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        鉆探定向鉆進(jìn)技術(shù)

        2016-12-01 00:53:15高勝軍陳丹河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)河北邯鄲056000
        中國(guó)科技縱橫 2016年13期
        關(guān)鍵詞:靶區(qū)井眼軸線(xiàn)

        高勝軍 陳丹(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì),河北邯鄲 056000)

        鉆探定向鉆進(jìn)技術(shù)

        高勝軍 陳丹
        (河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì),河北邯鄲 056000)

        定向鉆進(jìn)技術(shù)是現(xiàn)代鉆探與鉆井工程領(lǐng)域大力發(fā)展的前沿性關(guān)鍵技術(shù)。定向鉆進(jìn)技術(shù)是現(xiàn)代鉆探與鉆井工程領(lǐng)域一次革命性變革,沒(méi)有定向鉆進(jìn)技術(shù)作為支撐的鉆探技術(shù)將成為一種落后的技術(shù)。定向鉆進(jìn)技術(shù)屬于比較先進(jìn)的鉆探技術(shù),由于其先進(jìn)的功能和特點(diǎn),目前在各類(lèi)生產(chǎn)、施工和災(zāi)害救助中得到了廣泛的應(yīng)用,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文對(duì)定向鉆進(jìn)的特點(diǎn)、發(fā)展、應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。供同行參考,并希望同行給予寶貴的意見(jiàn)。

        鉆探 定向鉆進(jìn) 螺桿鉆具

        1 定向鉆進(jìn)的基本概念

        定向鉆進(jìn)是利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用人工造斜工具使鉆孔按設(shè)計(jì)要求延伸鉆到預(yù)定目標(biāo)的一種鉆進(jìn)方法。也可解釋成為了鉆達(dá)到一個(gè)預(yù)定的地下目標(biāo),使井眼在特定方向偏斜的工藝和科學(xué)。

        2 定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

        隨著我國(guó)深部找礦戰(zhàn)略的實(shí)施,深部鉆探所面臨的勘探精度必將成為關(guān)鍵問(wèn)題之一,定向鉆進(jìn)技術(shù)是精確控制鉆孔軌跡及其中靶點(diǎn)必不可少的技術(shù)手段。哪些鉆探單位擁有了先進(jìn)的定向技術(shù)也就占領(lǐng)了鉆探市場(chǎng)的前沿。

        3 定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

        定向鉆進(jìn)技術(shù)在鉆探工程中應(yīng)用及其廣泛。

        (1)鉆孔糾斜;(2)補(bǔ)取巖礦芯;(3)繞過(guò)事故孔段或復(fù)雜孔段;(4)避開(kāi)地面障礙;(5)一孔多分支;(6)勘探陡斜礦體;(7)煤層瓦斯抽放或煤層氣開(kāi)采;(8)礦山豎井特定位置區(qū)域水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘查;(9)開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線(xiàn)。

        4 定向鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

        4.1 鉆孔軸線(xiàn)及其有關(guān)參數(shù)

        鉆孔軸線(xiàn)的空間要素包括:軸線(xiàn)上各點(diǎn)的頂角、方位角和孔深,靶點(diǎn)的垂深和水平位移,曲線(xiàn)段的曲率或彎曲強(qiáng)度,以及鉆孔軸線(xiàn)的遇層角等。根據(jù)井眼軌跡的基本要素,就可以利用一定的計(jì)算方法,求出軌跡上每一點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

        4.2 鉆孔軌跡空間位置計(jì)算

        鉆孔軌跡空間位置計(jì)算的基本原理:將鉆孔軸線(xiàn)分成若干小段,根據(jù)每一小段端點(diǎn)的測(cè)斜數(shù)據(jù),將每一井段軸線(xiàn)看作為直線(xiàn)或曲線(xiàn)進(jìn)行疊加計(jì)算。其計(jì)算方法有:全角全距法、全角半距法、均角全距法、曲率半徑法、最小曲率法。

        4.3 定向鉆孔設(shè)計(jì)的原則

        (1)滿(mǎn)足定向孔施工目的和要求,據(jù)定向孔目的、用途選擇合適的定向孔類(lèi)型與鉆孔軌跡形式。嚴(yán)格按照孔口位置、靶點(diǎn)位置、靶區(qū)范圍、見(jiàn)礦遇層角等要求設(shè)計(jì)定向孔軸線(xiàn)。靶點(diǎn)和靶區(qū),一般有地質(zhì)部門(mén)給定;靶區(qū)形狀大小與礦體和勘探網(wǎng)度有關(guān);靶區(qū)范圍,一般取靶點(diǎn)的偏線(xiàn)距、沿線(xiàn)距、偏高距分別為線(xiàn)距、孔距或標(biāo)高距的1/4--l/5。

        (2)選擇合理的定向鉆孔軸線(xiàn)的設(shè)計(jì)順。

        (3)充分利用地層的自然彎曲規(guī)律。

        (4)選擇易于鉆進(jìn)的鉆孔軸線(xiàn)軌跡剖面型式。

        (5)選擇合適的造斜強(qiáng)度。

        (6)選擇恰當(dāng)?shù)脑煨保ǚ种Вc(diǎn)。

        (7)鉆孔結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮孔身剖面形狀和造斜工具類(lèi)型。

        4.4 受控定向鉆井(孔)軌跡設(shè)計(jì)

        為了便于設(shè)計(jì)與施工,必須將井眼軌跡設(shè)計(jì)成最簡(jiǎn)單的形式,盡量將井眼軌跡設(shè)計(jì)成二維定向孔,當(dāng)必須設(shè)計(jì)成三維定向孔時(shí),亦應(yīng)設(shè)計(jì)成平面型三維定向孔。井眼軸線(xiàn)軌跡在垂直平面內(nèi)或在水平面內(nèi)的鉆孔稱(chēng)為二維孔,其中鉆孔軸線(xiàn)在垂直平面的鉆井應(yīng)用最多,垂直平面內(nèi)鉆孔軸線(xiàn)軌跡有直線(xiàn)與曲線(xiàn)的多種組合,一般以直線(xiàn)——曲線(xiàn)——直線(xiàn)和直線(xiàn)——曲線(xiàn)——曲線(xiàn)型居多。

        5 螺桿鉆具

        一般定向技術(shù)都是螺桿彎曲,采用螺桿鉆具有以下特點(diǎn):

        (1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)力機(jī)較短,易損件少,工作可靠。

        (2)輸出特性過(guò)載性能較高,通過(guò)改變定轉(zhuǎn)子尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù),大幅度改變輸出特性參數(shù),且輸出扭矩與鉆壓成正比,輸出轉(zhuǎn)速與流量成正比(200~800 r/min),在小流量工作時(shí)轉(zhuǎn)速較低,因而鉆頭壽命較長(zhǎng),可用金剛石或硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。

        (3)工作液體壓力降?。? Mpa。

        (4)在小尺寸時(shí)也能有較大的扭矩和功率;但其不耐高溫,耐沖蝕性能較差。

        (5)鉆桿不轉(zhuǎn)動(dòng),減少鉆桿疲勞和磨損,鉆桿折斷事故減少。

        (6)防止鉆桿摩擦碰撞孔壁而造成的井徑擴(kuò)大,坍塌掉塊及卡埋鉆等井內(nèi)事故。

        (7)與高精度定向儀配合,可精確控制井眼軸線(xiàn)方向。

        (8)對(duì)地層的適應(yīng)性廣。

        (9)造斜強(qiáng)度均勻,可以根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)。

        (10)造斜方向和角度穩(wěn)定。

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