旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

1、鉆進(jìn)系統(tǒng)鉆進(jìn)系統(tǒng)主講人：離蒙遁交流內(nèi)容交流內(nèi)容 1.定向鉆進(jìn)簡(jiǎn)介定向鉆進(jìn)簡(jiǎn)介 2.定向鉆進(jìn)系統(tǒng)組成定向鉆進(jìn)系統(tǒng)組成 3.渦輪鉆具原理及結(jié)構(gòu)渦輪鉆具原理及結(jié)構(gòu) 4.螺桿鉆具原理及結(jié)構(gòu)螺桿鉆具原理及結(jié)構(gòu) 5.定向鉆進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用定向鉆進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用 6.煤礦瓦斯抽放治理煤礦瓦斯抽放治理1.1.定向鉆進(jìn)簡(jiǎn)介定向鉆進(jìn)簡(jiǎn)介定義： 定向鉆進(jìn)技術(shù)是指利用鉆孔自然彎曲鉆孔自然彎曲規(guī)律規(guī)律或采用人工造斜采用人工造斜工具工具，使鉆孔按照設(shè)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行延伸鉆到計(jì)要求進(jìn)行延伸鉆到預(yù)定目標(biāo)預(yù)定目標(biāo)的一種鉆進(jìn)方法。定向鉆進(jìn)應(yīng)用定向鉆進(jìn)應(yīng)用科學(xué)鉆探鉆井取心科學(xué)鉆探鉆井取心油氣探采油氣探采瓦斯治理瓦斯治理市政建設(shè)市政建設(shè) 定向鉆

2、進(jìn)是集測(cè)量、控制、鉆井、機(jī)械、地質(zhì)等學(xué)科于一體的科學(xué)鉆進(jìn)技術(shù)，可大幅提高傳統(tǒng)鉆進(jìn)的質(zhì)量與效益。2.2.定向鉆進(jìn)系統(tǒng)組成定向鉆進(jìn)系統(tǒng)組成鉆掘系統(tǒng)鉆掘系統(tǒng)掘進(jìn)掘進(jìn)任務(wù)任務(wù)鉆鉆桿桿動(dòng)動(dòng)力力頭頭鉆掘鉆掘執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)隨鉆隨鉆測(cè)量測(cè)量?jī)x儀鉆桿鉆桿拆缷拆缷裝置裝置軌跡軌跡控制控制器器鉆鉆頭頭測(cè)斜器測(cè)斜器井底井底動(dòng)力動(dòng)力造斜器造斜器井上設(shè)備井底鉆具信息流、能量流信息流、能量流孔孔內(nèi)內(nèi)鉆鉆具具鉆鉆桿桿孔底孔底馬達(dá)馬達(dá)中程增矩鉆鉆桿桿井上可移動(dòng)井上可移動(dòng)回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)動(dòng)力頭液液壓壓系系統(tǒng)統(tǒng)水水力力電電力力液液壓壓淺底鉆進(jìn)深孔鉆進(jìn)水平定向鉆水平定向鉆井底動(dòng)力鉆進(jìn)井底動(dòng)力鉆進(jìn)能量流傳動(dòng)方式能量流傳動(dòng)方式液力能傳遞

3、方式液力能傳遞方式空心鉆桿空心鉆桿高壓鉆井液通道高壓鉆井液通道鉆桿與井壁間隙鉆桿與井壁間隙鉆井液回流通道鉆井液回流通道沖洗井底沖洗井底帶走巖屑帶走巖屑液力能傳遞方式液力能傳遞方式井底鉆具組成井底鉆具組成1235467891011120.4m24m1m1.5m2m1m100m井底鉆具組成井底鉆具組成1-鉆頭；鉆頭；2-傳動(dòng)總成；傳動(dòng)總成；3-井底馬達(dá)；井底馬達(dá)；4-旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝置；5-液動(dòng)沖擊錘；液動(dòng)沖擊錘；6-鉆鋌柱；鉆鋌柱；7-鉆桿；鉆桿；8-穩(wěn)定器；穩(wěn)定器；9-高強(qiáng)度螺紋接頭；高強(qiáng)度螺紋接頭；10-旋轉(zhuǎn)接頭；旋轉(zhuǎn)接頭；11-方鉆桿；方鉆桿；12-高壓鉆井液管高壓鉆井液管鉆井效率

4、決定因素鉆井效率決定因素Drilling process efficiency-鉆井過(guò)程效率鉆遇地層特征-Formations-地層-Temperature-溫度-Drilling problems-井下復(fù)雜使用鉆頭類型-Rock-牙輪鉆頭-PDC-PDC鉆頭-Impregnated-孕鑲鉆頭Power of pumping facility-泵功率RPM-轉(zhuǎn)速Operating load-作業(yè)負(fù)荷鉆頭鉆頭名目名目鉆頭類型鉆頭類型鉆頭名稱鉆頭名稱牙輪鉆頭牙輪鉆頭（Rock）PDC鉆頭鉆頭（Polycrystalline diamond compact）孕鑲孕鑲PDC鉆頭鉆頭（impregnat

5、ed）取心鉆頭取心鉆頭（core bit）圖片示例圖片示例破巖機(jī)理破巖機(jī)理透用巖層透用巖層沖擊破巖沖擊破巖壓碎破巖壓碎破巖剪切破碎剪切破碎軟中硬軟中硬各類巖層各類巖層軟巖層：室犁軟巖層：室犁硬硬巖層：剪切巖層：剪切軟中巖層軟中巖層用途越來(lái)越廣用途越來(lái)越廣微切削原理微切削原理研磨性地層研磨性地層硬、極硬地層硬、極硬地層微切削原理微切削原理硬質(zhì)巖層取心硬質(zhì)巖層取心鉆進(jìn)鉆進(jìn)牙輪鉆頭牙輪鉆頭 牙輪鉆頭單錐牙輪在井底破巖面上作純滾動(dòng) 將鉆桿的主旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為牙輪齒的沖擊巖石運(yùn)動(dòng)。 三牙輪鉆頭上的各排齒相互嚙合，能有效而不重復(fù)地全面破碎井底巖石并防止齒槽泥包。PDC鉆頭鉆頭鉆頭鉆頭1）剪切破巖，破巖耗能低；

6、2）PDC復(fù)合片具有超高的硬 度、耐磨性和自銳性；3）PDC鉆頭為無(wú)活動(dòng)部件，工作可靠。剪切破巖機(jī)理剪切破巖機(jī)理 金剛石微粉硬質(zhì)合金剛石微粉硬質(zhì)合金基體復(fù)合晶片金基體復(fù)合晶片孕鑲孕鑲PDC鉆頭鉆頭（impregnated）鉆頭鉆頭w1w2w3w4w5孔底馬達(dá)孔底馬達(dá)切削節(jié)切削節(jié)推進(jìn)節(jié)推進(jìn)節(jié)破碎節(jié)破碎節(jié)配套配套扭力自平衡式鉆頭扭力自平衡式鉆頭 巖土對(duì)鉆頭的反作用力在鉆頭上自平衡，省去錨固裝置并改善鉆桿的受力。巖土對(duì)鉆頭的反作用力在鉆頭上自平衡，省去錨固裝置并改善鉆桿的受力。 鉆頭鉆進(jìn)部分為多節(jié)，分別為一到兩段的切削節(jié)、推進(jìn)節(jié)和鉆尖破碎節(jié)組成，相鄰兩鉆頭鉆進(jìn)部分為多節(jié)，分別為一到兩段的切削節(jié)、推進(jìn)

7、節(jié)和鉆尖破碎節(jié)組成，相鄰兩節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，圖中的方案為三節(jié)順時(shí)針兩節(jié)逆時(shí)針（往鉆進(jìn)方向看），由于結(jié)合沖節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，圖中的方案為三節(jié)順時(shí)針兩節(jié)逆時(shí)針（往鉆進(jìn)方向看），由于結(jié)合沖擊破巖、切削破巖和水力破巖，鉆頭的破巖效率和破巖速度將有較大提高。擊破巖、切削破巖和水力破巖，鉆頭的破巖效率和破巖速度將有較大提高。鉆桿及穩(wěn)定器鉆桿及穩(wěn)定器w1FN1T2N221N1T1FN2T2N223 為了減小鉆桿受孔壁摩擦阻力，一般將鉆桿制成比鉆孔直徑小些，鉆桿表面不與孔為了減小鉆桿受孔壁摩擦阻力，一般將鉆桿制成比鉆孔直徑小些，鉆桿表面不與孔壁直接接觸，而是通過(guò)直徑與孔徑接近大小的穩(wěn)定器支承在鉆出的孔內(nèi)，以防止垂

8、直于壁直接接觸，而是通過(guò)直徑與孔徑接近大小的穩(wěn)定器支承在鉆出的孔內(nèi)，以防止垂直于孔軸線的側(cè)向力使鉆桿過(guò)度彎曲。鉆桿穩(wěn)定器對(duì)兩段較長(zhǎng)距離鉆桿起隔離作用，改善各孔軸線的側(cè)向力使鉆桿過(guò)度彎曲。鉆桿穩(wěn)定器對(duì)兩段較長(zhǎng)距離鉆桿起隔離作用，改善各自的受力條件自的受力條件鉆桿穩(wěn)定器鉆桿穩(wěn)定器N22N11N3N434w1FN1FN2T1w1T2半徑約為半徑約為50m蠕動(dòng)式脈動(dòng)蠕動(dòng)式脈動(dòng)單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器鉆桿鉆桿鉆桿彎曲鉆桿彎曲 為多點(diǎn)脈動(dòng)式驅(qū)動(dòng)器的受力情況，蠕動(dòng)式脈動(dòng)單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器利用摩擦副自鎖原理，驅(qū)動(dòng)器前方向的鉆桿向驅(qū)動(dòng)器施加扭矩和推力時(shí)，驅(qū)動(dòng)器與孔壁的螺旋摩擦副不自鎖，螺副摩擦副發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器克服阻力向前相對(duì)蠕動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)器后方的鉆桿向驅(qū)動(dòng)器施加推力時(shí)，螺旋摩擦副自鎖，使后面鉆桿的壓力轉(zhuǎn)移到孔壁上，從而阻隔了每段鉆桿壓力的相互影響。鉆桿彎曲鉆桿彎曲渦輪鉆具渦輪鉆具Stator-定子Rotor-轉(zhuǎn)子Mud-泥漿渦輪鉆具渦輪鉆具Reduction turbodrill design