煤矿井下稳定组合钻具定向钻进技术

2020-06-18 08:26:43 yysm 324

稳定组合钻具定向钻进技术是在回转钻进的基础上通过在近钻头处的钻杆之间布设稳定器实现钻进过程中的轨迹控制 。稳定组合钻具由钻头、稳定器和短钻杆按照不同的组合形式连接组成。通过在稳定器之间连接不同直径和长度的钻杆,组成不同的组合钻具,利用钻杆自身的重力、给进力、离心力及其弯矩所形成的挠曲变形对与其刚性连接的钻头产生作用,使钻孔轨迹上仰、下斜或保直钻进,以达到控制钻孔方向的目的。一般而言,和钻头连接的稳定器直径接近或等于钻头外径,钻杆柱上连接的稳定器直径较与钻头连接的稳定器直径小 0.5mm 左右。对于普通的煤系地层,多使用表面悴火的螺旋槽型稳定器。稳定器两端可镶焊硬质合金切削齿,既可以破碎孔壁掉块,又可以在钻头严重磨损后起到扩孔作用,保证稳定组合钻具的正常钻进和顺利起下钻具。当使用同级钻杆的大一级稳定器直径磨损后,也可重新加工外表面作为下一级稳定器。实际上就是同一级稳定器,直径磨损 1mm 后仍具有定向作用,只是定向效果有所降低。

稳定组合钻具根据其对钻孔倾角的影响,可分为使钻孔上仰、保直、下斜三种类型,其结构如图 1. 1 所示,其工艺原理如下。

1)  上仰组合钻具

钻进过程中,在近钻头稳定器的支撑作用下,钻杆自重使稳定器后方的钻杆向下弯曲,在钻压和离心力作用下弯曲加剧,促使钻头切削孔壁上侧岩体导致钻孔轨迹上仰。应使用侧出刃较大的钻头来实现造斜钻进。从理论上讲,钻头正转切削孔壁上侧岩体使钻孔向上偏斜的同时,应有向左偏斜的趋势,但上仰孔实际施工中却呈现向右偏斜的趋势,其原因是钻进速度较快时,近水平孔中颗粒粗大的岩、煤粉不易冲离孔底,堆积在钻头后

方,钻杆左侧形成较大的岩屑楔,钻进过程中在摩擦力作用下迫使钻杆向右上方偏移。岩屑楔对上仰孔起加大倾角弯曲强度的作用,对下斜孔则起减少倾角弯曲强度的作用。

2)  保直组合钻具

稳定器等间距布置于钻头后方各根钻杆之间,整个钻柱在钻孔中保持“满、刚、直”的效果。钻进过程中钻头不切削或很少切削孔壁,从而使钻孔轨迹沿原方向延伸。

通缆钻杆

图 1.1 稳定组合钻具结构图

一般情况下,钻头后紧接第一个稳定器可产生强保直效果,而钻头后接一根长 1 ~1.5m 的短钻杆宕再安装第一个稳定器将产生弱保直效果。为了提高保直钻进效果应尽量使用侧出刃小或无侧出刃的钻头。

3) 下斜组合钻具

在保直组合钻具的基础上,将第一个稳定器位置后移,增大其与钻头间距,利用稳定器的支撑作用,减小整个钻具对钻头及与之连接钻具的束缚,增加其自由度,充分发挥第一个稳定器前方钻杆的自重作用,并作用于钻头使钻孔轨迹产生下斜趋势。为了加大下斜果.在钻头后可连接细钻杆及加重钻杆,进一步增加钻头对下侧孔壁的切削力。

稳定组合钻具定向钻进技术工艺原理简单、钻具成本低、地层适用性强、操作方便,能够满足对定向精度要求不高的定向钻孔的施工要求,其主要具有以下特点。

(1)  在钻具回转状态下能够实现钻孔倾角的粗放调谄,但不能调谄方位角,钻孔轨迹控制精度低。

(2)  可以增加钻孔在目标地层中的延伸距离,提高钻孔利用效果。

(3)  不同的稳定组合钻具具有不同的轨迹调控规律,应根据钻孔轨迹控制需要,选择合适的稳定组合钻具。

(4)  钻进过程中应根据不同孔段的轨迹控制需要,起下和更换钻具组合,而起下钻次数增多会造成钻进效率降低。

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