定向钻进在水文钻探中的应用

定向钻进在水文钻探中的应用

白欣岳

身份证号：612726199312021512  新疆乌鲁木齐 830000

摘要：在煤矿工程中，水文地质的灾害问题十分重要，很容易对采矿作业造成较大影响。为此，相关从业者需要进一步提升煤矿地质防水效果，加强新技术研究，进一步提高煤矿采煤效率。本文就定向钻进在煤矿水文钻探中的应用进行研究，以供参考。

关键词：定向钻井；煤矿；地质防水；应用

引言

定向钻进施工有着土方开挖量小、节约成本、对交通影响小等优点，同时对技术工艺水平、前期条件调查、施工过程管控有着较高要求。在工程实践中需要综合考虑各方面的影响，研究将各类不利因素消除或降低到最小程度是一项值得深入探讨的课题。

1定向钻探技术

使用造斜工具，根据轨迹设计要求，不断控制钻头前进方向，并将钻孔逐渐延伸至预定目标的钻进方法称为可控轨迹定向钻探技术。该技术也可以与其他钻探技术相结合，如钻探取芯技术、随钻测量技术以及综合测井技术。多种技术的结合可以使探查钻孔轨迹线附近一定范围内的工程地质情况成为可能，并成为一种较新的工程地质勘察方法。在地质条件特别复杂、地层结构变化频繁、近垂向构造发育时，可沿地下工程的特定位置布设两条或数条定向勘察孔，或者实施数条分支钻孔，精准揭示沿地下工程轴线方向的详细的线状地质条件，满足地质资料准确可靠的要求。定向钻探装备包括定向钻机、测量系统、冲洗液循环装置、螺杆钻具、钻杆钻头等。螺杆钻具最关键的部件是螺杆马达，由两个表面带有螺旋齿和槽的定子和转子组成，当高压液体进入定子与转子之间的空腔时，产生的不均衡压差迫使转子旋转，将冲洗液压力能转换为机械能，通过万向轴驱动钻头旋转，从而达到回转切屑破碎岩体的目的。

2定向钻进在水文钻探中的应用

2.1钻进参数调整方法

（1）钻压：定向钻进时，根据钻遇地层采取改变反扭矩角大小的方法调整钻压，而在同一地层中则改变造斜率。煤层需要的钻压较小，一般5°~10°反扭矩角即可满足钻进需要，个别较硬煤层可达到15°~20°，泥岩中反扭矩角一般20°~25°，曾钻遇过一层致密泥岩，反扭矩角加大到30°~35°也未获得较高的钻进效率和造斜效果。煤系地层一般由泥岩、砂岩和煤组成，砂岩较坚硬，普通砂岩反扭矩角20°~30°即可获得较好的效果。如果钻遇石英砂岩则需要较大的钻压，曾经钻遇过一层石英砂岩，反扭矩角50°~60°，钻压达到4.8t，接近达到7LZ95螺杆钻的最大钻压，时效仅0.50m左右，钻进效率和造斜效果都不理想。（2）转速：即螺杆钻的输出转速，每一种螺杆钻都有相应的转速。调整螺杆钻的输出转速的方法为调整泥浆泵的输出流量。（3）泵量：螺杆钻是一种将泥浆的压力能转化为机械能的容积式机械输出装置，泵量的大小决定了螺杆钻的输出转速。泵量应根据螺杆钻型号、钻孔直径、泥浆泵类型、钻头形式选择。一般来说，泵量越大螺杆钻的输出转速越高。（4）泵压：在正常情况下，泵压代表着螺杆钻的输出扭矩，泵压越大代表着螺杆钻的输出扭矩越大，在钻进坚硬岩石时更为重要。

2.2定向钻进技术在施工当中的应用

在定向钻进技术的施工过程中，需要严格按照设计要求进行操作，注意施工安全和质量，及时调整施工方案，以确保施工效果的最大化。在进行井身钻进施工时，根据设计要求，选择合适的钻头和钻进井径，控制钻进速度和压力，保证井身的质量和精度。在钻进过程中，需要对钻进井周围的岩层进行分析，根据实际情况及时调整施工方案，以避免施工过程中出现岩层塌陷等安全问题。接下来的工艺是进行井眼扩孔和套管施工。在井眼扩孔过程中，需要根据设计要求控制扩孔进度和深度，保证扩孔精度和质量。在套管施工过程中，需要严格控制套管的长度、直径和壁厚，保证套管的质量和安全性，还要进行井眼中的灌浆和封堵工作。在灌浆过程中，需要选择合适的灌浆材料和施工方式，确保灌浆的均匀性和密实性。在封堵工作中，需要选择合适的封堵材料和施工方法，确保封堵效果的稳定和可靠。在以上工艺措施完成后，需要对井壁和井眼支护，在井壁支护工作中，需要选择合适的支护材料和支护方式，确保井壁的稳定和安全。在井眼支护工作中，需要选择合适的支护材料和支护方式，确保井眼的稳定和安全。同时，在支护过程中需要根据实际情况及时调整施工方案，以确保支护效果的最大化。

2.3钻孔轨迹控制与随钻测量技术

随着人们对钻探工艺的要求越来越高，钻孔轨迹控制技术也越来越重要，其主要方法是通过随钻测量仪实时监测钻孔倾角、方位角、孔深等参数，与设计轨迹对比，通过调整螺杆钻具的工具面角，使钻孔按照预定轨迹延伸。

2.4物探测试

为查明隧道洞身一定范围内围岩完整性，进行围岩级别划分，在孔内进行声波、电法物探测试，测定岩体纵波波速，圈定裂隙破碎带范围。探测采用声波电法一体化测井仪，1个探头（发射器）加8个接收装置（复合传感器），一次测量同时采集波速信号和电阻率数据。钻孔完成后，将扩孔钻杆（中空）下放至孔底附近，预留3~5m裸孔；探头及传感器采用数据线缆与地面接收装置连接，两端固定推送活塞装置，将数据线缆从孔口穿过密闭三通阀。以高压水作为动力，将探头及传感器、推送活塞逐步推出钻杆至裸孔段。之后缓慢将钻杆从孔口提出，每节钻杆均从整根数据线缆尾端取下，然后回拉数据线缆带动探头及传感器回退，连续进行数据采集。

2.5定向钻进施工技术措施

（1）使用弯角为1°的螺杆钻为主要定向钻进工具，控制造斜率不大于2°/10m，一般为1.2°~1.8°/10m，方位变化率不大于3°/10m，一般为1.5°~2.5°/10m。（2）钻进过程中，每30~50m测斜一次并做出钻孔轨迹图，以确定是否进行定向纠偏钻进。（3）定向钻进过程中，又一次使用了钻孔轨迹综合控制方法，不仅使钻孔轨迹符合要求，还控制了造斜率，使钻孔轨迹圆滑，有利于钻机正常钻进和套管的顺利下放。（4）定向钻进过程中，根据钻遇地层不同，及时调整钻进参数，以提高钻进效率，控制造斜率不大于2°/10m，方位变化率不大于3°/10m。同时严格控制钻压，既不超过螺杆钻设计值，也可使造斜率均匀。（5）定向钻进时，每钻完一个单根反复划眼2~3次，使孔壁光滑，减少对钻进和下套管的影响。（6）定向钻进结束后，使用带导向的PDC扩孔钻头，防止在扩孔过程中钻出岔孔，达不到精准入巷的目标，造成巨大损失。（7）下钻前认真检查螺杆钻弯角度数和定向接头装合差；下钻时，详细检查钻杆丝扣并加油缠线上紧，以防松扣造成跑水、钻具松脱或工具面不准确，影响定向效果。下钻遇阻时，不得开泵强行下入，使用人工回转或定向冲扫的方法下入，防止出现岔孔，造成不必要损失。（8）定向时和开泵前，钻头应离开孔底2~5m，定向后应大幅度活动钻具，消除井下和地面不同步而存在的误差并影响定向效果。（9）钻进过程中，随时观察泵压变化和进尺情况，发现异常情况应及时分析并及时排除。（10）加强泥浆管理，及时清理泥浆沟和沉淀池内的岩屑，同时调整好泥浆性能，加强润滑性，并充分循环，以减少螺杆钻和钻头的磨损。

结语

综上所述，在煤矿开采过程中，地质防治水是一项重要的工作。而定向钻进技术则成为了煤矿地质防治水的一种重要手段。尽管定向钻进技术在煤矿地质防治水中的应用存在一定的技术难度，但是其应用前景依旧十分广阔。在不断推进技术创新和设备升级的同时，定向钻进技术必将在煤矿地质防治水中发挥更为重要的作用，为煤矿生产的可持续发展和生态环境保护作出更为积极的贡献。

参考文献

[1]郝甲飞.定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的运用分析[J].内蒙古煤炭经济,2020(18):189-190.

[2]史海江.定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用[J].石化技术,2020,27(1):245,247.

[4]马保松，程勇等.超长距离水平定向钻进技术在隧道精准地质勘察的研究及应用[J].隧道建设,2021,41(6):972.