煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展

煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域。经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺。结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高。     

煤矿井下1800m水平定向钻进技术与装备

针对现有煤矿井下定向钻进技术与装备存在的技术问题,提出采用ZDY12000LD大功率定向钻机、泥浆脉冲无线随钻测量系统、配套钻具及复合定向钻进工艺进行煤矿井下定向钻进。结合现场试验,完成了主孔深度1 881 m的定向长钻孔,验证了ZDY12000LD钻机功率大、钻进及事故处理能力强的特点。同时,无线随钻测量系统测量精度高;配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑,沉渣少,钻孔曲率小,钻进效率高。说明上述钻进技术与装备可满足水平定向长深钻孔等的施工要求。     

区域瓦斯超前治理大功率定向钻进装备与技术

针对当前超长走向工作面区域瓦斯超前防治需求,以及常规定向钻孔孔深浅、效率低、覆盖面积不足的问题,提出采用先进的国产大功率定向钻进装备及技术进行区域瓦斯治理定向长钻孔施工。形成基于ZDY12000LD定向钻机、BLY390/12泵车、随钻测量系统及复合定向钻进工艺的完整配套装备及技术。通过现场试验表明,完成6个定向长钻孔主孔及7个主分支孔,最大孔深达1 521 m,孔径达到φ120 mm,平均成孔周期8.85 d,平均进尺211.6 m/d,相较于常规定向装备钻进速度增加30%以上,显著提高顺层定向长钻孔钻进效率,对加强煤矿区域瓦斯超前治理具有重要意义。     

薄煤层井下定向钻进技术试验研究

基于朱家店煤矿4号煤煤层薄、小构造较发育的现状,为了解0402工作面进风巷顶板的含水情况,根据朱家店煤矿超前探放水钻孔施工要求,沿掘进方向利用中煤科工集团西安研究院研制生产的ZDY6000LD钻机和配套钻具及井下随钻测量系统,通过钻孔主孔和分支孔的方式进行井下定向钻进试验,试验结果表明:薄煤层井下定向钻进技术上可行,ZDY6000LD定向钻机在该矿岩层中能很好的施工600 m以内定向钻孔,为大直径长钻孔区域瓦斯抽采钻孔的施工奠定试验基础。     

煤矿井下泥浆脉冲无线随钻测量定向钻进技术

提出了煤矿井下泥浆脉冲无线随钻测量定向钻进技术,介绍了技术原理,分析了泥浆脉冲无线随钻测量、双动力复合定向钻进和双动力复合排渣3项关键技术,集成了泥浆脉冲无线随钻测量系统和高强度钻杆在内关键配套装备。试验结果表明:顺利完成了孔深3 353 m超长定向钻孔施工,终孔时最大泥浆泵压力仅为额定压力的43.8%;在破碎的复杂顶板中完成5个高位定向钻孔,最大成孔深度540 m,总进尺1 653 m,使用泥浆脉冲无线随钻测量系统累积测量551次,其中误码4次,综合误码率仅为0.72%,系统有效工作时间在20 d以上。     

定向钻进技术在马兰煤矿巷道掘进的应用

定向钻进技术可用于煤矿井下深孔顺层钻进,为解决工作面瓦斯和巷道掘进瓦斯预抽问题,马兰矿区采用ZDY12000LD型定向钻机及其配套设备,施工长距离本煤层钻孔。在18506底抽巷钻场累计施工1个定向钻孔,2个分支孔,总进尺1263m其中主孔孔深810m,1~#分支孔深606m,2~#分支孔深252m,岩层单班最大进尺42m钻孔施工满足设计的要求,主孔为目前西山矿务局最深钻孔。施工过程中采用"定向+复合"钻进技术先后克服泥岩地层易缩径卡钻、动压影响破碎易塌孔、窜孔不返水不返渣等问题,为马兰矿施工高位定向长钻孔奠定了技术基础。     

煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备现状及展望

煤矿井下近水平定向钻孔可实现超前、区域、精准灾害防治与瓦斯抽采利用,在煤矿地质保障中发挥着重要作用。系统介绍了国内外煤矿井下随钻测量定向钻进技术发展历程与应用现状,对国内定向钻进装备中的钻机、泥浆泵车、防爆型随钻测量系统、包括中心通缆钻杆、螺杆马达和钻头在内的配套钻具、包括滑动定向钻进和复合定向钻进在内的定向钻进工艺技术与套铣打捞工艺技术等关键技术和装备进行了简要分析和总结,对小体积防爆型随钻测量系统中的有线随钻测量系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统、电磁波无线随钻测量系统和地质导向随钻测量系统的功能特点及适用性作了阐述,针对解决提高复杂顶板岩层中定向钻进成孔率、超深孔钻进施工能力和地层适应性等难题,介绍了该成套技术与装备在保德煤矿、龙王沟煤矿和顾桥煤矿进行顺煤层超深定向钻孔和复杂顶板高位定向钻孔的典型现场应用案例。基于成套技术与装备发展现状和现场应用,展望了煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备的发展方向和趋势,指出装备的自动化、信息化和智能化将成为技术攻关的方向与现场重点需求,高效快速钻进的旋转导向钻进系统和大直径定向钻孔将得到现场实践验证。     

煤矿井下2570m顺煤层超深定向孔高效成孔关键技术

针对现有定向钻进技术装备不能满足超长工作面瓦斯大区域治理对井下顺煤层定向钻孔深度要求的问题,提出利用泥浆脉冲无线随钻测量系统替代有线随钻测量系统进行钻进参数测量,避免了有线随钻测量系统信号传输受通缆钻杆影响的问题;基于近水平钻孔回转钻进的"岩屑楔"理论,通过优化螺杆钻具结构及调整钻进工艺参数实现复合钻进状态下钻孔增、降、稳倾角调节,进一步提高了复合钻进进尺比例,使钻进系统压力明显降低。结合保德煤矿生产需要施工完成主孔深度2 570 m、孔径120mm的顺煤层超长定向钻孔,钻孔平均日进尺达到200 m以上,通过对该超深孔施工关键装备适应性分析可知:钻进装备稳定可靠,无线随钻测量系统信号在超深钻孔中传输稳定,复合钻进倾角控制效果良好,系统压力参数下降明显,说明该套技术装备能满足煤矿井下2 500 m顺煤层超深定向钻孔的施工要求。研究成果可为顺煤层超深定向钻孔施工和超长工作面瓦斯超前治理提供重要借鉴。     

定向钻进技术与装备在穿层定向长钻孔中的应用

针对硫磺沟煤矿工作面常规施工单孔深度不足、有效孔段短、钻进施工效率低、钻孔孔径小等诸多问题,提出采用窄体式ZDY4000LD(C)型履带钻机、第二代随钻测量系统(YHD2-1000(A)型)等附属定向设备进行穿层定向长钻孔成孔技术,以提高钻孔成孔精度、钻孔深度,增大钻孔孔径等参数,减小煤层因受采动影响,导致工作面瓦斯涌出量增大的问题。现场试验施工了4个大直径穿层定向长钻孔,孔深300 m以上钻孔成孔率达到100%,孔深最深399 m,最大钻孔孔径193 mm,钻进总进尺1581 m,平均孔深395.25 m,钻孔抽采效率显著增加。其中3号钻孔最大抽采混合流量8.3 m3/min,最大抽采纯量1.6 m3/min,瓦斯抽采浓度51%,瓦斯抽采效果显著。     

ZDY6000LD(B)型履带式全液压钻机的研发

为满足煤矿井下瓦斯长距离抽采孔及底板注浆孔和穿层孔等多种施工方案对钻机的新要求,在分析了国外钻机的不足的基础上,通过将整套设备分为钻车和泥浆泵车两部分的整体解决方案,设计了ZDY6000LD(B)履带式全液压定向钻机,钻车和泵车可独立行走,同时钻车主机可大角度调整倾角。现场应用表明,ZDY6000LD(B)履带式全液压定向钻机狭窄巷道的适用性强、操作便捷且钻进效率高,是一款多用途煤矿井下钻孔施工设备。     

孔底动力回转空气潜孔锤研究进展

孔底动力回转空气潜孔锤钻进技术在改善气体钻进条件下钻杆柱受力情况、提高定向钻进施工效率等方面具有广阔的应用前景。孔底动力回转空气潜孔锤可分为自回转式空气潜孔锤及气动螺杆驱动式空气潜孔锤两类,本文分别介绍了其发展现状、工作原理、技术特点、试验应用等情况,并分析了当前研究存在的不足,以期为进一步开展技术攻关提供参考。     

双弧线纠偏法的二维求解

传统使用的单弧形纠偏法难以满足高精度定向孔定向纠偏的需要。本文提出了双弧线纠偏模式，并推导了二维求解的公式。     

ZYWL-6000D型定向钻机钻孔施工试验

为了提高煤矿井下瓦斯抽采钻孔的施工深度和瓦斯抽采效果,研制出国内大多数煤矿适用的ZYWL-6000D型定向钻机装备,对其技术原理进行说明并给出了主要技术参数。利用此钻机在寺河煤矿进行定向钻进试验,期间共施工完成主孔10个,其中主孔深度超过1 000 m的钻孔4个,最深孔达1 017 m,侧钻开分支孔56个,最深分支孔240 m,钻孔累计总进尺达11 000余m,有效地检验了ZYWL-6000D定向钻机整套装备的性能。     

大直径大功率定向钻机的研制

目前瓦斯抽采钻孔工艺向大直径、长钻孔、定向钻孔施工发展。针对现有定向钻孔技术及装备形成的钻孔直径较小、需进行二次扩孔、施工工艺与配套钻具复杂,基于大直径长钻孔定向施工工艺的发展,研制了一种适合大中型矿井进行大直径长钻孔施工的定向钻孔装备,其单位质量输出功率大、成孔能力强、结构紧凑,适合大中型煤矿的大直径长钻孔瓦斯抽采钻孔施工。     

岩石非开挖冲击回转导向钻进施工工艺

详细介绍了采用潜孔锤冲击回转方法在岩石地层中实施定向钻进非开挖铺管的施工工艺,包括设备配置、仪器选用、造斜机理、清理岩屑和孔内事故处理等。     

丛式平台钻井技术在陕北油田开发中的应用

介绍了丛式平台钻井及其技术经济优势,分析了其在陕北油田生产应用客观必要性,通过丛式井与单井施工统计数据对比分析,阐述取得的显著的规模钻井、资源环境、技术经济和社会效益,为同类油气田、页岩气、煤层气等大中型沉积矿床开发提供参考.     

煤矿井下近水平定向钻进中的随钻测量技术

随钻测量是煤矿井下近水平定向钻进中的关键技术之一.本文介绍了我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展概况及随钻测量系统的原理与构成,并对煤矿井下的定向钻进随钻测量技术的发展、应用进行了讨论和展望.     

张集煤矿灰岩顺层定向钻进托压效应及影响因素分析

针对张集煤矿坚硬灰岩顺层定向钻进中发现的钻孔孔深与孔口给进压力之间的变化规律,在400~500 m孔深时出现托压现象,运用钻柱弹性送钻理论对托压效应产生的机理进行了分析,能够很好地解释张集煤矿坚硬灰岩顺层定向钻进中发现的规律,托压效应的产生主要是受到了钻孔摩阻的影响。在此基础上,对托压效应的影响因素进行了分析,主要影响因素有:地层岩性、曲率和位移、垂深与岩屑、孔深、自重与给进压力,并从减小坚硬岩层滑动定向钻进托压效应影响的角度出发,从减小钻柱与孔壁的摩阻、研发减阻降摩工具和复合钻进方面给出了优化建议。