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煤矿井下定向钻进轨迹控制 定向钻进轨迹控制技术 1、螺杆钻具造斜原理 2、工具面向角对钻孔轨迹影响 3、钻孔轨迹控制原理 4、开分支工艺与重入分支孔工艺 5、钻孔轨迹控制实例分析 外径 mm 钻头尺寸mm 头数 级数 长度 m 重量 kg 排量lpm 转速 rpm 上紧扭矩Nm 输出扭矩Nm 最大过载拉力kN 最大钻压kN 最大压降 kPa 73 82 - 114 4:5 3 2.85 62. 5 113 - 365 160- 375 1620 257 89 27 2758 螺杆钻具造斜原理 螺杆钻具造斜原理 螺杆钻具是一种把液体的压力能转换为机械能的能量容积式正排量动力转换装置，主要由螺杆马达（定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成三大部分组成。 采用螺杆钻具进行钻进，不需要钻杆旋转，泥浆泵输出冲洗液进入螺杆马达，在马达进出口形成一定压差，推动马达转子旋转，通过万向轴和传动轴将转速和扭矩传递给钻头，从而达到碎岩的目的。 螺杆钻具造斜原理 螺杆钻具能够进行定向钻进主要基于三个缘由： 一、螺杆钻具工作时钻头回转破碎岩石，而螺杆外管及钻杆柱不回转； 二、可以连接不同角度的定向或可调弯外管； 三、可随钻进行倾角和方位的测量。 随钻测量系统 YHD1-1000随钻测量系统连接示意图 随钻测量系统 用于近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可随钻测量钻孔倾角、方位、工具面向角等主要参数，实现孔口钻孔参数、轨迹的即时显示，便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整工具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能的按照设计的轨迹延伸。 工具面向角 工具面 ：定向钻进所用造斜钻具的两个轴线所确定的平面，称为工具面。 工具面向角 ：在孔底圆平面内，以圆心与圆周上最高点连线为始边，顺时针转到工具面与孔底圆平面的交线所转过的角度，以“Ω”表示，介于“0°～360°”。 螺杆钻具的“工具面向角”就是通常所说的马达“弯头”朝向。钻进过程中通过改变弯头的朝向，使钻孔实现定向弯曲变化。 工具面向角修正 在以下情况时，必须校正工具面向角： （1）开新孔时，具体方法： 螺杆钻具弯接头必须指向正上方，通信线连接正常后： 开新孔－打开－钻孔设计数据 “MK_1.xml” －读数据 工具面向角修正 在以下情况时，必须校正工具面向角： （2）螺杆钻具与探管外管间任何一螺纹被卸开，后螺 纹涂胶重新拧紧后，具体方法： 螺杆钻具弯接头必须指向正上方，通信线连接正常后： 探管检测－开始检测－判断工具面值是否接近0o（360o） a) 若工具面值处于355o~0o（360o）~5o,无需修整工具面 b)若不接近，则：调整工具面－校正工具面－开始测量－保存 工具面向角修正 工具面向角对钻孔轨迹影响 螺杆钻具的“工具面向角”就是我们通常所说的马达“弯头”朝向。钻进过程中通过改变弯头的朝向，使钻孔实现定向弯曲变化。 工具面向角对钻孔轨迹影响 倾角：θ、 方位角：α、 工具面：φ 马达弯造斜最大强度：A、 方位角增减分量：Asinφ、 倾角增减分量: Acosφ 0o（360o） 270o 90o 180o 增斜： φ↑ 增方位： α↑ 降斜： φ↓ 增方位： α↑ 降斜： φ↓ 降方位： α↓ 增斜： φ ↑ 降方位： α↓ 倾角控制原理 假设设计倾角： 0o ，则倾角控制在：- 2o ~ 2o 2o 1o -1o -2o -2o -1o 1o 2o 2o 1o -1o -2o -2o -1o 1o 降斜 稳斜 增斜 稳斜 降斜 稳斜 增斜 稳斜 100o 260o 100o 260o 80o 280o 降斜 稳斜 增斜 80o 280o 0o 上 下 偏 差 方位角控制原理 假设设计方位角： 330o ，则方位角控制在：325o ~ 335o 325o 327o 332o 335o 335o 332o 327o 325o 330o 左 右 偏 差 335o 332o 327o 325o 325o 327o 332o 335o 降方位 增方位 降方位 增方位 190o 350o 10o 170o 降方位 增方位 钻孔轨迹控制原理 a）准确识别地层变化：根据矿方提供的煤层采掘工程面图（含煤层等高线），分析出钻孔轨迹处煤层倾角变化，结合实钻轨迹上下偏差、钻进前后返渣岩性变化，判断出当前钻头处于煤层哪一层位（顶板岩层、底板岩层、煤）。 b) 调整工具面使钻孔沿煤层钻进：根据地层变化，应及时调整工具面来控制方位角变化，使钻孔轨迹在水平面投影图上沿设计轨迹左右波动，在此基础上可参考设计轨迹倾角值控制倾角变化，使钻