩7~9280~450龙潭钙质、碳质、泥质页岩4~6350~500孤峰硅质角岩8~10420~600栖霞巨厚层大理岩5~7520~900主矿体矽卡岩，白云质大理岩6~9780~980高骊山石英砂岩9~10800~1000冬瓜山定向钻探工程

2.矿区总体设计单工程控制原则分枝点深度B级孔在栖霞组上段分枝C级孔在龙潭组中段分枝少数跨距特别大的钻孔在小凉亭组中段大理岩中分枝冬瓜山定向钻探工程

2.矿区总体设计单工程控制原则

钻孔轨迹监测与施控进小凉亭首次监测,预测轨迹将进入编组内哪个钻孔的靶区进龙潭组二次监测，为后续钻孔提供设计数据，并确定量否调整钻孔轨迹进栖霞顶部三次监测，精确调整轨迹出栖霞前最后监测，钻孔入矿前轨迹仍有调整余地主孔孔号进龙潭组监测后确定冬瓜山定向钻探工程

3.工程施工成果勘探经济效益(含攻关试验的一组孔)33个钻孔分9组施工，共完成进尺19243m，24个分枝孔节约工作量9299m。编组钻孔节约工作量30%以上、节约地勘投资超350万元、节约钻探时间2.5近个台年勘探中因B+C级储量比例达到，49线上3个孔裁减，矿区痛失在Ⅳ编组创“1主8枝”的机会当时的地勘费管理办法、部文明机台评比办法、钻探指标统计方法、机台经济责任制形式、没有对技术人员的激励机制等影响了效益的扩大冬瓜山定向钻探工程

3.工程施工成果钻孔中靶精度中靶精度R(m)R1010<R1515<R20钻孔数(个)2046精度分布(%)671320

3.工程施工成果最优单项记录序号项目孔号指标说明1一组分枝孔数3编组5节约工作量1783m2分枝深度ⅠZK5012708.57定向分枝，主孔91ⅡZK585835.50不定向补矿，主孔593中靶精度ZK5111.99靶点孔深824m4造斜回次进尺ZK5857.05在龙潭组砂岩中5造斜钻头寿命36.13大理岩、砂岩、矽卡岩等6钻孔施工周期ZK5130.49分枝点563.70m，进尺253.80m7钻孔深度ZK4621080中靶精度9.84m冬瓜山定向钻探工程

4.钻孔定位精度验证中靶精度与定位精度

中靶精度是工程控制问题定位精度误差的产生仪器精度测程方法计算模型

4.钻孔定位精度验证定位精度验证孔号冬瓜山ZK525狮矿1-1狮矿2-1中段水平(m)-730-220-220验证点孔深(m)835307305坐标系X(N)Y(E)X(N)Y(E)X(N)Y(E)计算坐标(m)22.8613.6381.531.2678.226.90实测坐标(m)25.6913.7682.921.7578.847.98误差分量(m)2.830.131.390.490.621.08绝对定位精度(m)2.851.471.26相对定位精度(‰)3.414.794.13冬瓜山定向钻探工程

5.技术管理技术数据搜集、整理与提交，旬报、季报和年报编写与提交，定向钻进器材管理、维护与操作，钻孔轨迹设计、监测与控制，孔口及专用器材安排与调度，矿区科技项目管理与技术革新在严格的要求和艰苦的实践训练中，321队形成了一个技术员上山，即可在机台协助下完成一个回次定向钻进操作全过程的全能型工作风格，这也是321队以甚为有限的技术人力资源，优质、高效地完成了冬瓜山大型勘探的根本条件。科钻一井定向钻进技术1.地层的造斜强度江苏局在该区域的孔斜验收指标为5～7°/100mCCSD-PP2孔在625、700m两次填孔定向纠斜，终孔时顶角14.3°科钻一井定向钻进技术2.科钻一井孔斜要求先导孔

0~1000m，顶角≤5，狗腿度≤1/30m1000～2000m，顶角≤14，狗腿度≤1/30m主

孔0～2000m，顶角≤5，狗腿度≤2/30m2000～5000m，顶角≤18，狗腿度≤1/30m科钻一井定向钻进技术3.先导孔防斜

2045m终孔顶角4.1°科钻一井定向钻进技术060120180240300360方位角（º）02004006008001000120014001600180020002200240026002800300032003400360038004000420044004600480050005200051015202530顶角（º）井深（m）CCSD-PHCCSD-MHCCSD-MH-2CCCSD-MH-1C科钻一井定向钻进技术4.侧钻技术设计目标：以合适的造斜强度尽可能地降低顶角

合适的造斜强度：井段岩石坚硬，不会发生拉槽和吸附卡钻全井采用螺杆马达+液动锤井底驱动钻进至完钻，钻柱在孔内可以保持不转或低转“合适的造斜强度”，就是钻孔形态允许固井前可以顺利下入套管柱的造斜强度。科钻一井定向钻进技术4.侧钻技术设计套管允许弯曲半径7-5/8”：R=140m，imax=0.4/m；5”：R=93m，imax=0.6/m造斜强度确定：侧钻：i=0.3～0.4/m一般：i=0.1～0.2/m科钻一井定向钻进技术4.侧钻技术设计侧钻点选择地层造斜趋势：所处孔段的孔斜基本稳定，或地层造斜力方向与纠斜方向基本一致

a.MH孔段b.MH-1C孔段4.侧钻技术设计侧钻点选择地层基本完整，岩石可钻性级别相对较低2750m附近岩性3400m附近岩性4.侧钻技术设计超径孔段利用地层基本完整，岩石可钻性级别相对较低

侧钻点选择MH-1C：2450mMH-2C：3400m科钻一井定向钻进技术4.侧钻技术设计造斜钻头选择侧钻：天表钻头，孕镶钻头

(a)侧钻前(b)侧钻3.05m后科钻一井定向钻进技术4.侧钻技术设计造斜钻头选择侧钻：天表钻头，孕镶钻头一般：牙轮钻头4.侧钻技术设计近钻头稳定器安装

科钻一井定向钻探技术4.侧钻技术设计分枝段理论长度推导

/25.侧钻技术异径造斜

钻具组合a、b—造斜钻具组合c—扩孔钻具组合d—修孔钻具组