复杂破碎地层孔底驱动快速跟管钻进技术研究

跟管钻进技术因其可以保护孔壁,防止卡钻,防止漏失,提高套管作业效率等特点,被广泛应用于油气钻井领域,但由于煤矿井下地层条件的复杂性,以及井下空间和现有钻机设备限制,该技术在解决煤矿井下钻探复杂破碎地层下套管作业困难、作业效率低下等问题方面未有规模应用。针对这些问题,本文以河南赵固二矿为例,在分析复杂破碎地层下套管困难原因的基础上,提出孔底驱动跟管钻进技术,开发出了孔底传扭机构,并在赵固二矿进行了工业性试验,研究结果表明,孔底驱动跟管钻进技术解决了常规下套管工艺套管不转动、不排渣、易被卡死的问题,解决了复杂破碎地层套管作业效率低下和易形成废孔的问题,在穿越复杂破碎地层中应用具有较大优势。     

我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望

煤矿井下坑道钻探在保障煤矿安全高效开采、增加清洁能源供给、实现绿色发展等方面发挥着不可替代的作用。改革开放以来,我国煤矿井下坑道钻探技术与装备实现了"由无到有"向"由弱到强"的历史性跨越,依靠坑道钻探技术与装备科技创新,支撑煤矿地质保障能力持续增强。首先从矿井灾害防治、隐蔽致灾地质因素探查、煤层气资源开发和其他工程应用等方面,全面阐述了安全高效绿色开采对煤矿井下坑道钻探的需求,并结合煤矿井下坑道钻探领域专著、专利、论文、标准规范、获奖情况,系统回顾和总结了40年来我国煤矿井下坑道钻探技术与装备的发展历程和代表性成果。在坑道钻探技术与装备方面,提出和发展了煤矿井下坑道回转钻进技术、稳定组合钻具定向钻进技术和随钻测量定向钻进技术,实现了煤矿井下钻孔施工由"无控钻进"到"受控钻进"再到"精确定向钻进"的跨越;研制了坑道钻机、泥浆泵(车)、钻杆、钻头、螺杆钻具、随钻测量系统、冲洗液循环净化系统等装备,促进了煤矿井下坑道钻探装备国产化进程及其升级换代,形成了适应于我国煤层赋存地质条件和开采条件、同时具备自主知识产权的坑道钻探技术与装备体系,尤其是大功率定向钻进和自动化、智能化钻进技术与装备研发,...     

在煤田深孔钻进易斜地层中偏重管的防斜应用

针对登封煤田庞窑详查项目钻孔地质设计孔深均在1400m左右,在煤田钻探施工中属于深孔钻进施工,由于岩层倾角大、地质构造复杂、岩石坚硬破碎,存在深孔钻进易斜技术难题,通过采用偏重管防斜技术,并对钻探施工主要设备类型、钻具组合、钻进技术参数、泥浆类型等方面进行了合理的选配,顺利完成了该项目12个钻孔施工任务,终孔孔斜均达到了甲级孔的孔斜质量要求,成功解决了在煤田深孔钻进易斜地层防斜快打技术难题。     

保护层开采卸压瓦斯抽采定向钻孔施工关键技术

为了解决下峪口煤矿上保护层开采过程中工作面瓦斯超限问题,提出了煤矿井下卸压瓦斯抽采定向钻进技术方法,分析了装备机具选型、钻孔设计方法、钻孔轨迹调控,研究了大角度开孔、稳压注浆固管、混合钻进、地层判别、快速回转穿异常区和预留分支点六个定向钻孔施工关键技术.工程试验结果表明:该技术具有开孔成功率高、能快速穿过破碎岩层塌孔区...     

破碎煤层定向钻进工艺在万峰煤矿的应用北大核心

定向钻进技术及装备作为国内近几年来煤矿井下钻孔施工领域最先进的技术,在煤矿井下瓦斯治理方面发挥着越来越重要的作用,但通过调研发现,由于该技术装备的结构特点决定了其在稳定地层中钻孔效果较好,而在破碎地层中钻孔效果较差。开发了破碎煤层定向钻进工艺,并在金晖万峰煤矿进行了应用。从试验结果来看,对于万峰煤矿这种地质构造复杂的破碎地层,虽然施工难度大且突发状况较多,但应用破碎煤层定向钻进工艺也可施工定向长钻孔。     

破碎煤层定向钻进工艺在万峰煤矿的应用

定向钻进技术及装备作为国内近几年来煤矿井下钻孔施工领域最先进的技术,在煤矿井下瓦斯治理方面发挥着越来越重要的作用,但通过调研发现,由于该技术装备的结构特点决定了其在稳定地层中钻孔效果较好,而在破碎地层中钻孔效果较差。开发了破碎煤层定向钻进工艺,并在金晖万峰煤矿进行了应用。从试验结果来看,对于万峰煤矿这种地质构造复杂的破碎地层,虽然施工难度大且突发状况较多,但应用破碎煤层定向钻进工艺也可施工定向长钻孔。     

浅表回填及岩溶破碎层地埋管钻探施工技术

在贵州岩溶山区地源热泵空调系统实施中,地埋管工程常遇浅表层松散无结构回填层和软弱岩溶破碎带,钻探施工因孔壁垮塌及掉块严重、护壁管不能到位致成孔困难至不能成孔,严重影响工程进度和钻进高成本、甚至影响周边建筑物安全。采取偏心潜孔锤跟管钻进技术达到随钻跟管护壁,有效解决和避免了浅表松散回填层及软弱岩溶破碎带孔壁垮塌护壁问题,对提高钻进效率和成孔质量、降低成本及对同类地层地埋管钻探施工具有参考意义。     

钻探技术在煤矿井下防治水中的应用

在社会发展愈发完善的同时,各项科学技术水平也得到明显升高,强化能源应用效率与应用标准成为现阶段人们关注的热点,然而煤矿井下水文地质环境十分复杂,为了强化水害的防治效果,提高煤炭开采效率,需要做好煤矿井钻探工作,合理运用钻探技术。借助实例分析方法,概括了煤矿防水技术与钻探技术。通过分析煤矿防水技术与钻探技术,指出钻探技术的具体应用方面：全煤层钻孔螺旋钻杆钻进技术手段、高度角上仰孔钻进技术、松软层跟管钻进技术手段、定向斜下孔钻进技术等。在莒山煤矿安全管理过程中,将工作面防治水管理作为主要内容,能够确保煤矿井下作业安全。     

复杂地层钻探安全影响因素与防范对策

本文以新河矿业公司井下水文地质补充勘探工程为例,系统分析了煤矿井下地质和水文地质钻探施工存在的安全关键性问题及其成因和危害。根据复杂地层地质条件,对保证钻探安全施工的设备、钻进技术工艺方法等进行了探讨,总结了煤矿井下深孔钻探施工经验。针对影响钻探安全的主要危险因素提出了防范对策,为类似复杂地质条件下的钻探工程施工提供了参考。     

跟管钻进下套管技术在大洋钻探中的应用

大洋钻探通常采用无隔水管开路钻进,在松散破碎地层常因孔壁失稳导致孔内事故,最理想的护壁方式是下套管将不稳定地层封隔开。传统下套管方法程序复杂,作业时间长,易发生缩径、塌孔,套管不能顺利下入到预定位置,施工风险大、成本高。本文介绍了一种跟管钻进下套管技术,利用套管下扩孔器、井下动力钻具、套管送入工具等配套设备,实现钻进和下套管工序"合二为一",简化了施工程序,可显著节省施工时间,解决了深海无隔水管钻进复杂地层下套管作业困难、施工风险大、成本高等技术难题,为实现海洋深部钻探取心目标提供了技术支持。     

井下定向钻机成孔技术在成庄矿的应用

针对目前井下普通钻机成孔长度短、钻孔轨迹混乱、瓦斯预抽期较短,以及工程量大等局限性,为了确保矿井抽、掘、采合理衔接,成庄矿引进了井下千米定向钻机装备及定向钻孔工艺技术,根据预抽目标区域瓦斯赋存的特点和抽、掘、采衔接需要,设计、布置定向钻孔,进行大面积模块预抽。介绍了定向钻孔钻机具的特点、施工工艺以及井下应用效果,分析总结了千米定向钻机成孔工艺具有定向、远距离、覆盖面积大、开分支、探构造、抽采效果佳等性能特点,简要展现了千米钻机顺层定向钻孔在成庄矿瓦斯抽采中的应用效果。     

液动潜孔锤钻进技术在潘一煤矿井下穿层钻孔中的应用

以穿层钻孔方式进行松软煤层瓦斯预抽采极大地克服了松软煤层瓦斯治理难的问题,然而部分矿区煤层顶(底)板岩石坚硬,影响了钻孔施工效率。结合地质岩心钻探的优势,将液动潜孔锤与高强PDC钻头结合应用于煤矿井下穿层瓦斯抽采孔施工中。淮南潘一煤矿现场试验表明,该工艺方法较传统回转钻进方法,钻进效率提高了83%,钻头进尺寿命提高近5倍,具有良好的经济性能。采用清水为冲洗介质,无粉尘污染,噪声污染小,较为适合空间狭小的煤矿井下巷道施工。     

丰达煤矿水文地质条件分析与防治对策研究

急倾斜煤层覆岩破坏发育规律较为复杂,其顶板导水裂隙带发育高度不完全可控,其浅部老空老窑积水易构成较大隐患。针对丰达煤矿急倾斜的二₁煤层,矿井安全生产面临较严重的浅部老窑积水水害威胁状况,通对分析矿井水文地质条件尤其是老空水和地下水水害威胁程度,提出了“地面井下相结合、探查疏放工作持续开展、老窑灰岩水害防治兼顾”的防治对策,开展井下泄水巷结合常规钻探疏放老空水同时对寒灰水进行探查,确保浅部老空水疏干放净和寒灰水安全带压开采,为矿井安全采掘和急倾斜煤层的探查与防治提供对策。     

煤矿井下复杂岩层跟管定向钻进技术研究

为了解决煤矿井下复杂岩层破碎定向钻进出现孔壁坍塌而成孔难题,创新发明出复杂岩层跟管定向钻进技术护住复杂破碎孔段。该技术先采用中心定向钻具外跟套管穿过复杂地层,然后提出中心定向钻具利用外部套管护住复杂岩层孔段,最后在外部套管内下入下一级定向钻具施工。本文通过开展跟管定向钻具设计、跟管定向钻进工艺研究,并将该技术应用于淮北某矿高位定向钻孔试验。试验中该技术成功护住了由2层煤线、1层泥岩组成的103.5 m复杂岩层孔段,最终定向钻进成孔孔深530 m。试验表明,本技术可有效护住复杂地层孔段,提高复杂岩层定向钻孔深度和保护抽采通道。     

煤层气赋存特征及其参数井与排采井设计

以勘查区地质特征为基础,分析了煤层埋深、煤层厚度、煤层含气量、甲烷风化带、渗透率、煤体结构等煤层气赋存特征,为参数井与排采井设计提供了设计依据,根据井位部署原则,对参数+排采试验井进行了选位及选型,然后设计了钻井工程,煤层气抽采试验井采用大位移定向套管射孔完井,先进行直井钻井,一开下套管固井、二开钻穿煤层,然后三开进行定向井施工,钻穿煤层30 m完钻,下套管固井,水泥返至地面。并分析了井身结构、井身质量要求、钻井主要设备及钻具组合、钻井液方案及井控技术与煤储层保护要求。研究为煤层气区块的定量化排采提供技术支持。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

千米钻孔打钻防喷孔装置在双柳煤矿瓦斯抽采中的应用

在突出矿井施工钻孔经常会遇到瓦斯喷孔现象,瓦斯喷孔是突出矿井钻孔施工过程中经常发生的一种瓦斯事故,钻孔施工过程中的喷孔现象不仅仅会造成瓦斯超限,而且会对钻孔施工人员生命安全造成严重威胁,危害矿井安全生产。为减小对突出矿井钻孔喷孔的危害,设计了一种防喷孔装置,该装置主要构成部分包括封孔套管、孔口多通装置、煤气分离装置、防喷抽采管、三通排渣装置等。使用这套装置后,打钻过程中排放的水、气、渣得到有效分离。在双柳煤矿千米钻机采用该防喷孔装置后,由喷孔引发的瓦斯超限事故基本没有再发生,保障了双柳煤矿的安全生产。     

空气(泡沫)潜孔锤钻进工艺在王家岭煤矿紧急避险孔中的应用

空气(泡沫)潜孔锤钻进工艺在王家岭煤矿紧急避险孔钻进中,有效解决了钻孔垂直度要求高、地层漏失等施工难点,实现了高质量快速成孔。该工艺平均机械钻速高达7.99 m/h,终孔水平位移仅为0.48 m,二开孔段每米综合成本504.8元。邻孔SW1水文补勘孔以泥浆作为循环介质、采用牙轮回转正循环钻进工艺,平均机械钻速为0.86 m/h,二开孔段每米综合成本为820.5元。前者平均机械钻速约是后者的9倍,较后者节约成本38.5%。与邻孔泥浆正循环牙轮回转钻进工艺相比,该工艺不仅解决了紧急避险孔施工难点,还提高了孔身质量、节约了工期、降低了成本,达到降本增效的目的,值得类似工程借鉴。     

栾川钼矿采空区钻探技术试验研究

针对栾川钼矿地质结构复杂、地下采空区交错纵横,采空区底板凹凸不平开孔困难,普通钻进容易造成钻孔偏斜的情况,为解决矿区面临的勘探技术难题,研究试验了以潜孔锤反循环钻探技术为核心,集成多种先进的钻探机具,采取人工造孔法、下套管导向法或实时控制参数法等钻探工艺,顺利在采空区底板打孔并钻穿多层采空区,取得了良好效果。     

煤矿区地面注浆多分支水平井装备及技术

地面注浆技术是煤矿水害防治的有效方法,注浆多分支水平井是地面注浆技术实施的基础。结合矿区地质条件、钻井工艺、注浆工艺等特点,优选注浆井施工用车载钻机、稀土永磁直驱泥浆泵、电磁波无线随钻测量系统、固控系统等装备,并对注浆井钻孔结构、轨迹控制、套管施工等关键技术进行研究。形成一套适用于注浆多分支水平井用钻井装备及关键技术,对煤矿水害防治工作具有重要意义。