深部定向钻探.ppt

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1、地质勘查与科学钻探的螺杆钻定向钻进技术教程一、概述一、概述二、钻孔轨迹设计的必要性二、钻孔轨迹设计的必要性三、冬瓜山矿床定向钻探工程三、冬瓜山矿床定向钻探工程四、四、CCSD-1井定向钻探技术井定向钻探技术概述 1. 定向钻探的用途定向钻探的用途 单孔底单孔底L形孔形孔命中靶区命中靶区钻孔纠偏钻孔纠偏绕开地障绕开地障 概述 1. 定向钻探的用途定向钻探的用途 单孔底单孔底S 形孔形孔 多矿层控制多矿层控制 多靶点控制多靶点控制概述 1. 定向钻探的用途定向钻探的用途 多孔底多孔底 羽状孔羽状孔 单层陡峭矿体控制单层陡峭矿体控制 鱼剌孔鱼剌孔 多层陡峭矿体控制多层陡峭矿体控制概述 1. 定向钻探

2、的用途定向钻探的用途 多孔底多孔底 集束孔集束孔概述 2. 定向钻探的定义定向钻探的定义利用可对钻头施加侧向力的利用可对钻头施加侧向力的造斜钻造斜钻具具及及配套的定向钻进工艺配套的定向钻进工艺，根据对，根据对钻孔轨迹与钻具孔内状态的钻孔轨迹与钻具孔内状态的测量测量结结果，按果，按设计的几何曲线设计的几何曲线调控钻孔轨调控钻孔轨迹并使之到达预定目标的钻探技术。迹并使之到达预定目标的钻探技术。 概述 2. 定向钻探的定义定向钻探的定义 测量技术测量技术 内容：孔斜测量，工具面测量内容：孔斜测量，工具面测量 仪器仪器 测斜仪测斜仪 定向仪定向仪 随钻监测仪随钻监测仪(兼具测斜与定向功能兼具测斜与定向

3、功能)概述2. 定向钻探的定义定向钻探的定义 MWD在地勘钻探中意义不大在地勘钻探中意义不大回次进尺短，仪器一般未进入造回次进尺短，仪器一般未进入造斜段即需提钻斜段即需提钻回次进尺短，轨迹调整余地大回次进尺短，轨迹调整余地大孔深浅，反扭转角规律易掌握孔深浅，反扭转角规律易掌握综上所述，综上所述，MWD在地勘中的作在地勘中的作用仅起监测反扭转角的作用用仅起监测反扭转角的作用 MWD投资大投资大 MWD随钻服务量大随钻服务量大概述2. 定向钻探的定义定向钻探的定义概述2. 定向钻探的定义定向钻探的定义概述 2. 定向钻探的定义定向钻探的定义 造斜工具造斜工具 螺杆钻螺杆钻 涡轮钻涡轮钻 连续造斜器

4、连续造斜器 孔底电钻孔底电钻概述 2. 定向钻探的定义定向钻探的定义 造斜钻具造斜钻具涡轮钻基本结构涡轮钻基本结构向下推力转子叶片盘定子叶片盘泥浆流组配的单级马达转子叶片盘定子叶片盘涡轮本体马达部分涡轮驱动轴概述 2. 定向钻探的定义定向钻探的定义 造斜钻具造斜钻具涡轮钻机械特性涡轮钻机械特性空转失速速度速度扭矩扭矩 功率功率功率功率扭矩扭矩标准速度压降压降概述 2. 定向钻探的定义定向钻探的定义 造斜钻具造斜钻具 涡轮钻具评价涡轮钻具评价 转速高，运行平衡，适于金刚石钻进转速高，运行平衡，适于金刚石钻进 可加减涡轮节调节输出功率大小可加减涡轮节调节输出功率大小 寿命长，耐高温寿命长，耐高温

5、造价高，外形尺寸长造价高，外形尺寸长 空转时转速太高不利于扫孔空转时转速太高不利于扫孔 压降与转速无关，不利于判断孔内工况压降与转速无关，不利于判断孔内工况 2. 定向钻探的定义定向钻探的定义 造斜钻具造斜钻具连续造斜器结构连续造斜器结构概述 3. 定向钻探的发展定向钻探的发展 4. 操作精要操作精要 钻进异常判断与排除钻进异常判断与排除现现 象象原原 因因排排 除除 方方 法法泵压陡增并持续泵压陡增并持续不下不下 地层变软；轴压超过临地层变软；轴压超过临界点；定子脱胶；转子界点；定子脱胶；转子或钻头卡死或钻头卡死如为前两种原因，则如为前两种原因，则将钻具提离孔底即恢将钻具提离孔底即恢复正常，

6、否则需提钻复正常，否则需提钻处理螺杆钻处理螺杆钻泵压持续大幅度泵压持续大幅度上下跳跃，不能上下跳跃，不能施加轴压施加轴压孔内有硬残留物；钻头孔内有硬残留物；钻头脱落；轴承碎；万向节脱落；轴承碎；万向节断；定子脱胶断；定子脱胶立即提钻检查钻头和立即提钻检查钻头和螺杆钻螺杆钻泵压轻微下降并泵压轻微下降并对轴压无反应，对轴压无反应，不进尺不进尺钻头内充满小岩心；钻钻头内充满小岩心；钻头磨光；万向节联接失头磨光；万向节联接失效；驱动轴脱扣效；驱动轴脱扣提钻检查、视情处理提钻检查、视情处理泵压大幅度下降，泵压大幅度下降，钻速锐减钻速锐减定、转子磨损过度，配定、转子磨损过度，配合变松合变松提钻更换定子或转

7、子提钻更换定子或转子概 述 4. 操作精要操作精要 特别注意事项特别注意事项分级施压分级施压(50100kg)。加压后最少维持。加压后最少维持1min后后泵压无变化才可加下一级压力泵压无变化才可加下一级压力长时间钻进后应窜动钻柱消除静摩擦长时间钻进后应窜动钻柱消除静摩擦测斜必须在稳斜段进行。造斜后如需测斜，应测斜必须在稳斜段进行。造斜后如需测斜，应稳斜稳斜23m定向时仪器中点必须置于设计造斜点位置，连定向时仪器中点必须置于设计造斜点位置，连续两回次定向尤需如此续两回次定向尤需如此计算定向读数时一定要辨明各装合差值的符号计算定向读数时一定要辨明各装合差值的符号轨迹设计的必要性 简要图解法的局限性

8、简要图解法的局限性 示例示例 已知造斜点孔斜和目标孔斜时已知造斜点孔斜和目标孔斜时NE01轨迹设计的必要性 简要图解法的局限性简要图解法的局限性 解法的局限性解法的局限性 将原本是直将原本是直- -弧曲线做为折线处理弧曲线做为折线处理 曲率半径越大误差越大曲率半径越大误差越大螺杆钻定向钻探技术 4. 操作精要操作精要 定向分枝技术定向分枝技术人工孔底架设选择完整岩层选择完整岩层可钻性可钻性级级水泥塞长度有充分余地水泥塞长度有充分余地水泥标号不低于水泥标号不低于425 一天后扫清塞顶浮灰一天后扫清塞顶浮灰 大泵量冲孔大泵量冲孔 螺杆钻定向钻探技术 4. 操作精要操作精要 定向分枝技术定向分枝技术

9、操作要点操作要点选择选择45或或1 弯外管弯外管初始小钻压甚至初始小钻压甚至0钻压切削孔壁钻压切削孔壁注意观察泵压对钻压的敏感度注意观察泵压对钻压的敏感度注意观察上返钻屑注意观察上返钻屑判断钻出新孔底后即提判断钻出新孔底后即提短管稳斜钻进短管稳斜钻进23m后测斜后测斜 螺杆钻定向钻探技术 4. 操作精要操作精要 定向分枝技术定向分枝技术新老孔底面积比新老孔底面积比 原始数据收集(测斜资料、地层产状)逐段建立孔斜回归方程计算钻孔遇层角绘制地层分布图分析岩性、地层产状与孔斜的关系建立孔斜关系模糊分类矩阵建立并检验孔斜强度分布函数预测孔斜趋势传动轴壳万向轴壳传动轴壳万向轴壳钻头稳定器稳定器钻头底侧刃

10、弧度大底侧刃弧度小D2222122221D2D2D sin ( /D)D2D2D sin ( /D) 螺杆钻定向钻探技术 4. 操作精要操作精要 定向分枝技术定向分枝技术钻屑组份镜下观察钻屑组份镜下观察0204060801000102030405060708090t(h)%岩屑水泥屑 4. 操作精要操作精要 钻进异常判断与排除钻进异常判断与排除现现 象象原原 因因排排 除除 方方 法法泵压陡增并持续泵压陡增并持续不下不下 地层变软；轴压超过临地层变软；轴压超过临界点；定子脱胶；转子界点；定子脱胶；转子或钻头卡死或钻头卡死如为前两种原因，则如为前两种原因，则将钻具提离孔底即恢将钻具提离孔底即恢复

11、正常，否则需提钻复正常，否则需提钻处理螺杆钻处理螺杆钻泵压持续大幅度泵压持续大幅度上下跳跃，不能上下跳跃，不能施加轴压施加轴压孔内有硬残留物；钻头孔内有硬残留物；钻头脱落；轴承碎；万向节脱落；轴承碎；万向节断；定子脱胶断；定子脱胶立即提钻检查钻头和立即提钻检查钻头和螺杆钻螺杆钻泵压轻微下降并泵压轻微下降并对轴压无反应，对轴压无反应，不进尺不进尺钻头内充满小岩心；钻钻头内充满小岩心；钻头磨光；万向节联接失头磨光；万向节联接失效；驱动轴脱扣效；驱动轴脱扣提钻检查、视情处理提钻检查、视情处理泵压大幅度下降，泵压大幅度下降，钻速锐减钻速锐减定、转子磨损过度，配定、转子磨损过度，配合变松合变松提钻更换定

12、子或转子提钻更换定子或转子螺杆钻定向钻探技术 4. 操作精要操作精要 特别注意事项特别注意事项分级施压分级施压(50100kg)。加压后最少维持。加压后最少维持1min后后泵压无变化才可加下一级压力泵压无变化才可加下一级压力长时间钻进后应窜动钻柱消除静摩擦长时间钻进后应窜动钻柱消除静摩擦测斜必须在稳斜段进行。造斜后如需测斜，应测斜必须在稳斜段进行。造斜后如需测斜，应稳斜稳斜23m定向时仪器中点必须置于设计造斜点位置，连定向时仪器中点必须置于设计造斜点位置，连续两回次定向尤需如此续两回次定向尤需如此计算定向读数时一定要辨明各装合差值的符号计算定向读数时一定要辨明各装合差值的符号冬瓜山定向钻探工程

13、 1. 定向钻探的必要充分性定向钻探的必要充分性 矿体特征与勘探要求矿体特征与勘探要求埋深埋深750950m，背斜产出，两翼倾角，背斜产出，两翼倾角1035 ，最大厚度，最大厚度100余米，平均余米，平均32m勘探勘探网网度度B B级块段级块段 40604060m C C、D D级块段级块段 8012080120m 命靶要求命靶要求 1/5网网距距 矿区勘探的急迫性矿区勘探的急迫性 以往的勘探方案以往的勘探方案冬瓜山定向钻探工程 1. 定向钻探的必要充分性定向钻探的必要充分性 以往孔斜指标以往孔斜指标详查钻孔详查钻孔58个，个，20个金刚石钻孔孔斜如表个金刚石钻孔孔斜如表矿区钻孔自然弯曲梯度不

14、强烈矿区钻孔自然弯曲梯度不强烈仅仅2个终孔顶角个终孔顶角0.51 的钻孔满足的钻孔满足10m中靶要求中靶要求深孔累积位移使深孔累积位移使网网度超标度超标顶角递增率顶角递增率( /100m)i 0.50.5 i 1.0i 1.0钻钻 孔孔 数数(个个)1271所占百分率所占百分率(%)60355冬瓜山定向钻探工程 1. 定向钻探的必要充分性定向钻探的必要充分性 矿区矿区地表设施与地下构筑地表设施与地下构筑涵括了涵括了5千余职工的铜陵有色狮矿千余职工的铜陵有色狮矿地表永久性工民用建筑密集地表永久性工民用建筑密集空中架设有多条输变电线路空中架设有多条输变电线路矿体在矿体在“五层楼五层楼”狮子山矿田最

15、底层狮子山矿田最底层地下采场密布，平巷纵横地下采场密布，平巷纵横广寒宫广寒宫人防改造的地下娱乐场人防改造的地下娱乐场详查时已有数个钻孔贯入老窿详查时已有数个钻孔贯入老窿冬瓜山定向钻探工程 1. 定向钻探的必要充分性定向钻探的必要充分性 定向钻探攻关试验定向钻探攻关试验 1987年开展年开展“铜陵冬瓜山铜矿床应用定铜陵冬瓜山铜矿床应用定向钻探技术进行深部矿体勘探的方法研向钻探技术进行深部矿体勘探的方法研究究”攻关试验，完成了我国首组攻关试验，完成了我国首组“1主主6枝枝”集束形定向钻孔群集束形定向钻孔群 7孔累计延深孔累计延深5888.30m，中靶精度，中靶精度1.357.17m，节约工作量，节

16、约工作量2835.24m，控，控制范围制范围100 100m冬瓜山定向钻探工程 1. 定向钻探的必要充分性定向钻探的必要充分性 勘探对技术手段的要求勘探对技术手段的要求 钻孔准确命靶钻孔准确命靶 现场避开地表与空中设施现场避开地表与空中设施 孔身绕过地下隐蔽工程孔身绕过地下隐蔽工程 能尽快进入勘探，并缩短施工周期能尽快进入勘探，并缩短施工周期 获得更好的经济效益获得更好的经济效益 矿床勘探必须采用且只有采用定向钻探矿床勘探必须采用且只有采用定向钻探冬瓜山定向钻探工程 2. 矿区总体设计矿区总体设计 工程布置工程布置 首勘地段首勘地段3458线设计钻孔线设计钻孔43个个 探矿孔探矿孔39个个(B级孔级孔5个，个，C、D级孔级孔34个个)终孔口径终孔口径 59mm 水文孔水文孔3个，水文探矿兼用孔个，水文探矿兼用孔1个，终孔个，终孔口径口径 91mm 2年完成探矿工程，年完成探矿工程，3年提交勘探报告年提交勘探报告冬瓜山定向钻探工程 2. 矿区总体设计矿区总体设计 钻孔编组原则钻孔编组原则一主多枝一主多枝孔口布置孔口布置充分利用主孔充分利用主孔运用钻孔自然弯曲规律运用钻孔自然弯曲规律 钻孔