救援钻孔用双钻头扭矩自平衡钻进系统理论与实验     

高科  张聪  赵研  李旭  闻育民  吕晓姝  谢晓波 《煤田地质与勘探》2022,50(11):85-93

快速安全构建应急救援通道是在矿山事故发生后解救井下被困人员的有效方法,常规救援井钻进技术主要有潜孔锤冲击钻进技术和复合钻进技术,存在钻机结构庞大、钻进工艺复杂、对地层扰动大和中靶率低等不足,尤其在破碎地层易产生二次事故,很难有效满足救援要求。为确保救援钻孔的地层适应性和孔壁稳定性,提出了双钻头扭矩自平衡钻进方法,建立了双钻头逆向驱动数学模型,通过独立逆向驱动内外2个钻头实现双钻头的同步逆向回转碎岩,上部钻具主要受简单的轴向拉压力作用,对井壁产生的扰动微弱。同时,双钻头交替给进互相扶正,可有效防止孔斜,实现精确中靶。双钻头扭矩自平衡钻进系统主要包括近钻头驱动局部扭力闭式自平衡、内外钻头钻压调节和钻具传压隔扭3大部分。依据该系统的功能需求,设计了钻具整体结构系统,并利用有限元分析软件对内钻头传扭轴、调压丝杆和传压隔扭轴承座等关键部件进行强度校核与优化,研制了一套双钻头扭矩自平衡钻进系统功能样机。对整套系统双钻头同步回转、交替给进、系统密封和自动控制等进行一系列测试和调控检测,并开展针对软、中硬和硬3种不同岩性岩石的室内钻进试验,结果表明:该系统对孔壁和岩心的扰动小、中靶率高,在不同岩性地层均具有较高的钻进速度,验证了双钻头在近钻头驱动下扭矩自平衡的可行性,为矿山灾害生命保障救援通道的快速安全构建提供了一种安全高效的方法。   相似文献   

硬岩PDC定向钻头优化设计及其表面增材技术研究     

王传留  金新  高晓亮  张朋 《煤田地质与勘探》2022,50(8):157-164

定向长钻孔是煤矿瓦斯、水害治理的主要技术手段,PDC定向钻头性能是影响坚硬地层钻进效率的重要因素。针对煤层顶底板岩层定向长钻孔施工中出现因PDC钻头体断翼、PDC崩齿等问题导致的频繁起下钻、施工效率低等现象,采用等切削布齿原则对刀翼布齿进行优化,有效降低切削齿冲击破坏;通过流体力学仿真分析,优化钻头水力参数,保证岩屑及时排出孔底,防止切削齿因重复破碎岩石导致过早损坏;通过仿真分析,优选大直径PDC异型齿,提高切削齿耐磨和抗冲击性能;引入表面增材制造技术,通过优化等离子(PTA)增材制造工艺参数,实现了兼具胎体耐磨耐冲蚀和钢体强韧性的WC基复合钻头体加工工艺。新研制的PDC定向钻头,在淮南顾桥煤矿北区底板探放水钻孔中进行了现场试验。结果表明:钻进致密、坚硬灰岩地层时,2只钻头寿命分别达到827、810 m,相对于以前的?120 mm胎体式定向钻头平均寿命300 m有较大幅度的提高,并降低了上下钻等辅助作业时间,提高了施工效率,达到了硬岩定向长钻孔提速增效的目标,为硬岩定向长钻孔用PDC钻头设计和制造工艺开发提供了新的解决方案。   相似文献   

煤矿井下定向钻孔中电阻率探测技术与应用     

李博凡  刘磊  范涛  蒋齐平  王杰 《煤田地质与勘探》2022,50(1):52-58

受高瓦斯/承压奥灰水威胁的工作面开采前,一般采取定向钻进技术在工作面底板开展压裂或注浆工程保障开采安全。利用底板定向钻孔开展孔中探测工作,可更加精细揭露工作面内隐伏构造,还可实现“一孔多用”。为解决定向钻孔内的探测问题,提出一种在水平定向钻孔中进行直流电阻率法探查的方法。定向钻孔施工完毕后,退出定向钻孔施工的通缆钻杆,送入内平钻杆,将孔中高密度电缆通过钻杆尾端特制水便送入钻孔,使孔中电缆平铺于钻孔中,在定向钻孔水平段,进行孔内直流电阻率法径向探测。在理论上通过数值模拟研究层状介质下单孔测量工作模式的接收信号衰减规律、视电阻率曲线变化特征、顶底板岩性对测量结果的影响等,并采用单孔测量数据对孔旁异常范围进行反演定位。数值模拟研究表明,孔中电阻率探测方法对隐伏的异常体有良好的探测效果。通过在陕西韩城某矿井下实际煤层底板探测试验,对研究区2个定向抽采钻孔孔中探测数据进行处理,反演结果异常区与工作面内隐伏小断层位置吻合,验证了定向钻孔中电缆布置的可行性和定向钻孔内通过孔内径向和孔间透视探测隐伏构造的可靠性。   相似文献   

同轴双向回转钻进破岩效率研究          下载免费PDF全文

曹彦伟  李谦 《探矿工程》2021,48(S1):70-78

国内外相关研究均显示同轴双向回转可有效降低钻具振动和提高破岩效率,但双向回转相对传统单向回转的钻进效率的提升水平研究较少。据此,本文建立双向回转钻头以及单向回转钻头与岩石相互作用的有限元模型,以破岩比功作为评价指标量化比较分析了2种钻头的破岩效率。通过定义双向钻头内外壁尺寸差、内外钻头的间隙、内钻头壁厚与双向钻头内外壁尺寸差之比、内外钻头转速比和内外钻头底部高度差5种核心参数,并设计正交试验完成了仿真分析。结果显示,内外钻头高度差与内外钻头间隙对于破岩比功影响比较小,内外钻头尺寸差、内外钻头转速比和内钻头壁厚与双向钻头内外尺寸差之比对破岩比功影响显著。  相似文献   

采卤对接井施工工艺的工程实践          下载免费PDF全文

谷惠东 《探矿工程》2021,48(S1):154-159

以江西九二盐业403-404采卤对接井组的施工工程为案例,系统介绍了井区地质情况、钻探施工情况;总结了大口径取心工具的优点,螺杆定向钻进施工工艺及攻克技术难点。  相似文献   

煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采钻孔钻进工艺          下载免费PDF全文

郝世俊  殷新胜  方俊 《探矿工程》2021,48(S1):173-180

碎软煤层在我国煤矿区分布广泛,具有瓦斯含量高、压力大、渗透率低等特征,在碎软煤层中钻进存在喷孔、塌孔、排渣不畅等问题,导致碎软煤层钻进困难、孔内事故频发,进而影响成孔深度和成孔率,造成瓦斯治理盲区;尤其是随着我国煤矿开采深度的增加,碎软煤层瓦斯抽采孔工作量和成孔难度不断增大。针对碎软煤层瓦斯抽采对钻孔施工需求,研究开发了高转速螺旋钻进工艺、中风压空气钻进工艺、气体定向钻进工艺等实用、经济的碎软煤层高效钻进技术,破解了碎软煤层钻孔排渣护孔、轨迹控制和高效成孔等方面难题,实现了碎软煤层钻孔在服役周期内的长效利用,相关技术在安徽、贵州、山西等地区成功推广应用,达到高效、精准抽采的目的,为矿井安全生产提供了技术保障。  相似文献   

FDS-P型绳索取心钻具研制及试验研究          下载免费PDF全文

李鑫淼  胡建超  马莎莎  郑庆辉  王嘉瑞 《探矿工程》2021,48(S1):370-374

针对复杂地层绳索取心钻进时易出现的内管总成打捞失败问题,开展了FDS-P型绳索取心钻具研制。基于内管总成打捞失败原因分析,完成了FDS-P型绳索取心钻具设计,通过室内试验,初步验证了钻具结构设计的合理性。为进一步验证钻具性能,在贵州页岩气井开展了野外生产试验,先后完成16个回次取心钻进,累计进尺39.03 m,岩心采取率达到98%以上,其中有6个回次发生堵心,内管打捞全部成功,内管到位及堵心均得到了及时提示。实际应用结果表明,FDS-P型绳索取心钻具结构设计合理,具有良好的到位及堵心报信提示作用,内管总成打捞可靠性得到显著提升,有效提高了易堵心地层钻进效率及岩心采取质量。  相似文献   

大口径绳索取心钻进工艺在页岩气地质调查川蔺参1井中的应用          下载免费PDF全文

蒋太平  李果民  肖华  沈林江 《探矿工程》2021,48(S1):269-274

为了获取参数井压裂设计的相关参数,需要对井眼进行阵列声波测井和微侧向电阻率测井,需要采取大直径岩心进行力学实验。采用固体岩心钻探取心工艺,钻孔口径难以达到物探测井仪器入井要求,岩心直径也不能满足实验要求,必须采用大口径取心工艺才能满足设计要求。同时,常规取心工艺难以满足页岩气勘探对岩心（页岩或者煤心）提升时间的要求,绳索取心工艺在这方面优势明显。本篇介绍了大口径绳索取心工艺在页岩气地质调查井川蔺参1井的成功应用,根据大口径绳索取心钻具的结构特点,结合目的层岩性特征,总结了合理的取心钻进工艺参数和技术保障措施,取得了较好的效果。  相似文献   

白涧铁矿南区复杂地层钻探施工技术          下载免费PDF全文

李红梅  石逊 《探矿工程》2021,48(11):30-35

邢台白涧铁矿南区地层岩石破碎、部分地层含角砾、胶结性差、漏失严重,钻探施工中存在掉块卡钻、缩径、坍塌、埋钻及孔内泥浆全部漏失等难题。通过优化钻孔结构、使用新工艺、新方法,合理选择钻进参数,采用绳索取心钻进配合预留技术套管,有效解决了上部煤系地层的坍塌问题;采用反丝套管的方法,极大地减轻了由于地层缩径、掉块引起的套管下不到位、起拔困难等风险;常规型绳索取心钻杆替代套管方法的采用,提高了含角砾、松散地层的穿过速度,减少了钻探工作量的报废,加快了施工进度;特别是高胎体双水口钻头的使用,提高了钻进效率,节约了钻探施工成本,项目得以如期完成。  相似文献   

复合动力钻进工艺在干热岩钻井中的应用研究          下载免费PDF全文

谭现锋  马哲民  段隆臣  刘肖  李颖  郭明义 《探矿工程》2021,48(7):1-8

2011年山东省地矿局在山东省利津县实施了国内第一个干热岩调查评价项目,采用转盘回转钻进,但钻效低、能耗高。为提高在高温硬岩条件下的钻进效率、缩短钻井周期、降低生产成本,2015年在福建省漳州市实施的中国地质调查局东南沿海深部地热HDR-1干热岩科学钻探工程井（井深4000.86 m,孔底温度109 ℃）和2017年在青海省共和县完成的GR1干热岩科学勘探井（井深3705 m,孔底温度236 ℃）,在施工中均探索使用了“转盘+螺杆钻具”复合钻进工艺,并在高温取心段首次测试应用了“转盘+涡轮钻具”复合取心钻进工艺,取得了良好的效果并就下一步研究方向提出了意见和建议,为螺杆钻具和涡轮钻具的深入研究提供了宝贵的高温施工经验,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。  相似文献