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11-煤矿井下定向钻孔轨迹控制

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11 煤矿 井下 定向 钻孔 轨迹 控制
资源描述:
中国煤炭科工集团西安研究院钻探所煤矿井下定向钻进轨迹控制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、2:5 3 1360620 257 89 27 2758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。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。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 。随钻测量系统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。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。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 “ - >读数据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 —马达接头通缆钻杆工具面向角修正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弯头向左工具面向角 90º弯头向右工具面向角 180º弯头向下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: 倾角增减分量 : 360º)270º 90º180ºφ0º( 360º)270º 90º180º增斜: φ↑增方位: α↑降斜: φ↓增方位: α↑降斜: φ↓降方位: α↓增斜: φ ↑降方位: α↓倾角控制原理假设设计倾角: 0º ,则倾角控制在: - 2º ~ 2º 2º1º º2º2º1º º降斜 稳斜 增斜 稳斜 降斜 稳斜 增斜 稳斜100º260º 100º260º80º280º降斜 稳斜 增斜80º280º0º上下偏差方位角控制原理假设设计方位角: 330º ,则方位角控制在: 325º ~ 335º 325º327º 332º335º335º332º 327º325º330º左右偏差 335º332º 327º 325º325º327º 332º335º降方位 增方位 降方位 增方位190º350º 10º170º降方位 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)。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。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。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煤层中钻进。钻孔轨迹计算方法 1101110111c ) c )22c ) )22)2ni i i i i                开分支工艺1、分支点选择: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 0工具面 00工具面 180低分支孔成孔几率 高分支点选择:尽量选择“ 倾角增加 孔段 ”开分支工艺2、开分支工具面向角选择:采用分支点附近孔段背向工具面向角开分支当原钻孔方位角增加时,工具面向角 180o~ 260具面向角 100o~ 180分支钻进参数选择:采用减压(给进压力)、控时钻进开分支工艺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)钻具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。轨迹控制实例分析 — 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20050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 102米,施工过程中未出现孔内事故轨迹控制实例分析 — 双柳矿轨迹控制实例分析 — 双柳矿轨迹控制实例分析 — 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 层陷落柱发育,陷落柱密度平均 25个 /中仅主孔需在 6个陷落柱煤层中定向穿行。轨迹控制实例分析 — 杜儿坪矿轨迹控制实例分析 — 九里山矿2011年 9月 22日至 10月 11日施工 4号梳状钻孔,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。4#梳状孔实钻轨迹平面图(上)与剖面图(下)轨迹控制实例分析 — 兴无矿2011年 5月 26日至 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 70213个分支孔累计孔深653m,其中 6302315 5 0 5 10 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 孔轨迹剖面图 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 4#钻孔轨迹平面图轨迹控制实例分析 — 黄陵一号矿2011年 10月 6日至 10月 20日施工 2#钻孔,2#钻孔主孔深度 711m,分支孔深度 285m,总进尺 996m。00 200 300 400 500 600 700 8002#钻孔实钻轨迹上下偏差图010203040500 100 200 300 400 500 600 700 8002#钻孔实钻轨迹左右偏差图轨迹控制实例分析 — 黄陵二号煤矿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巷 50孔,主孔深度 813m,分支 285m,总进尺 1098m。黄陵二号煤矿施工钻孔平面图00 200 300 400 500 600 700 800 9000204060801000 100 200 300 400 500 600 700 800 900黄陵二号煤矿 4#钻孔实钻轨迹剖面图黄陵二号煤矿 4#钻孔实钻轨迹左右偏差图2012年 8月 ,在北二一号辅运大巷正头,施工 1个定向孔,主孔深度 705m,分支孔 927m,总计进尺 1632m。1#钻孔轨迹平面布置图1#钻孔上下偏差和左右偏差图轨迹控制实例分析 — 柳林同德矿2012年 5月,同德矿施工 3#钻孔,设计孔深 780m, 9个分支孔,由于时间限制,实际施工主孔深度 786m,分支 111m,累计进尺 897m。同德矿施工钻孔平面图同德矿 3#钻孔轨迹左右偏差图(红色和粉色为实钻轨迹)同德矿 3#钻孔轨迹上下偏差图(红色和粉色为实钻轨迹)
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