煤矿井下定向钻进螺杆钻具力学分析

单弯螺杆钻具是实现煤矿井下近水平定向钻进的重要工具之一。文章采用纵横弯曲法对煤矿井下单弯螺杆钻具进行受力和变形分析,阐述了变斜力和变方位力与钻压、第一跨梁长度、钻孔曲率、结构弯角及工具面向角等因素的关系。此外,通过对螺杆钻具的扭矩、轴向荷载和离心力的分析,有助于全面了解螺杆钻具的工作状况,对正确使用和维护钻具、保证定向钻进施工的顺利进行具有重要意义。     

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.     

煤矿井下定向钻孔轨迹预测方法研究

针对传统钻孔轨迹预测方法中三点定圆法未考虑钻具受力变形、纵横弯曲梁法相关参数难以获取的问题,提出了一种运用纵横弯曲梁理论对三点定圆法进行改进的煤矿定向钻孔轨迹预测新方法。该方法根据纵横弯曲梁理论对单弯螺杆钻具组合进行受力分析,导出三弯矩方程,求取钻具组合弯曲变形后形成的第二跨跨长L_2,代入三点定圆法中,计算得出钻具组合在不同受力条件下的预测造斜率,实现煤矿近水平千米定向钻孔的轨迹预测。运用晋煤赵庄矿千米钻机钻孔轨迹数据对模型进行了验证,验证结果表明,该方法的预测精度达到施工要求并高于传统的纵横弯曲梁法。     

定向钻孔钻进过程中地层力的作用

借鉴地面钻孔理论研究的成果,首次将地层力的三维分析应用于煤矿井下抽放瓦斯定向长钻孔的受力分析。首先对影响钻孔轨迹因素进行了综合分析,在对地层力进行三维分析的基础上,给出了地层力计算模型,并给出了计算实例。     

煤矿井下近水平定向钻孔轨迹描述与计算方法

本文在分析地面与井下钻孔轨迹描述习惯不同的基础上,结合煤矿井下定向钻孔施工的特点建立了钻孔轨迹描述体系,提出了描述钻孔轨迹空间位置的主要几何参数的定义和表示方法。通过分析常用钻孔轨迹坐标计算方法的适用性,提出适合煤矿井下施工特点的最佳计算方法模型,为井下定向钻孔轨迹设计和控制提供了理论依据。     

寺河煤矿井下近水平定向钻孔工艺研究

煤矿瓦斯是影响煤矿井下安全生产的重要因素,同时作为一种新能源正越来越受到重视。为了解决煤矿井下瓦斯安全问题和新能源的开发利用,近水平定向钻孔抽采瓦斯技术得到了广泛应用。近水平定向钻孔抽采瓦斯技术的核心是钻孔施工过程中对钻孔轨迹进行精确控制。本文通过分析影响定向钻孔施工的因素结合现场钻孔施工,总结出了煤矿井下近水平定向钻孔施工的经验及规律,达到了对钻孔轨迹精确控制的目的。     

煤矿井下近水平定向钻技术研究与应用

为了提高煤矿井下瓦斯抽采孔的钻孔深度和瓦斯抽采效果,采用煤矿井下近水平定向钻技术在煤层施工近水平长钻孔、多分支孔。系统介绍了该定向钻技术及不同煤层条件下成孔方法,然后根据定向钻孔在煤层施工特点,分析在煤层施工近水平定向钻孔所面临地质条件复杂、钻孔轨迹难控制、钻孔事故复杂等技术难点,总结现场施工经验,形成一套适合定向钻孔施工的常用钻具组合、施工流程、钻孔轨迹控制等工艺方法。该定向钻技术在杜儿坪煤矿、双柳煤矿的成功应用说明其满足最大孔深大于500 m和煤层钻遇率大于90%的瓦斯抽采孔施工要求。     

煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备

在介绍国内外煤矿井下近水平定向钻进技术发展的基础上,分析和总结了定向钻机、随钻测量系统、配套钻具及定向钻进工艺的主要特点、适用范围和工艺方法.现场应用验证了煤矿井下近水平定向钻进技术在施工中具有钻进效率高、钻孔轨迹控制精度高(水平位移小于孔深的0.5％,上下位移小于孔深的0.1％)和施工可操作性强的特点.基于技术发展和现场应用现状,对煤矿井下近水平定向钻进技术与装备的发展趋势进行了展望.     

煤矿井下近水平定向钻进技术装备及应用

矿井地质是煤矿安全生产的前提条件和基础,作为地质情况呈现的直观手段,井下钻探技术与装备目前已经广泛应用于矿井边界勘探、井下治水、瓦斯治理等领域。根据井下钻探施工发展与技术现状,在分析了煤矿井下钻探技术面临的主要挑战的基础上,介绍了定向钻进技术与装备在煤矿井下的应用与前景。     

煤矿井下近水平定向钻进配套钻杆的研制

针对进口定向钻进装备配套钻具在使用过程中出现的问题,结合我国煤矿具体地质赋存特点和定向钻进技术要求,通过对定向钻进配套钻具工作条件分析、材料优选、结构优化和性能检测,确定了中心通缆钻杆的螺纹结构和信号传递装置结构,研制成功了高强度(￠)73 mm中心通缆钻杆及其配套钻具,并制定了钻杆的性能检测标准.现场工业性试验期间,利用(￠)73 mm中心通缆钻杆实现了煤矿井下近水平定向钻进钻孔深度1 212 m,钻进过程中信号传递实时、高效、可靠,可满足煤矿井下随钻测量千米孔深定向钻进的使用要求.     

煤矿井下定向钻孔轨迹计算与误差分析

煤矿井下随钻测量定向钻进技术由于能够精确控制钻孔轨迹,目前得到广泛应用。针对钻孔轨迹的测量方法和测量误差问题,介绍了定向钻孔轨迹的计算方法,分析了钻孔轨迹误差产生的主要原因以及造成的影响,通过提高仪器测量精度、校正子午线收敛角、准确计量孔深以及降低磁干扰等措施,可以减少误差,提高钻孔轨迹精确度。     

煤矿井下近水平定向钻具摩擦阻力分析

为了指导对煤矿井下定向钻进参数的选择、明确钻孔轨迹控制及对孔内工况的判断,需要对钻具摩擦阻力进行研究和预测.在借鉴石油领域钻具摩擦阻力模型研究成果的基础上,根据煤矿井下近水平定向钻进技术的特点,对钻柱微元段受力分析,建立了钻具摩擦阻力软杆模型.对摩擦因数的反算法进行了研究,推导出3种常规工况下的摩擦阻力计算公式.对高河煤矿定向钻孔起钻、定向钻进2种常见工况的孔口载荷进行预测,结果显示预测值与实测值的平均偏差小于0.50 MPa,孔口载荷预测精度满足现场施工精度要求.     

松藻煤矿井下水平定向钻进中螺杆马达失效分析

目前煤矿井下水平定向钻进过程中,由于反扭矩、冲击荷载等复杂外力作用,螺杆马达外壳时常发生脱扣事故。具体针对松藻煤矿井下水平定向钻孔试验时螺杆马达脱扣事故,从结构、室内试验、地质条件等方面进行了分析,并提出了大扭矩高强度螺杆马达的研制及连接螺纹处改进技术措施,保证螺杆马达工作平稳,防止螺杆马达外壳连接螺纹反扣脱落。     

煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析

为了提高煤矿井下硬岩定向钻进的效率,在分析硬岩定向钻进PDC钻头的结构要求的基础上,选择了3种不同类型的PDC钻头进行煤矿井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明,平底型PDC钻头不适用于定向钻进硬岩,而三翼抛物线型钻头和四翼平角型钻头在定向钻进硬岩时,表现出长寿命、高效率等特点,适合于定向钻进硬岩地层,大大提高了煤矿井下定向钻进硬岩地层的效率。     

煤矿深孔定向钻进给进力参数优化研究

针对煤矿深孔定向钻进缺乏给进力参数的理论指导,影响钻孔轨迹、钻进效率和成孔率,结合理论和实践提出了给进力参数的确定方法。在对钻杆受力过程进行合理假设的基础上,从静力学的角度出发,建立了钻进过程的起拔力、给进力的平衡方程;根据现场实测数据,计算了摩擦阻力系数、最小破岩力参数,最终确定了在不同岩性中钻进的最小给进力方程;最后,对比分析了钻进给进力的理论计算值与现场实测值,验证了给进力参数理论的可行性与合理性。     

扩孔钻头在水平定向井中的应用

传统扩孔钻头在长距离水平定向井应用过程中出现泥包问题时,由于钻速变慢易造成钻进轨迹偏离原井眼,而且起钻时由于抽吸压力对井壁的作用易造成井壁压差坍塌,影响井下钻具仪器安全,增加辅助时间和钻井成本。为解决该问题,通过总结施工经验,结合数值模拟理论实验优化改进扩孔钻头,并在山西某井田煤层气水平井钻井工程项目中进行工业性试验,与传统扩孔钻头相比平均钻时减少38.9%,大大减少辅助操作时间,钻进效率提高的同时减少钻井成本。