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1、ZYWL-4000D型定向钻机定向 钻进工艺及技术 中煤科工集团重庆研究院 钻探研究分院 1 综述 2 定向钻进技术的原理及特点 3 水平定向钻进装备 4 水平定向钻进施工工艺 5 打捞施工 6 施工注意事项 目录 1 综述 上世纪七十年代定向钻进技术由地质领域引用到煤矿井下，随着螺杆钻具 快速发展及成熟，美国、澳大利亚等国在上世纪九十年代已经完成千米钻孔 2002年2月VLD公司完成l761m的煤矿井下水平定向孔 后期引进 2003年亚美大宁矿 VLD-1000定向钻机 施工深度1002m 寺河矿、成庄矿 前期引进 上世纪九十年代 UNDP项目 松藻、铁法、淮南、 平顶山、抚顺 引进9套美国
2、和澳大利 亚千米钻机 顺层孔施工不超过 100m,最浅孔45m 最深孔470m（岩孔） 况 概 展 发 内 国 VLD-1000定向钻机在 国内累计销售100余台 原因分析 9台钻钻机最深钻钻 进进470m 地质条件 复杂 煤层松软 对形式估 计不足 煤质较硬 外国专家 指导 完成1002m千米 钻钻孔一个 地层稳定 松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺 亚美大宁矿、寺河矿、成庄矿 2 定向钻进技术的原理及特点 定 义 近水平定向钻进技术（Nearly Horizontal Directional Drilling, HDD）是利用钻孔自然弯曲规律或采用专用工具使水平钻孔 轨迹按设计要求延伸钻进至预
3、定目标的一种钻探方法 定向钻进技术不仅能大幅提高单孔的施工深度，还能够实现 一个主孔内多个分支孔的施工，从而大幅度提高了单孔瓦斯 抽放量和抽放范围 意 义 定向 钻进 工艺 技术 定向钻孔轨迹设计 定向钻孔轨迹控制 定向钻进工艺参数 定向钻孔轨迹设计 煤矿井下水平定向钻孔以井下 钻场为参照建立空间坐标系 定向钻孔轨迹的基本要素 水平钻孔中一 般是指孔口到 测点的钻孔曲 线实长，通常 以孔内钻杆长 度来衡量 钻孔当前点 的切线与水 平面之间的 最小夹角 钻孔当前点的 切线在水平面 的投影与真北 方向之间的夹 角 深度 方位 角 倾角 由加接钻杆累加 所得,一般6m一测 用上下偏差位移 来衡量变化
4、，范 围-90 +90 , 精度0.2 用左右偏差位移来 衡量变化，范围0 360 ,精度1.5 空间坐标系的建立 上/下偏差图 二维投影图表示法一般包括垂直投影图和水平投影图 钻孔轨迹形状的描述方法 左/右偏差图 定 向 钻 孔 轨 迹 设 计 主孔设计 分支孔设计 煤层顶底板标高 矿区等高线 煤层厚度 合理的顺序 合适的深度 合适的造斜点 定向钻孔轨迹控制 以投影面X轴正半轴为始边，顺时针转到螺杆 钻具弯接头在垂直平面内的投影线所转过的角 度，范围0360 ,精度1.5 工具面向角 对倾角的影响对倾角的影响对方位角的影响对方位角的影响 方位角和 倾角是随 孔深而异 其变化趋 势和快慢 通过
5、调整 弯接头方 向来控制 设计钻设计钻 孔 确定方位、倾倾角 主孔施工 钻钻孔测测量 确定工具面向角 设备设备 安装、调试调试 准备钻场备钻场 调调整工具面向角 侧钻侧钻 开第i个分支 孔 钻进钻进 至设计设计 孔深 调调整工具面向角 起钻钻至第i个分支孔点 提钻终钻终 孔 i=i+1 in 方位、倾倾角是否偏 离 设计轨设计轨 迹 Y N Y N 后退式侧钻开分支孔工艺流程 工具面向角 设计钻孔 确定方位、倾角 主孔施工 钻孔测量 确定工具面向角 设备安装、调试 准备钻场 方位、倾角是否偏 离 设计轨迹 Y N i=i+1 侧钻开第i个分支孔 调整工具面向角 钻进至第i个分支孔点 Y in
6、N 提钻至主孔 主孔施工 提钻终孔 前进式侧钻开分支孔工艺流程 通过调整工具 面向角的方法来重 新进入预定分支钻孔 分支孔重入技术 3 水平定向钻进装备 装 备 组 成 定向钻机泥浆泵螺杆马达定向钻杆随钻测量系统 VLD-1000 ZDY6000LD（A ） ZYWL-6000D定向钻机（整体式） ZYWL-6000DS定向钻机（分体式） 外形尺寸 重量大小 功率大小 输出转矩 定向钻机 项项目单位 ZYWL-6000DZYWL-6000DSZYWL-4000D 最大钻进钻进 深度m 10001000600 开孔直径mm 96、133、15396、133、15396、133、153 终终孔直径
7、mm 96 96 96 钻钻杆直径mm7373 73 额额定输输出转转速r/min502005020050-240 额额定输输出转转矩N.m 60001400600014004000-1050 推进进力kN 160160160 起拔力kN 160160210 正常进给进给 速度m/min 01.501.501.5 给进给进 行程mm 150010001050 制动转动转 矩N.m 200020002000 最大供水压压力MPa 101010 行走机构 驱动驱动 型式 液压液压液压 行走速度m/min2222 22 爬坡能力2020 20 履带带板宽宽度mm350350 300 泵泵站 电动电动
8、 机功率kW9090 55 油箱有效容积积L300310 305 主机外形尺寸(长长宽宽高)mm 383021001850主履带车 :312014501950 副履带车 :300014501820 327014501735 整机重量kg 12500（不含钻具）主履带车 6050/副履带车 47008500（不含钻具） 通缆钻缆钻 杆mm733000733000 733000 胎体式PDC钻头钻头mm9696 96 ZSZ1000型随 钻测钻测 量装 置 方位角0360（1.5）0360（1.5） 0360（1.5） 工具面向角0360（1.5）0360（1.5）0360（1.5） 倾倾角-90
9、+90（0.2）-90+90（0.2）-90+90（0.2） ZSZ1000型随钻测量装置ZSZ1000测量系统软件界面 测量系统 DGS系统与探管连接 通缆钻杆外观图 通缆钻杆结构图 中心电缆的密封结构 定向钻杆 电子水辫外观图无磁钻杆 电子水辫无磁钻杆 1、旁通阀总成；2、防掉总成；3、马达总成；4、万向轴总成；5、传动轴总成 6、马达外壳；7、定子（橡胶衬套）；8、转子 螺杆马达 螺杆 马达 部件 结构 示意 图 螺杆 马达 外观 示意 图 螺杆马达理论工作特性（左）和实际工作特性（右） M工作转矩；N功率；n转速；p压降；工作效率 反切削胎体式PDC钻头 单向阀 4 水平定向钻进施工工
10、艺 钻场布置 开钻前准备工作 移机、锚固 开孔、扩孔 封孔 孔口设备安装 设备连接及开新孔 正常施工 工艺流程 完孔退钻 数据传输 1 钻场布置 配件是否齐全 设备调试是否稳定 排水、排渣、抽放管路是否 合理 了解作业环境 了解施工煤层概况 2 开钻 前准 备工 作 移机距离 锚固结实 3 移机 锚固 4开孔、扩孔 根据封孔管长度 确定开扩孔深度 5 封孔 工艺流程复杂，应根据封孔材料的不同选 择相应的封孔设备和工艺（关键步骤） 6 孔口瓦斯抽采系统连接 螺杆马达安装 无磁钻具接入 孔口装置固定 上扣涂抹螺纹胶 7 8 弯头复位及初始设置 9 定向钻进施工孔口即时返水、返渣情况 钻机推进压力和
11、推进速度 泥浆泵水压和流量 掌握钻进流程及注意事项 10 成孔 设备的拆除（随时 注意孔内瓦斯情况 ） 11 并网接抽 完孔后应配合矿方将钻孔 即时接入管网抽采系统 12 数据拷贝 施工期间及时保存数据 完孔后将最终数据拷贝至井上 5 打捞施工 由于煤层、瓦斯、地质等因素的复杂性，造成在施工过程中 不可避免的会发生压杆事故 定向钻杆、无磁钻杆、螺杆马达及DGS系统等组件成本昂贵 原因一 原因二 提前预防方案制定打捞作业 打捞方式 卡钻处理抱钻处理断钻处理 打捞工具 打捞公锥 打捞母锥 打捞钻杆+打捞钻头 一 准确记录事故发生位置 注意事项 三 打捞工作一次性成功率较低，需反复进 行打捞操作，工作人员应保持平和心态 二 根据现场具体情况选用合适的打捞工具 6 施工注意事项 1 钻机方面 2 钻杆方面 3 螺杆马达方面 4 施工工艺方面 开钻前检查设备 使用前检查每根钻杆、使用时螺纹端涂抹黄油 使用前用静压水试运行 经验积累 THE ENDTHE END 敬请批评 指正 联系电话：023-68683240 023-68683243
