水平定向钻进工艺及技术培训资料
千米定向钻机培训资料
千米定向钻机培训资料一、什么是千米定向钻机千米定向钻机，简称定向钻机，是一种用于在地下进行水平、垂直或者倾斜定向钻探的工具。
它利用高压液体驱动钻头在地下进行钻探，可以应用于地质勘探、工程建设、石油开采等领域。
定向钻机具有钻孔精度高、可控性强、施工效率高等优点，逐渐成为工程施工中的重要设备。
二、定向钻机的工作原理定向钻机主要由液压系统、控制系统和钻具组成。
液压系统负责提供动力，控制系统负责控制方向和位置，钻具则具体执行钻探作业。
具体工作过程如下： 1. 钻机通过液压系统驱动旋转钻杆，产生旋转力。
同时，液压系统将高压液体输送到钻头内部； 2. 高压液体通过钻头的喷嘴喷射出来，产生的推力可以将钻头推向地下，完成钻进； 3. 钻杆在钻进的过程中，通过控制系统调整旋转和倾斜角度，以实现定向钻探； 4. 钻进到目标位置后，停止供液，钻杆逐渐回转退出。
三、定向钻机的应用领域定向钻机广泛应用于以下领域： 1. 地质勘探：用于获取地下构造、岩层和矿产资源等信息； 2. 水井钻探：用于钻取供水井、排水井等； 3. 油气开采：用于钻取石油、天然气的生产井； 4. 地下工程：用于建设地铁隧道、桥梁基础等。
四、千米定向钻机的关键技术千米定向钻机的关键技术包括以下几个方面： 1. 定向控制技术：通过控制钻杆的旋转和倾斜，实现钻孔的定向控制； 2. 钻头设计技术：合理设计钻头结构和钻头喷嘴，提高钻进效率和钻头的耐久性； 3. 液压系统技术：提供足够的液压动力和控制能力，确保钻进过程的稳定性； 4. 钻杆材料技术：采用高强度合金钢材料，提高钻杆的耐磨性和抗扭转能力。
五、定向钻机的操作技术要点定向钻机的操作技术要点包括以下几个方面： 1. 钻孔设计：根据实际需求，合理设计钻孔的方向、位置和倾斜角度； 2. 钻具组装：正确组装钻具，保证钻具质量和连接可靠； 3. 液压参数调整：根据不同岩层的硬度和钻孔深度，调整液压系统的参数； 4. 定向控制操作：根据钻进过程中的测量结果，调整钻杆的旋转和倾斜角度，实现定向控制； 5. 安全操作：遵守操作规程，确保安全生产。
(培训体系)年水平定向钻机培训讲义
培训讲义一、水平定向钻机第一节 设备能力的定义大部分的机器均采用回拖力来衡量设备能力的大小，例如：CASE6030、Ditch WitchJT7020、VermeerD55×100、AMERICAN AUGERSDD990、北京土行孙DDW320、深圳钻通ZT-35等。
进口的设备一般以磅为计量单位，国产机器都以KN 来衡量推拉力。
除了推拉力，所有的设备还有一个重要的参数——扭矩。
在定向钻发展的初期阶段，人们认为设备主要是用来回拖管线，制造厂商会着重宣传机器的推拉力。
随着技术的发展，大家都认识到扭矩也是一个重要的因素。
因为，在定向钻施工时，主要是靠扭矩来切削地下土层，设备没有合适的扭矩，也同样不能很好地完成工程。
因此，对于不同能力的定向钻必须有相互配合的推拉力和扭矩。
另外，国外制造的机器都按照标准配备了机载高压泥浆泵，也非常重视机载高压泥浆泵的输送能力。
这种配置的出发点在于——认识到泥浆对定向钻施工的重要性：泥浆是一种工具，其在定向钻施工中的重要性—相当于人体的“血液”，其主要目的------减少施工阻力和风险，是发挥定向钻潜力的“酵母”。
第二节 定向钻的组成定向钻机的主要由以下几部分组成：发动机——为液压系统提供动力；液压泵——为各种动作的提供液压能量；液压马达和液压缸——执行需要的工作动作。
在定向钻机中，发动机是设备的主要部分，它的性能好坏直接影响到机器是否能保持良好的工作状态。
如果没有足够的功率支持，在施工中遇到较大的阻力时，就会出现发动机不能正常工作甚至熄火的现象。
按照要求进行使用、维护和保养，是让发动机延长使用寿命的关键。
液压泵是定向钻机中的核心部分，它们为所有的工作提供了动力来源。
一般选用二到三个液压泵来分别为不同的工作部分提供高温高压液压油。
在定向钻机的施工中，需要实施推拉、旋转、保证高压泥浆的供应以及完成其它的辅助动作（如装卸钻杆、机器行走、地锚固定等）。
比较好的定向钻机会设置了三个液压泵来分别满足推拉、旋转、泥浆或辅助动作所需要的动力。
定向钻进复习资料
某矿区设计受控定向钻孔采用垂直平面内直线—曲线—直线型 孔身轨迹如图所示。已知矿层倾角η，开孔点O，靶点T垂深H和水平 位移S，开孔顶角θ0，曲线段弯强iθ和造斜点D深度L1，。
填空题举例：
1、定向钻孔轴线各点的______、______和______称为定向钻孔的 基本要素。
2、可以保持钻孔原来的方向的工作原理是_______和_______。
3、用标准曲线法设计初级定向孔的实质就是利用这些标准曲线 确定新孔的__________和__________。
名词解释举例：
（1）如何合理选择造斜点D？
答：1、首先保证实现地质目的； 2、尽可能利用自然造斜规律， 减少人工造斜工作量； 3、造斜点应选在孔壁完整和稳定部位； 4、造斜点地层不宜太硬也不宜太软。
某矿区设计受控定向钻孔采用垂直平面内直线—曲线—直线型 孔身轨迹如图所示。已知矿层倾角η，开孔点O，靶点T垂深H和水平 位移S，开孔顶角θ0，曲线段弯强iθ和造斜点D深度L1，。
（2）计算曲线段弯曲角γ，靶点 顶角θt，钻孔遇层角δ和 钻孔深度L。
曲线段弯曲角γ ：
2 tan1 HM HM 2 (2R SM ) SM 2R SM
其中：
HM
H
cos0
L1 (S
H tan0 ) sin0
SM S cos 0 H sin 0
R 57.3 i
E F
某矿区设计受控定向钻孔采用垂直平面内直线—曲线—直线型 孔身轨迹如图所示。已知矿层倾角η，开孔点O，靶点T垂深H和水平 位移S，开孔顶角θ0，曲线段弯强iθ和造斜点D深度L1，。
井下水平长钻孔定向钻进装备及工艺技术
2022/3/23
分 支 钻 孔
26
四 定向钻进工艺研究
钻孔轨迹设计与分析软件开发
应用效果：实现了长钻孔和分支孔在抽采区域的均匀布置
2022/3/23
27
四 定向钻进工艺研究
宁夏汝萁沟煤矿实钻轨迹
2022/3/23
28
五 推广应用情况
定向钻进装备已在我国22个矿井进行推广应用，累计 施工瓦斯抽采钻孔近257745m，不但为煤矿企业的安全生 产提供了保障，同时也提高了矿井瓦斯抽采利用，为煤 矿企业带来可观的经济效益。截至2010年11月我院已累 计销售44余台套煤矿井下定向钻进装备。
2022/3/23
29
五 推广应用情况
● 陕西彬长大佛寺煤矿，最深孔810m。 ● 陕西长武亭南煤矿一期，最深孔1046m。 ● 陕西长武亭南煤矿二期，最深孔830m。 ● 神华宁煤汝箕沟煤矿，最深孔961m。 ● 金能公司二矿 ，最深孔600m。 ● 晋城煤业集团成庄矿，最深孔600m。 ● 阳泉煤业集团石港煤矿，最深孔510m。
澳大利亚VLD钻机
2022/3/23
5
一、设备研发背景
2.存在问题
15~18
国外 国内
8~10
15
1~2
高价销售 孔内事故多 售后服务滞后
价格(百万)
服务周期(天)
国外设备使用效果不理想，严重制约着瓦斯高效抽采
2022/3/23
6
二 履带定向钻进钻机
ZDY6000LD(A) ZDY6000LD ZDY4000LD
2022/3/23
17
2.3.2 随钻测量系统主界面
2022/3/23
18
2.3.2 探管检测、测量操作界面
井下水平长钻孔定向钻进装备及工艺技术
路漫漫其悠远
•2024/2/2
五 推广应用情况
● 陕西彬长大佛寺煤矿，最深孔810m。 ● 陕西长武亭南煤矿一期，最深孔1046m。 ● 陕西长武亭南煤矿二期，最深孔830m。 ● 神华宁煤汝箕沟煤矿，最深孔961m。 ● 金能公司二矿 ，最深孔600m。 ● 晋城煤业集团成庄矿，最深孔600m。 ● 阳泉煤业集团石港煤矿，最深孔510m。
路漫漫其悠远
杜儿坪煤矿定向钻进实钻轨迹
•2024/2/2
5.5 山西阳煤集团新景煤矿
煤层相对松软，瓦斯喷孔严重，钻孔成孔困难
煤层f系数0.5左右，施工总进尺1202m，其中主孔孔深405m 新景煤矿定向钻进实钻轨迹图
路漫漫其悠远
•2024/2/2
5.5 山西晋煤集团寺河煤矿
路漫漫其悠远
主孔实钻深度1059m，探顶分支7次，探底分支3次，总进尺1656m
外形尺寸（长×宽×高）/mm
3500×2200×1900
钻机质量
/kg
10000
适合钻进方式
常规回转钻进、孔底螺杆马达钻进
150 900 90
4000×2000 (2340) ×1600
8500 孔底螺杆马达钻进
主要液压件（泵、阀）
派克 力士乐
派克 力士乐
钻机特点
负载敏感液压控制、三泵系统，一 负载敏感液压控制、三泵
井下水平长钻孔定向钻 进装备及工艺技术
路漫漫其悠远 2024/2/2
目录
一、设备研发背景 二、履带定向钻进钻机 三、随钻测量定向钻进系统 四、定向钻进工艺研究 五、现场应用 六、与国外定向装备主要技术性能对比
路漫漫其悠远
•2024/2/2
一、设备研发背景
水平定向钻施工重点环节介绍PPT培训课件
测量预计穿越长度。 险精神、良好的工作环境和注重结果。企业文化是全体员工共同追求的目标。
三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设 计
3、设计导向轨迹 物探完成后，根据距离入土点最近的管线的深度及 距离，定出入土角，如果不能达到所需要的角度可 以适当延长入土点与管线之间的距离；根据距离出 土点最近的管线的深度及距离，定出出土角，如果 不能达到所需要的角度可以适当延长出土点与管线 之间的距离；最后根据与所有管线交叉处的有效安 全距离定出导向轨迹。有效安全距离应减去扩孔上 浮的距离。如果有弯曲度，可以调整出入土坑的方 向，尽量减小导线轨迹的弧度。
引起的一切索赔和诉讼。
（4）投标有效期不足的；
2、物探，绘制物探图 21.1 如果买卖双方因不可抗力而导致合同实施延误或不能履行其它合同义务时，双方由此产生的损失不得向对方提出索赔要求，也不
承担误期赔偿或终止合同的责任。
18.3 资格证明文件根必须据真实可现靠、场不得情伪造况。复定印件出必须物加盖探单位范公章。围，物探一定要做到细致， 把范围内的井盖全部打开，并用雷迪跟踪探测，确 中型、小型、微型企业报价的，应符合以下条件：
三三、、穿穿越越“曲仪线器设”计 概述，流程及曲线设 计
在施工前要求业主提供穿越设计图纸，按照图纸提供的参数 进行施工，如有问题及时与业主及设计进行沟通。
如果业主没有设计图纸，要求我们自己进行设计，可按如下 方式：
1、在曲线设计时五个关键参数为： （1）入土角度 （入土角通常选择在8--12度（14%-21%）之
2）、砂层和细砂、卵石、砾石（少量的）地层的泥浆性能要求及组成 A．其主要特点：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力强。导向孔和回扩孔时极
水平定向钻施工工艺
水平定向钻施工工艺
定向钻的施工方法一般分为两种：
一种是采用导向孔装置，将钻头导向到预定的位置进行施工。
通常情况下，采用第二种方法进行施工的工程较多。
1.导向孔
导向孔是定向钻施工中的一个关键工序，直接影响着后续扩
孔和回拖管线的质量。
因此，在进行导向孔施工时，应严格控制
导向钻进速度、压力、温度、流量及钻杆转速等参数。
导向孔的
一般施工工艺：①测量钻孔位置，确定钻孔方向；②布置钻孔顺序；③安装扩孔器、钻杆和导向钻具；④加载钻机使钻头进入预
定位置；⑤控制回拖速度，达到预定轨迹。
2.扩孔器
扩孔器是定向钻的核心部件，其作用是扩大钻头在地下的工
作空间。
根据扩孔方式的不同，扩孔器分为：螺旋扩孔、螺旋加
压扩孔和泥浆扩孔三种形式。
螺旋扩孔器由钻杆、钻杆接头和钻杆中心轴组成，在钻进过
程中，通过钻杆中心轴带动钻杆接头旋转，使钻杆中心轴在扩孔
器管体中形成一个螺旋形。
—— 1 —1 —。
水平定向钻施工技术
水平定向钻施工技术1. 水平定向钻施工水平定向钻基本原理：按预先设定轨迹钻一个小直径导向孔，在导向孔出口端钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔达要求后在扩孔器后端连接旋转接头、拉管头和管道，回拉敷设地下管道。
此技术广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设中，适用于沙土、粘土、卵石等地况，我国大部分非硬岩地区都可施工。
工作环境温度为-15C〜+45C。
1.1 钻导向孔要据穿越地质情况，选择合适钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头实际位置，以便及时调整钻进方向，保证导向孔曲线符合设计要求，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔作业。
钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿设计的线路钻一条从入土点到出土点的曲线，作预扩孔和回拖管线引导曲线。
1.2 预扩孔和回拖管线一般情况使用小型钻机时，直经大于200 毫米时要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm寸需进行预扩孔，预扩孔直径和次数，视具体钻机型号和地质情况而定。
回拖管线时先将扩孔工具和管线连接好，再开始回拖，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退进行扩孔回拖，产品管线在回拖中不旋转，因扩好孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好孔中处于悬浮状态，管壁四周与孔洞间由泥浆润滑，这样即减少回拖阻力，又保护管线防腐层，经钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm所以不会损伤防腐层。
在钻导向孔阶段，钻出的孔常小于回拖管线直径，为使钻孔径达到回拖管线直径1.3〜1.5倍，需用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求直径。
地下孔经预扩孔达到回拖要求后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
2. 水平定向钻施工特点2.1 定向钻穿越施工不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，医院，学校和居民正常生活。
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定向 钻进 工艺 技术
定向钻孔轨迹设计 定向钻孔轨迹控制 定向钻进工艺参数
定向钻孔轨迹设计
空间坐标系的建立
Z(D)
O
C B
A
θA
N
αA
A’ B’ C’
X
E Y
煤矿井下水平定向钻孔以井下 钻场为参照建立空间坐标系
定向钻孔轨迹的基本要素
深度
倾角
方位 角
水平钻孔中一 般是指孔口到 测点的钻孔曲 线实长，通常 以孔内钻杆长
22 20 350 90 310 主履带车:3120×1450×1950 副履带车:3000×1450×1820 主履带车6050/副履带车4700 Φ73×3000 96 0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
ZYWL-4000D >600
96、133、153 96 73
ZYWL-4000D型定向钻机定向 钻进工艺及技术
钻探研究分院
目录
1 综述 2 定向钻进技术的原理及特点 3 水平定向钻进装备 4 水平定向钻进施工工艺 5 打捞施工 6 施工注意事项
1 综述
上世纪七十年代定向钻进技术由地质领域引用到煤矿井下，随着螺杆钻具 快速发展及成熟，美国、澳大利亚等国在上世纪九十年代已经完成千米钻孔
ZSZ1000测量系统软件界面
DGS系统与探管连接
定向钻杆
通缆钻杆外观图
中心电缆的密封结构
通缆钻杆结构图
电子水辫
无磁钻杆
电子水辫外观图
无磁钻杆
螺杆马达
螺杆 马达 部件 结构 示意 图
1、旁通阀总成；2、防掉总成；3、马达总成；4、万向轴总成；5、传动轴总成 6、马达外壳；7、定子（橡胶衬套）；8、转子
50-240 4000-1050
160 210 0～1.5 1050 2000 10 液压
22 20 300 55 305 3270×1450×1735
8500（不含钻具） Φ73×3000 96
0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
测量系统
ZSZ1000型随钻测量装置
分支孔重入技术
通过调整工具 面向角的方法来重 新进入预定分支钻孔
3 水平定向钻进装备
VLD-1000
ZDY6000LD（A）
装
备
定向钻机 泥浆泵 定向钻杆 随钻测量系统 螺杆马达
组
成
定向钻机
ZYWL-6000D定向钻机（整体式）
外形尺寸 重量大小 功率大小 输出转矩
ZYWL-6000DS定向钻机（分体式）
22 20 350 90 300 3830×2100×1850
12500（不含钻具） Φ73×3000 96
0～360（±1.5） 0～360（±1.5） -90～+90（±0.2）
ZYWL-6000DS >1000
96、133、153 96 73
50～200 6000～1400
160 160 0～1.5 1000 2000 10 液压
亚美大宁矿、寺河矿、成庄矿
2 定向钻进技术的原理及特点
定义
近水平定向钻进技术（Nearly Horizontal Directional Drilling, HDD）是利用钻孔自然弯曲规律或采用专用工具使水平钻孔 轨迹按设计要求延伸钻进至预定目标的一种钻探方法
意义
定向钻进技术不仅能大幅提高单孔的施工深度，还能够实现 一个主孔内多个分支孔的施工，从而大幅度提高了单孔瓦斯
度来衡量
钻孔当前点 的切线与水 平面之间的 最小夹角
钻孔当前点的 切线在水平面 的投影与真北 方向之间的夹
角
由加接钻杆累加 所得,一般6m一测
用上下偏差位移 来衡量变化，范 围-90 °~+90 °,
精度±0.2 °
用左右偏差位移来 衡量变化，范围0~ 360 °,精度±1.5°
钻孔轨迹形状的描述方法
上/下偏差图
左/右偏差图
二维投影图表示法一般包括垂直投影图和水平投影图
定
煤层顶底板标高
向
主孔设计
矿区等高线
钻
煤层厚度
孔
轨
迹
合理的顺序
设
分支孔设计
合适的深度
计
合适的造斜点
定向钻孔轨迹控制
工具面向角
以投影面X轴正半轴为始边，顺时针转到螺杆 钻具弯接头在垂直平面内的投影线所转过的角
度，范围0~360 °,精度±1.5°
项目 最大钻进深度
开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出转矩
推进力 起拔力 正常进给速度 给进行程 制动转矩 最大供水压力
驱动型式
行走机构 泵站
行走速度 爬坡能力 履带板宽度 电动机功率 油箱有效容积
主机外形尺寸(长×宽×高)
整机重量
通缆钻杆
胎体式PDC钻头
ZSZ1000型随 钻测 量装 置
方位角 工具面向角
倾角
单位 m mm mm mm
r/min N.m kN kN
m/min mm N.m MPa
m/min º mm kW L
mm
kg mm mm º º º
ZYWL-6000D >1000
96、133、153 96 73
50～200 6000～1400
160 160 0～1.5 1500 2000 10 液压
2002年2月VLD公司完成l761m的煤矿井下水平定向孔
国内发展概况
前期引进 上世纪九十年代
UNDP项目 松藻、铁法、淮南、
平顶山、抚顺 引进9套美国和澳大
利亚千米钻机 顺层孔施工不超过 100m,最浅孔45m 最深孔470m（岩孔）
1
6
10
2
<100m 100~200m 200~400m >400m
侧钻开第i个分支孔 Y
i≤n N
提钻至主孔
主孔施工
提钻终孔
确定工具面向角
工具面向角
主孔施工 钻孔测量
Y
前进式侧钻开分支孔工艺流程
方位、倾角是否偏 离
设计轨迹
N
钻进至设计孔深
起钻至第i个分支孔点
后退式侧钻开分支孔工艺流程
调整工具面向角
侧钻开第i个分支 孔 Y i≤n
N 提钻终孔
调整工具面向角 Y
i=i+1
对倾角的影响
方位角和 倾角是随 孔深而异 其变化趋 势和快慢 通过调整 弯接头方 向来控制
对方位角的影响
i=i+1
设计钻孔
准备钻场
确定方位、倾角 设备安装、调试
设计钻孔
准备钻场
确定方位、倾角 设备安装、调试
确定工具面向角
主孔施工
钻孔测量
方位、倾角是否偏 离
设计轨迹 N
钻进至第i个分支孔点
调整工具面向角
后期引进 2003年亚美大宁
矿 VLD-1000定向钻
机 施工深度1002m 寺河矿、成庄矿
VLD-1000定向钻机在 国内累计销售100余台
地质条件 复杂
地层稳定
煤层松软
9台钻机最深钻 进470m
原因分析
完成1002m千米 孔一个
煤质较硬
对形式估 计不足
松藻、铁法、淮南、平顶山、抚顺
外国专家 指导