2.煤矿井下定向钻进轨迹控制.pptx

中煤科工集团西安研究院有限公司 钻探技术研究所 7.煤矿井下定向钻进工艺 ——7.2 煤矿井下定向钻进轨迹控制 煤矿井下定向钻进技术培训系列 课程内容 1. 螺杆钻具造斜原理 2. 钻孔轨迹控制方法 3. 典型钻孔轨迹控制实例 1. 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。 螺杆钻具特点：不需要钻杆旋转；通过冲洗液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。 （1） 螺杆钻具介绍 1. 螺杆钻具造斜原理 目前，螺杆马达配合造斜件是实现定向钻进理想的人工受控弯曲工具。能够进行定向钻进主要基于三个缘由： （2） 螺杆钻具造斜原理 钻头回转破碎岩石，螺杆外管及钻杆柱不回转 连接不同角度的定向或可调弯外管 可随钻测量倾角和方位 1. 螺杆钻具造斜原理 （3） 螺杆马达参数 外径mm 73 头数 4:5 排量lpm 113-365 级数 3 钻头尺寸mm 82-114 转速rpm 160-375　 重量kg 62.5 输出扭矩Nm 257 最大过载拉力kN 89 长度m 2.85 最大钻压kN 27 最大压降kPa 2758 （4） 定向钻进钻具组合 定向钻具组合：钻头+螺杆马达+短接头+下无磁钻杆+长接头+探管+接头+上无磁钻杆+普通通览钻杆 1. 螺杆钻具造斜原理 （5）螺杆马达与稳定组合钻具优缺点对比 稳定组合钻具 VS. 螺杆马达 成本低、结构简单、易于操作 结构较为复杂、价格相对昂贵 对冲洗液要求较低 对冲洗液要求较高 不能控制钻孔方位角，倾角只能在一定范围内调节 对倾角、方位角均能调节、实时随钻测量精度高、定向效果好 对设备机具能力要求较高、钻工劳动强度相对较大 对设备能力要求较低、对钻工技术水平和素质要求较高 长时间使用钻杆易疲劳磨损 钻杆不转动，充分利用功率，既有利于发挥钻头切削性能，又减少钻杆的疲劳和磨损 2. 钻孔轨迹控制方法 （1）定向钻孔轨迹控制主要参数 倾角 方位角 工具面向角 左右偏差 上下偏差 磁偏角 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；就是通常所说的马达“弯头”朝向。 2. 钻孔轨迹控制方法 （1）定向钻孔轨迹控制主要参数 倾角 方位角 工具面向角 左右偏差 上下偏差 磁偏角 上下偏差：定向钻孔的孔底相对于开孔点（孔口）的垂直深度，也叫上下位移 左右偏差：定向钻孔的孔底向水平面投影后再向X轴上投影所得到的长度 2. 钻孔轨迹控制方法 （2）定向钻孔轨迹控制原理 定向钻进能够实现轨迹控制主要是通过对螺杆马达钻具工具面向角（即弯头朝向）的调整，实现归钻孔轨迹倾角、方位角的控制，并采用随便测量系统实时监测钻孔轨位置，从而达到轨迹控制的目的。 螺杆马达弯头 2. 钻孔轨迹控制方法 （2）定向钻孔轨迹控制原理 倾角：θ 方位角：α 工具面面向角：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 2. 钻孔轨迹控制方法 （2）定向钻孔轨迹控制方法 在对倾角的控制中分为增倾角、稳倾角、降倾角三种情况，工具面向角的区域分别为： 0~80°、280°~360°；80~100°、260~280°；100~260°。 a）倾角控制原则 2. 钻孔轨迹控制方法 （2）定向钻孔轨迹控制方法 假设设计倾角： 0º ，则倾角控制在：- 2º ~ 2º a）倾角控制原则 2. 钻孔轨迹控制方法 （2）定向钻孔轨迹控制方法 在对方位角的控制中分为增方位、减方位两种情况，一般不采用稳方位，工具面向角的区域分别为：30°~150°；210~330°。 b）方位角控制原则 2. 钻孔轨迹控制方法 （2）定向钻孔轨迹控制方法 假设设计方位角： 330º ，则方位角控制在：325º ~ 335º 325º 327º 332º 335º 335º 332º 327º 325º 330º 左 右 偏 差 335º 332º 327º 325º 325º 327º 332º 335º 降方位 增方位 降方位 增方位 b）方位角控制原则 2. 钻孔轨迹控制方法 （2）定向钻孔轨迹控制方法 增倾角增方位（ 30~80° ） 增倾角减方位（ 280~330°） 稳倾角增方位（80~100°） c）倾角与方位角综合控制原则 在考虑重力及转速等影响下，需要在实钻中，结合地层条件，不断摸索、校正。 稳倾角减方位（260~280°） 降倾角增方位（100~150°） 降倾角减方位（210~260°） 2. 钻孔轨迹控制方法 （3）定向钻孔开分支技术 开分支技术是定向钻进