煤矿井下复合定向钻进技术

2020-06-16 10:43:40 yysm 434

复合定向钻进技术最早应用于石油钻井领域,是国内石油钻井领域使用比较普遍、高效的钻进技术,其原理是采用转盘或顶驱装置与井下滑动式造斜钻具相配合,在定向造斜孔段采用滑动式造斜钻具进行定向造斜;在稳斜段采用钻柱和孔底造斜钻具一起回转钻进,在转盘带动钻柱转动的同时,冲洗液驱动单弯螺杆马达带动钻头旋转而形成复合钻进技术。

煤矿井下定向钻进与地面定向钻井略有不同,井下定向钻孔多以近水平为主,钻进过程中靠坑道钻机给进机构主动加压钻进,因此煤矿井下实现复合钻进的方式则是由动力头带动钻杆转动的同时,冲洗液驱动单弯螺杆马达带动钻头旋转而形成复合钻进技术。因此本章主要介绍煤矿井下复合定向钻进技术原理和技术特性。

复合定向钻进技术原理 

复合定向钻进工艺为滑动定向钻进和复合钻进相互结合。滑动定向钻进时, 由孔底螺杆马达提供钻头回转碎岩动力,定向钻机仅提供轴向钻压,钻杆不回转只以滑动方式钻进,因此可以控制螺杆马达工具面方向,实现钻孔轨迹的调整。复合钻进过程中,孔底螺杆马达转子驱动孔底钻头切削地层的同时钻机回转器带动孔内钻具一起回转,实现钻进速度矢量叠加,其中螺杆马达转子旋转依靠泥浆泵通过钻杆泵入的高压水驱动,整个钻进过程中采用随钻测量装置按照一定钻进间隔测量出钻孔倾角和方位角,结合孔深可计算出钻孔实钻轨迹, 并可与设计轨迹进行比较确定钻孔轨迹偏斜情况,在合适的时候进行干预—— 实施滑动定向钻进,保证钻孔按设计轨迹向前延伸。

总之煤矿井下复合定向钻进工艺是滑动定向钻进工艺的改进、升级,二者钻进方式上的最大不同是:滑动定向钻进工艺在钻进过程中“只滑不转”连续造斜,复合定向钻进工艺在钻进过程中有滑有转间歇造斜。从轨迹控制角度讲, 煤矿井下复合定向钻进工艺中的复合包含两层含义,一是滑动造斜回转稳斜两种定向模式的复合,二是回转稳斜定向钻进过程中钻机回转器回转与孔底螺杆马达回转两种碎岩动力的复合。

复合钻进时孔底马达工具面向角随钻杆旋转而不断变化,钻头侧向力呈周期性变化,因此钻进时无法控制钻孔轨迹。但复合钻进钻孔轨迹变化与孔底马达弯角、钻压、转速、钻孔扩大率及钻孔倾角变化密切相关,钻进过程中可综合分析各项参数对钻孔轨迹的影响情况,结合滑动钻进技术对钻孔轨迹进行人工控制。图 2.2 为复合定向钻进应用实例示意图,图中钻孔轨迹实曲线表示滑动造斜钻进,钻孔轨迹虚曲线表示复合稳斜钻进。

通缆钻杆 通缆钻杆

• 本煤层支状钻孔 (b)顺层钻孔

图 2.2 复合定向钻进工艺应用实例示意图

实施复合钻进有以下目的:

⑴防止钻具被卡,减少钻具摩阻而产生的钻压降低;

⑵可一定程度上保证定向钻孔中的稳斜段钻孔倾角和方位角变化趋势很小;

⑶协助螺杆马达辅助钻进。这种钻进方法的优点是:钻孔轨迹平滑,有利于孔内排粉,从而减少钻孔事故的发生率;机械钻进效率高,有利于实现深孔钻进。

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