煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用赵建国;赵江鹏;许超;吴智峰【摘要】针对传动滑动钻进方法施工千米以上长距离定向钻孔遇到的问题,借鉴石油钻井领域先进技术经验,提出煤矿井下近水平复合定向钻进技术,对其高效钻进机理与钻孔轨迹控制原理进行了分析探讨.根据复合定向钻进工艺技术要求,完成了泥浆脉冲无线随钻测量系统选型,完善了复合定向钻进技术装备配套,形成了泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进工艺,开展了煤矿井下长距离定向钻孔复合定向钻进现场试验,完成一个1566 m本煤层定向长钻孔.试验结果表明,与传统滑动定向钻进技术相比,在钻进安全性显著提升的基础上,复合定向钻进技术综合钻进效率显著提升,实现了本煤层定向长钻孔的安全高效钻进.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】5页(P202-206)【关键词】复合定向钻进;泥浆脉冲;随钻测量【作者】赵建国;赵江鹏;许超;吴智峰【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】P634随着我国煤矿井下高产高效综采技术全面推广，煤矿安全生产对于煤矿井下地质异常体探测钻孔、水害防治钻孔与瓦斯抽采钻孔轨迹精确控制要求不断提高，随钻测量定向钻进技术在煤矿坑道钻探工程领域迅速推广，广泛应用于煤层瓦斯抽采治理，矿井水害防治，井下隐蔽致灾地质因素探查，采空区防灭火等工程领域[1-2]。
在上述背景下，传统的滑动定向钻进技术逐渐暴露出一些问题和不足：下斜定向长钻孔钻进返渣不畅，局部孔段易出现积渣卡钻情况；碎软地层孔壁稳定性差，易发生塌孔埋钻、卡钻事故；随着钻孔深度的增加，孔内钻柱存在“托压”现象，导致钻机推进压力过高，不利于实现深孔钻进。
上述问题的出现，一定程度上制约了随钻测量定向钻进技术在煤矿井下定向长钻孔中的进一步推广。
基于定向钻进技术的随钻测量系统应用研究
基于定向钻进技术的随钻测量系统应用研究发布时间：2022-11-27T06:55:43.348Z 来源：《中国科技信息》2022年8月第15期作者：钱龙[导读] 伴随着我国对于矿井开采力度的不断加大，相关的技术研究也在不断地不断地进展。
钱龙山西金鼎高宝钻探有限责任公司 048000摘要：伴随着我国对于矿井开采力度的不断加大，相关的技术研究也在不断地不断地进展。
为了能够针对煤矿井进行更加精确的开采，定向钻进技术的随钻测量系统开始广泛地应用于各个煤矿井的开采工作中，使得煤矿井的开采工作效率大幅度提升，对于我国的能源行业的发展提供了先进的技术。
本文章基于定向钻进技术进行研究，研究分析随钻测量系统在煤矿井下开采过程中的应用效果。
并且针对随钻测量定向钻进技术的三个应用进行了阐述，希望能够有更多相关技术人员了解到该技术的应用，推动我国煤矿井下开采的发展。
关键词：定向钻进技术；随钻测量系统；煤矿井前言我国煤矿开采技术在不断地改革创新，矿井安全生产方面上得到了更加广泛的关注。
当前的煤矿开采要逐步实现智能化开采的工作方式，确保煤矿开采生产过程变得更加安全，保障煤矿工人的生命财产安全。
当前煤矿开采工作对于矿井勘测、瓦斯抽放等相关业务的要求也在不断地提高，只有针对技术方面上进行创新才能够满足前阶段的要求。
随钻测量定向钻进技术是当前较为常用的一种煤矿井下施工技术，能够有目的地将钻孔轴线由弯曲变直，尽可能地确保在井下工作的过程中逼近目标要求，确保煤矿井下的开采工作能够顺利完成。
很多相应的煤矿开采企业开始针对随钻测量系统进行研究并且应用在实际开采工作中，取得了良好的效果。
一、随钻测量定向钻进技术概述及原理（一）随钻测量技术概述随钻测量技术指的是矿井在施工的过程中，施工技术人员在钻头钻进的过程中实现各种参数连续测量的技术，这些参数主要包括矿井的倾角、方位角等等，伴随着参数的测量调整钻头地钻进状态，更好地完成矿井的探测开采工作。
煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展
煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展石智军;李泉新;姚克【摘要】煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域.经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺.结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2015(042)001【总页数】5页(P12-16)【关键词】煤矿井下;定向钻孔;无线随钻测量;地质导向;大功率定向钻机;复合定向钻进【作者】石智军;李泉新;姚克【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】P634.7煤矿井下定向钻进技术可以实现钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在预定层位中的有效延伸，增长钻孔有效抽采距离，增加钻孔瓦斯抽采量，提高瓦斯抽采率;另外定向钻进技术可进行多分支孔施工，施工的钻孔能均匀覆盖整个工作面，具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，能显著提高煤层瓦斯治理效果，现已成为我国煤矿区瓦斯高效抽采的主要技术途径［1－2］。
定向钻进技术自2008年开始在我国煤矿井下应用以来，据统计已在30多个矿区进行了广泛的推广应用［3－4］，不断改进完善并取得了新的重要进展，在国内煤矿井下完成了最大孔深1881 m，终孔直径98 mm和孔深1209 m，终孔直径120 mm的集束型瓦斯抽采水平定向长钻孔;完成了最大孔深1026 m，终孔直径153 mm的顶板岩石高位定向长钻孔。
泥浆脉冲信号检测方式研究
泥浆脉冲信号检测方式研究泥浆脉冲信号检测方式研究引言：泥浆脉冲信号是一种关键的地质勘探技术，常用于石油钻井中的岩层识别和井下测井。
泥浆脉冲信号检测方式的研究，对于提高钻井效率、减少钻井事故具有重要意义。
本文将深入探讨泥浆脉冲信号检测方式的多个方面，并分享个人的观点和理解。
一、泥浆脉冲信号的生成原理1.1 钻井过程中的泥浆脉冲信号产生机制在钻井过程中，钻头旋转和钻进作业会引起钻井液的扰动，进而产生泥浆脉冲信号。
这种信号主要受到钻头状态、岩层性质、钻井液参数等因素的影响。
1.2 泥浆脉冲信号的特点与应用泥浆脉冲信号具有频率范围广、能量较强、传输距离远等特点，使其成为了岩层识别和井下测井的重要手段。
通过对信号的检测和处理，可以获取到地层的物理性质和构造信息。
二、泥浆脉冲信号的检测方式2.1 传统的泥浆脉冲信号检测方法传统的泥浆脉冲信号检测方法主要依赖于专用的传感器和检测设备。
这些设备通常需要固定安装在钻井设备上，对于井下作业具有一定的限制。
2.2 基于无线传输的泥浆脉冲信号检测方法随着无线传输技术的发展，基于无线传输的泥浆脉冲信号检测方法逐渐兴起。
这种方法通过无线传感器将信号收集并传输到地面设备进行处理，不仅提高了检测的灵活性，同时也降低了装置安装和维护的成本。
三、泥浆脉冲信号检测方式的发展趋势3.1 多传感器结合的泥浆脉冲信号检测方法目前，一种新的趋势是采用多传感器结合的方式进行泥浆脉冲信号的检测。
这些传感器可以针对不同参数进行监测，进一步提高信号的准确性和可靠性。
3.2 人工智能在泥浆脉冲信号检测中的应用另一个发展方向是将人工智能应用于泥浆脉冲信号的检测与处理中。
通过机器学习算法，钻井工程师可以更准确地判断地层的性质，提高钻井效率和安全性。
结论：泥浆脉冲信号检测方式的研究对于提高钻井效率和保障钻井安全具有重要意义。
目前，随着无线传输技术和人工智能的发展，新的泥浆脉冲信号检测方法不断涌现。
多传感器结合和人工智能的应用将进一步提高信号的准确性和可靠性。
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
煤矿井下随钻测量定向钻进技术发表时间：2020-12-30T02:21:57.407Z 来源：《中国科技人才》2020年第24期作者：程建未[导读] 煤矿生产作为当前社会生产中的重要组成部分，对于社会经济的发展有着极为重要的作用。
中国煤炭地质总局一一九勘探队河北省邯郸市 056400摘要：煤矿生产作为当前社会生产中的重要组成部分，对于社会经济的发展有着极为重要的作用。
这就要求有关部门可以对煤矿开采有着足够的重视，确保煤矿开采工作可以顺利进行。
在这一过程中，相关部门应当对煤矿井下随钻测量定向钻进技术有着一个较为基本的了解，确保煤矿随钻测量结果的准确性。
随钻测量技术在煤矿开采中的合理应用，可以有效提高煤矿钻孔轨迹的精确控制，使得当前的煤矿开采更加高效化。
同时，随钻测量定向钻进技术还可以被应用于地质勘测中，在地质行业中有着较为广泛的应用。
通过对随钻测量定向钻进技术的研究，有效推动煤矿开采效率的提高，还能在一定程度上推动当前社会经济的稳定发展。
关键词：煤矿；随钻测量；定向钻进技术；分析随着社会经济的快速发展，人们对于煤矿开采也有着更高的要求。
煤炭作为当前较为常用的能源之一，对于社会经济的稳定发展有着极为重要的作用。
通过煤矿开采效率的提高，从而实现当前社会生产力的稳步提高。
随钻测量定向钻进技术作为煤矿开采中较为重要的施工工艺，对于煤矿开采效率的提高有着较为直接的影响。
这就要求有关部门能够对煤矿随钻测量定向钻进技术有着足够的重视，使得当前的煤矿开采可以更加合理化。
在这一过程中，煤矿企业还应当注意对于工作人员专业素养的培养，确保工作人员可以充分满足煤矿开采的需要，有效实现煤矿经济效益的提高。
同时，煤矿随钻测量定向钻进技术不仅可以被合理应用于煤矿领域，还可以被应用于地质勘测中，对于地质行业的发展有着较为重要的作用。
下面本文将针对煤矿随钻测量定向钻进技术进行分析研究。
1.随钻测量定向钻进技术原理1.1.钻进技术在对煤矿随钻测量定向钻进技术进行分析时，首先工作人员需要对煤矿随钻测量定向钻进技术原理有着一定的了解，确保煤矿开采可以顺利进行。
煤矿井下随钻测量定向钻进技术及应用
随钻测量定 向钻进配套装备 由定 向钻机 、 泥浆
泵、 孔底 马达 、 下 无 磁钻 杆 、 测量探管 、 上无 磁 钻 杆 、 通 缆式钻 杆 、 通缆 式 送 水 器 、 通讯电缆、 孔 口监 视 器 等组 成 。钻进 系统 连 接 如 图 １所 示 ， 泥 浆泵 提 供 的 高 压水通 过送 水器 、 通 缆 钻杆 进 入 孔 底 马 达 内驱 动 马 达旋转 ， 从 而带 动钻 头旋转 切 削煤 岩层 ， 钻进 过程 中整个钻 杆 柱不旋 转 ， 仅孔 底 马达 带 动 钻 头 回转 碎 岩 钻进 ， 而钻 孔轨 迹 控 制 主要 通 过 改 变 孔底 马 达 弯 角 的方 向 （ 即工具 面 向角 ） 来 实 现 。系统 中 的随钻测
面 只需要 布置 ２ ～３个钻 场 ， 即可使 钻孔 均匀 覆盖 整
量探管将钻孔的倾 角、 方位角和工具面 向角实时传 输￣ Ｊ Ｉ ： ｆ Ｌ 口监 视器 内进 行处理 、 显示 ， 形 成钻 孔实 钻轨
迹 。根 据设 计钻 孔 的 轨迹 与实 钻 轨 迹偏 斜 状 况 ， 调
整 孔底 造斜 工 具 面 向角 以达 到 调 整 钻 孑 Ｌ 轨迹 的 目
抽采钻孔及其他特 殊钻孔 工程领 域。本 文通过对 随钻 测量 定 向钻进 技术原 理介 绍， 阐述 了定 向钻进 技术
在煤矿 井下瓦斯抽采 、 地 质勘探、 防治水及 防灭火领 域定 向钻孔 的适用条件 、 布孔 方式、 成孔 原理及 应用效
果， 为我国煤矿井下瓦斯治理 、 地 质勘探 、 水害 防治及 防灭 火等 工程提供技术借 鉴。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —０ ９ —０ １ 源自定 向钻 进技 术 的应 用
煤矿井下随钻测量定向钻进技术与应用探究
煤矿井下随钻测量定向钻进技术与应用探究作者：李磊来源：《中国科技纵横》2018年第06期摘要：本文简要阐述了随钻测量定向技术的应用原理，并对随钻测量定向钻进工艺做出了分析，随后进一步探讨了煤矿井下随钻测量定向钻进技术的应用。
以期通过本文的分析与研究，能够为煤矿井下作业技术的进一步完善提供相应的参考与借鉴。
关键词：煤矿；瓦斯抽采；随钻测量；定向钻进中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0180-02随着社会的发展和科技的进步以及城市化进程的不断推进，促使对于煤炭等能源的应用数量与范畴进入到全新的阶段。
在煤矿井下开采环节中，随钻测量定向钻进技术应用范围也呈现出逐渐扩展的趋势，通过应用此种技术，不仅能够完成较硬煤层的瓦斯抽采，还能够进行地质勘探等作业。
因而对此项技术进行应用研究，便具有典型的现实价值与意义。
1 随钻测量定向钻进技术原理1.1 钻进技术随钻测量定向钻进设备由两部分结构构成，且钻进设备是其中的基础部分之一。
应用于煤矿作业中的随钻测量定向钻进设备，其钻进设备中涵盖定向钻机、泥浆泵以及马达等部件。
在钻进设备运行过程中，泥浆泵通过对高压水的输送，使马达能够利用高压水来完成驱动与转动，进而为钻机的作业提供原动力。
在此过程中，钻进方向也由马达进行调控。
1.2 测量技术除了钻进设备之外，随钻测量定向钻进设备中的另一大核心技术，便是测量技术。
设备中的测量探管，可对钻孔倾斜角、方位角以及工具面向角等进行探测和接收，并由监视器生成钻孔路径图形。
由此便可使之与设计路径图形做出实时比对，以此做出更为精确的调整，确保钻孔路径与设计路径相同。
2 随钻测量定向钻进工艺分析2.1 水平长钻孔施工工艺通常情况下，煤矿井下瓦斯抽采的技术人员，希望钻孔作业能够穿透更厚的煤层，并尽量确保钻孔长度能够最大限度的延伸，以此来确保瓦斯抽采作业的准确与高效。
同时，在进行地质构造勘探过程中，若面对相对复杂的地质构造时，要尽可能的对构造障碍进行避让，来尽量增长钻孔长度。
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用摘要:本文结合煤层的地质条件，采用井下随钻测量定向钻探技术与旋转磁场定位技术相结合的方式，降低井下定向长钻孔轨迹控制误差、提高中靶率，远端对接连通井下定向长钻孔与地面U型井组直井，拟达到改变地面U型井组抽采方式，降低了煤矿区域瓦斯排采成本的目的。
关键词:煤矿井下;复合定向钻进;无线随钻测量;引言为了提高地面煤层气井组抽采效率，通过对煤矿井下复合定向钻进的结构设计、钻孔轨迹控制技术及对接工艺技术等施工技术进行研究，利用泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进技术和主动磁测距技术来实现钻孔轨迹控制、精准对接贯通。
结果表明，主动磁测距技术可以有效的降低定向钻孔轨迹测量累积误差、消除靶点标定误差，实现精确中靶。
井下复合定向钻进与地面U型井组直井成功贯通为煤矿区井下和地面井组抽采系统构建了连通通道，降低了煤矿区域瓦斯排采成本，为井下、地面立体式联合抽采模式的应用提供了技术支持。
近年来，国内大型矿井采用随钻测量定向钻进技术施工井下水平定向长钻孔进行煤矿区域瓦斯预抽、水患探查治理、异常区域超前探测等已经逐步成熟。
研究表明，大功率随钻测量定向钻进装备可以满足煤矿井下2570m和3353m顺煤层超深瓦斯抽采定向钻孔施工要求。
研究表明，井下随钻测量定向钻进技术及配套装备可以精准探测老空水、底板奥灰水等各种隐伏构造，这种探测手段具有精确可控、探测覆盖范围较广等优势，但是此种技术在煤矿井下远端精准对接应用领域尚未做进一步研究。
基于旋转磁场地位技术的地面煤层气井精准对接钻井及完井工艺，并应用于晋城矿区煤层气勘探开发，取得了良好效果，但该技术在煤矿井下对接钻进中应用效果有待进一步检验。
1井下复合定向钻进钻进技术特点煤矿井下复合定向钻进是指煤矿井下水平定向长钻孔与直井井口水平间距大于500m的其他地面井组在目标煤层中进行精准对接连通。
此类钻孔钻进工艺集成了无线随钻测量定向长钻孔钻进、复合定向钻进、旋转磁测距、本煤层定向长钻孔侧钻开分支孔等多项先进技术。
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煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究瓦斯抽采既是煤矿瓦斯治理的主要方式之一,也是综合利用瓦斯(煤层气)的基础,井下定向钻孔因具有钻孔轨迹可控、有效抽采距离长、多分支孔和超前区域集中抽采等优点是进行煤矿井下瓦斯抽采的有效途径,在保障煤矿安全生产方面发挥了重要作用。
然而随着定向钻孔孔深和孔径的增大以及施钻地层的复杂多样性,现有滑动定向轨迹控制技术与有线随钻测量技术自身固有的局限性逐渐显现。
本文针对大直径/超长近水平定向孔和复杂地层近水平定向孔钻进施工难题,系统研究了煤矿井下复合定向钻进技术,揭示了复合定向模式下轨迹控制机理,定量分析了复合定向模式下钻具受力特点,设计出了适应复合定向钻进的泥浆脉冲无线随钻测量装置,提升了井下定向钻进技术装备的能力水平,为保障煤矿安全生产提供了有利技术支持。
首先研究了复合定向钻进技术原理,以钻孔轨迹调控为核心制定了钻进工艺流程,并从钻进效率、钻进安全性和深孔钻进三个方面对其特性进行了分析。
基于井下近水平钻孔单弯无稳的钻具组合建立了复合钻进钻孔轨迹预测模型,并利用模拟计算,分析得出了复合钻进条件下钻进侧向力和孔斜趋势角随螺杆马达弯角、钻头侧向切削力、钻压、钻孔孔径扩大率、动力头转速和钻孔倾角变化规律;通过规律研究得出复合钻进时采用1.25度螺杆马达在钻压15kN,钻孔扩大率10%以上时,复合钻进轨迹控制处于稳斜打快状态。
通过建立复合钻进三维碎岩仿真模型,提取钻杆柱振动模态,并对钻头~钻杆系统切削破岩过程进行仿真分析。
基于Abaqus/Explicit显式中心差分算法对钻头破岩过程进行了瞬态分析,得到了煤矿井下小直径近水平钻孔在复合钻进条件下孔底钻具组合不会发生共振现象;同时一定程度上定量分析出复合钻进过程中孔底钻具组合和地层之间周期性应力、应变状态,为钻进工艺参数选取及钻具组合选取提供参考。
其次针对煤矿井下特殊的施工环境和钻进技术要求,设计了一套适合煤矿井下条件的无线随钻测量装置,将脉冲发生器与73mm外管设计成一体式结构,采用比例先导控制技术,实现了96L/min小排量条件下脉冲信号稳定输出;应用压力脉冲幅值计算分析方法,得出脉冲压力幅值随阀头半径、泵压、泥浆排量和钻杆内径增加而增大的变化趋势,结合煤矿井下泵量参数得出煤矿井下泥浆脉冲传输的最佳阀头直径。
为泥浆脉冲随钻测量装置在煤矿井下应用中工作参数的设定和钻进参数的选择提供参考。
最后结合中硬煤层、软硬互层煤层及顶板复杂地层三个典型现场进行复合定向钻进工艺技术和泥浆脉冲无线随钻测量装置的现场试验研究。
验证了关于复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻技术的研究成果。
本文所开展的复合定向钻进及泥浆脉冲无线随钻测量技术研究和相关结论,能够用于指导现场瓦斯抽采钻孔工程实践,对相关领域进一步研究应用有一定参考价值。