地面受控定向鑽進

地面受控定向鑽進

地面受控定向鑽進又稱側向水平鑽進、橫向鑽進、水平鑽進、導向鑽進。其施工步驟獨特:先垂直鑽進(直線段),然後偏斜鑽進,形成曲線孔段,再以水平方向沿礦層(如煤層)或目標層鑽進,根據需要,此水平孔段可短可長。

簡介

地面受控定向鑽進方法是由常規定向鑽進(多頭鑽進)發展起來的。由於採用了計算機輔助鑽進和長度短、扭矩大的螺桿鑽具以及隨鑽測量等新工藝和新設備,使這種鑽進技術已從早期的長曲率半徑(大於300m)的側向水平鑽進,發展到中半徑(100m左右)的側向水平鑽進(20世紀80年代中期)和短半徑(10-30m)的側向水平鑽進(20世紀80年代末期)。側向水平鑽進與常規定向鑽進的區別是,前者造斜率大,水平孔段長;而後者水平孔段很短,或只與礦層(煤層)接觸,礦層裸露面有限。美、英、德等國曾用側向水平鑽進孔排放瓦斯和勘探煤層,我國煤炭系統僅能施工常規定向鑽孔或長半徑側向水平孔,用於勘探和注漿 。

地面受控定向鑽進方法原理

側向水平鑽進主要採用孔底發動機(或稱井下動力鑽主要是螺桿鑽)鑽進的方法。螺桿鑽安裝在鑽頭上部,在鑽進過程中鑽桿柱不旋轉,沖洗液或壓縮空氣通過鑽桿壓入螺桿鑽,迫使其中的轉子旋轉,然後將旋轉扭矩傳送給鑽頭,進行鑽進。螺桿鑽結構簡單,易損件少,鑽具長度短,適於大斜度定向鑽進。由於鑽桿柱不迴轉,易於控制鑽孔的頂角和方位;能連續造斜;可在地面通過鑽桿柱來控制造斜角度和穩定造斜方位。

按設計曲線軌跡準確鑽進至目標層位是側向水平鑽進的關鍵步驟。在這一階段除了採用專門設計的孔底發動機外,還要採用合適的造斜方法和器具以及測斜儀器。近年來,造斜方法和器具發展迅速,現已從原始的偏斜楔發展到無楔連續造斜;對於孔底發動機鑽進,已從採用普通彎接頭定向發展到採用可調式彎外管裝置;從普通穩定器糾斜發展到使用偏心可調式穩定器糾斜 。

測斜儀器

測斜儀器可以說是定向鑽進工作者的眼睛,是控制鑽孔軌跡必不可少的工具。早期是採用單點或多點照相測斜儀,後來使用陀螺儀定向測斜。到20世紀80年代,隨鑽測量儀器的投入使用,給定向鑽進工藝帶來了一次新的飛躍,因為隨鑽測量能實時地監視孔斜、方位、工具面方向和孔底溫度等參數,不用把儀器提到地面就可控制鑽孔的軌跡,這不僅大大減少了定向造斜的時間,而且因地層和其它原因所造成的軌跡偏移也易於糾正 。

總結

隨鑽測量儀器很多,它們大多利用重力加速度計做傾角感測器,用磁通門做方位參數感測器,用積體電路溫度感測器提供孔內溫度參數。這些信號的傳輸,大多採用電纜或泥漿壓力波,正在研究聲波傳輸和大地電磁波傳輸技術 。

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