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固体矿产定向钻探技术与应用 ——LZ型连续造斜器及定向孔施工技术与工艺 编 写 人：张文英 中国地质科学院探矿工艺研究所 二○一一年十一月一日 固体矿产定向钻探技术与应用 ——LZ型连续造斜器及定向孔施工技术与工艺 编 写 人：张文英 联系电话：028传 真：028E-mail：zwy_iet@126.com 通讯地址：成都市一环路北二段1号 邮 编：610081 中国地质科学院探矿工艺研究所 二○一一年十一月一日目 录 第一章 LZ型连续造斜器及使用方法 1 一、LZ型造斜器结构及工作原理 1 二、LZ型造斜器的主要用途 3 三、LZ型造斜器的主要特点 3 四、LZ型造斜器基本操作方法 4 五、提高造斜器造斜强度的主要途径 6 第二章 LZ型造斜器孔内定向方法及安装角计算 9 一、造斜器的孔内定向方法 9 二、造斜器在孔底安装角计算 12 第三章 定向孔孔身轨迹设计及钻孔空间位置计算 14 一、定向孔孔身轨迹设计 14 二、定向孔空间位置计算 17 第四章 定向钻探案例分析 21 一、易斜矿区深孔定向钻探技术 21 二、用零顶角回避法施工垂直定向孔 24 三、水下定向钻探 26 四、复杂地层深孔定向分支孔施工技术 26 五、侧钻技术在钻孔事故处理中的应用（论文） 27 第一章 LZ型连续造斜器及使用方法 随着国民经济的快速发展，能源和矿物原料需求不断增加，地质找矿任务也在加重。国内埋藏较浅的矿产资源已基本查清，找矿主要目标是深部隐伏矿体，而深部钻探有2个显著技术难点：一是对钻孔轨迹控制难度加大，特别是在易斜矿区或勘探网度较密矿区，常规防斜措施很难达到地质设计要求；二是一旦发生严重事故很难处理，这些技术难题都需要用定向钻探技术来解决。 用于受控定向钻探的造斜工具目前主要有两种，即液动螺杆钻具和机械式连续造斜器。由探矿工艺研究所研制的LZ型连续造斜器是原地矿部“六五”科技攻关成果，获得原地矿部科技成果一等奖，在大范围推广应用中取得了显著的社会、经济效益。 一、LZ型造斜器结构及工作原理 LZ型连续造斜器由定子和转子两部分组成（如图1-1所示）。定子部分包括单动外壳、工作弹簧、定子外壳、定位套、上半楔、滑块和下半楔。转子部分包括主动轴、定位接头、花键轴、花键套、被动轴、短管和钻头。造斜器在孔底工作时，定子不转动，只是在钻压作用下沿钻孔延深方向作直线运动。所以定子部分只传递钻压，而转子部分主要传递扭矩。 当造斜器处于自由状态时（如图1-2所示），楔形滑块在回位弹簧作用下处于回收状态。转子上的定位接头与定子上的定位套通过定位键互相锁紧，以保证造斜器在下钻过程中两者之间不能产生相对角位移，为造斜器在孔底定向的准确性提供必要条件（见图1-1、a所示）。 当造斜器在钻压P作用下，钻压通过主轴凸肩传给单动外壳→工作弹簧→定子外壳→上半楔→滑块→下半楔→被动轴凸肩→钻头。由于钻压的作用，一方面工作弹簧被压缩，主动轴下移，定位键脱开，定子与转子解卡，转子恢复转动。另一方面，定子上的钻压使楔形滑块产生横向位移（图1-3所示），与孔壁接触，孔壁对滑块的侧压力Q把造斜器推向孔壁另一侧，因钻头直径大于上下半楔及滑块的直径，于是钻头对孔壁产生一个侧向切削力——造斜力A。造斜器在孔底工作时，钻头时刻侧向切削孔壁，造成孔斜（见图1-1、b所示）。 回次造斜完毕后，卸掉钻压，滑块依靠回位弹簧的张力作用自动回到原位，因而造斜器能顺利提出孔口。 二、LZ型造斜器的主要用途 1、地质勘探钻孔纠斜（纠方位角和顶角）； 2、施工单底定向孔、多孔底分支定向孔； 3、在复杂孔内事故中，绕过事故钻具不留隐患； 4、补采岩矿心； 5、在矿山建设中施工特种工程孔，如坑道通风孔、竖井冻结孔、溜井导向孔和止水注浆孔等。 三、LZ型造斜器的主要特点 1、工作原理独特 连续造斜器是利用专门机构产生偏斜力实现定向造斜的工具，其核心部件是上下半楔和滑块。滑块有两个重要作用：（1）依靠滑块施加给钻头的侧向切削力，迫使钻头连续侧向切削孔壁，钻头前进方向偏离原孔轴线，钻头运动轨迹显然是一条弧线。造斜进尺越多，弧线越长，钻孔顶角或方位角增量越大；（2）楔形滑块对孔壁有一个比较大的侧压力，通过滑块上的两个滚轮对孔壁的卡固作用,对造斜器定子产生制动扭矩，使造斜器定子在工作过程中只能向下滑动而不能转动，以稳定造斜方位。 2、工作安全可靠 造斜钻头为全面不取心钻头，为破碎岩石并保证有足够的造斜力，所需钻压比较大，而转子直径又比较小，以LZ-73造斜器为例，钻压为25KN～30KN，大大超过常规钻进所需钻压。为解决高钻压与小直径转子之间的矛盾，保障造斜器在孔内工作时的安全，采取了两点措施：（1）主动轴选用高强度合金钢