井下水平长钻孔定向钻进装备及工艺技术

水平定向钻机操作流程1. 概述水平定向钻机是一种用于油气井下进行水平井段钻探的设备。

本文档旨在介绍水平定向钻机的操作流程。

2. 准备工作在开始操作水平定向钻机之前，需要进行以下准备工作：- 确认井口安全情况- 检查钻机设备的完整性和正常运行状态- 确定钻孔位置和井筒设计参数3. 操作步骤3.1 安装钻机设备将水平定向钻机设备安装到井口附近的合适位置，确保固定牢固，并连接井口装置。

3.2 启动钻机设备按照钻机设备操作手册的指引，正确启动钻机设备，并确保各项参数设置正确。

3.3 进行下套管操作根据钻孔设计要求，进行下套管操作。

具体步骤包括：- 使用套管切槽工具切割套管- 在套管底部安装钻头- 使用钻具将套管插入井孔3.4 进行定向钻进操作以下是定向钻进操作的步骤：- 选用合适的定向工具，如测斜仪和定向底钻- 根据井筒设计要求，设定井斜角度和方向- 控制钻机设备进行定向钻进工作，同时记录测斜数据- 定期检查钻机设备的运行状态，确保正常工作3.5 完成水平段钻进当达到目标井段的设计长度后，完成水平段的钻进工作。

此时，需要进行以下操作：- 停止钻机设备的工作- 进行测斜数据的分析和记录- 将测斜数据传输至地面进行分析3.6 结束操作当水平定向钻机操作完成后，需要进行整理和清理工作：- 拆卸钻机设备并安全存放- 清理工作区域，确保无遗留危险物品- 记录并汇报井下作业情况4. 安全注意事项在操作水平定向钻机时，务必注意以下安全事项：- 遵守操作规程和操作手册中的安全要求- 保持设备、工作区域的整洁和安全- 定期检查设备的运行状态，及时发现并处理异常情况- 配备合适的防护设备，如安全帽、护目镜等以上为水平定向钻机操作的基本流程，具体操作步骤和安全事项可根据实际情况进行调整。

操作人员应严格遵守相关规定和操作规程，确保操作安全和井段钻进的顺利进行。

水平定向钻施工工艺水平定向钻进技术又称HDD技术（Horizontal Directional Drilling），是近年发展起来的一项高新技术，是石油钻探技术的延长。

主要用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物，它和传统大开挖埋管施工方式相比，具有施工速度快、精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、自然气、石油等管线铺设工程中。

一、施工工艺简介水平定向钻机由钻机系统、动力系统、导向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成。

运用水平定向钻机进行管道穿越施工，首先依据设计曲线尽可能精确的钻一个导向孔，然后将导向孔进行来回扩孔，扩孔完成后将待铺管材沿着扩大了的导向孔进行拖拉，最终完成管线穿越工作，具体工艺如下图所示。

水平定向钻穿越施工须要两个分别的工作场地：钻机设备场地（钻进入土点工作区）和管线预制场地（钻孔出土点工作区）。

每个场地的主要施工工序如下：钻机设备场地：测量放线→三通一平→钻机设备进场→钻机组装调试→控向系统调试→钻导向孔→预扩孔→回拖→设备退场→复原地貌。

管线预制场地：测量放线→三通一平→设备进场→运管布管→组装焊接等→设备退场→复原地貌。

二、水平定向钻施工的优、缺点及适用范围（一）水平定向钻施工的优点1．接受定向钻穿越施工时，地上功能能够正常运用。

例如穿越公路、铁路时，可不阻断交通；穿越河流时，可保证河流畅通，不阻断通航、排洪。

2．由于接受了非开挖施工，削减了大量工程土的开挖、运输和堆放，有利于环境爱惜。

同时，也相应的削减了基础埋设、地面复原等的费用。

3．施工周期短、作业平安快速、综合成本低，社会效益显著。

在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合，可用定向钻从其下方穿越。

在城市建设高速发展的今日，避开重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，具有较高的社会及经济效益。

（二）水平定向钻施工的缺点1．由于水平定向钻施工是一项新的生产工艺技术，目前我国尚无统一的技术标准和施工验收规范，造成对工程设计、施工质量的把控没有官方依据。

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。

水平定向钻施工技术-顶管施工技术介绍水平定向钻施工技术介绍“水平定向钻”是在不开挖地表面的条件下，采用定向钻机铺设各种地下公用管道设施的一种非开挖施工工艺，它广泛应用于供水、电力、通讯、燃气、石油、污水管道等管线铺设施工中，它适用于沙土、粘土、卵石（含量较少）等地况。

它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点。

水平定向钻进设备一般适用于管径φ1200mm以内的的钢管和PE 管，目前最大铺管长度达到3302米。

（2016年中国石油天然气集团公司管道局穿越公司创下的世界纪录：5月21日，在靖江-江阴段长江河床下通过的水平定向钻管道穿越工程顺利完成，该管道直径711毫米，全长3302米，用于输送天然气）（公司目前完成的最长穿越为花都机场航煤DN406+DN110钢管，穿越长度为700米）一、定向钻进的工艺流程水平定向钻机进行管线穿越施工顺序为：地质勘探及管线探测、设计钻孔导向轨迹、导向施工、回拉扩孔（同时进行管道焊接）、管道回拖。

1、地质勘探：主要是通过地质钻探了解地质分布情况，形成地质勘查报告，为施工提供参考依据。

地质钻探现场钻探取样2、地下管线探测：主要是通过采用管线探测仪了解地下已有管线埋设的位置和深度等信息，为设计导向钻进轨迹提供依据。

雷迪8100管线探测仪管线探测仪地下管线探测3、导向施工：利用造斜原理，在地面导向仪引导下，按预先设计的铺管线路，由钻机驱动带导向钻头的钻杆，从入钻点至出钻点钻一个与设计轨迹尽量吻合的导向孔。

水平定向钻钻机（钻通25T）月蚀导向仪普通导向钻头岩石钻三牙轮钻头4、回扩施工：一般采用逐级扩孔，将钻孔扩大到管道回拖所需孔径，回扩终孔直径一般为回拖管道外包直径的1.2~1.5倍。

挤压式扩孔器（普通）三牙轮扩孔器（岩石）5、管道焊接：PE管通常采用热熔对接焊机将管道焊接成型，钢管则采用电焊焊接管道。

热熔对接焊机PE管道焊接钢管焊接。

煤矿井下定向钻进工艺技术的分析摘要：随着社会经济的快速发展，定向钻进技术在石油工业、煤炭和地质等各个领域占据着十分重要的位置。

在我国煤矿综合推广工作的收益率和效率不断提升的情况下，矿井瓦斯地质异常检测和瓦斯钻孔轨迹的控制精度要求逐步提高，其在煤矿井下得到了十分广泛的应用，其不仅可应用于煤矿井下瓦斯抽采，还能够应用于煤矿井下探放水及工作面地质构造探测等工程领域，均取得了较好的效果。

关键词：煤矿井下；定向钻进工艺；应用1.煤矿井下定向钻进工艺技术的应用原理及特征1.1原理就现阶段煤矿井下定向钻进工艺技术来说，这是一种使用了随钻测量还有水力排渣功能的钻孔工艺技术[1]。

该技术应用的主要原理其实就是在泥浆泵加压静压水的过程中，采取钻杆里面的供水通道来将静压水运送到孔的底部，这样就可以使得孔底的螺杆马达在驱动的作用下进行旋转。

接着把动力提供给钻头旋转切削煤岩，以此来使得水沿着孔壁和钻杆之间的孔隙流动，进而将孔内的钻屑排除出去。

在具体施工的时候，对于孔底钻具的空间参数指标（如方位角还有倾角等）就可以利用随钻测量的系统来对其进行实施测量，这样操作的人员就可以通过设计参数和施工参数之间的对比来对孔底钻具的工具面向角来进行调整，以此来开展下一次的钻井施工[1]。

1.2特征煤矿井下定向钻进工艺技术具有以下特征：（1）稳定组合钻具该钻具具有着比较高的强度以及比较广的地层适应性，并且具有着操作性强以及成本低的特征，而且其结构相对简单，对于冲洗液的性能方面也没有特殊的要求。

同时，对于钻孔的倾角而言也是比较容易控制。

然而对于方位角来说，其控制方面的能力却是比较差的。

因此，该种钻具对于钻进定位精度要求不高并且深度在八百米以内的施工比较适用。

（2）孔底螺杆马达钻进对于孔底螺杆马达钻进的钻具而言，其具备较为复杂的结构，所以其成本也比较高，而且还要求有关操作的人员要具有比较高的技术水平。

同时，还钻具对于方位角还有倾角都有着比较强的控制调节能力，可以精准实时的进行随钻测量，并且其定向精度比较高。

水平井钻井工艺技术引言水平井钻井工艺技术是一种在油气勘探开发中应用广泛的技术，它通过在地层中钻探水平井段，能够有效地提高油气井的产能和采收率。

本文将介绍水平井钻井的一般工艺流程、钻井液的选择和使用、钻头的选择以及井底工具的应用等方面的内容。

一、水平井钻井工艺流程水平井钻井工艺流程是指从井眼设计到井下实施的一系列步骤，下面将介绍水平井钻井的一般工艺流程。

1.井眼设计：根据地层特征和油气开发需求，确定水平段的位置、井眼直径以及水平段的长短等参数。

2.井口施工：进行井口设备安装，包括井口套管的安装、井口井口防喷器的安装等工作。

3.钻井液工艺设计：根据地层特征和钻井液性能要求，确定钻井液的配方和使用方案。

4.钻探井段：根据设计参数，进行钻井液的循环、钻头的下钻、钻进、切换水平井段、控制钻头方位等工作。

5.装备井下工具：根据后续作业需要，部署井下工具，如测斜仪、导向器等。

6.钻进水平段：通过使用导向技术和井下工具，控制钻头沿设计轨迹钻进水平井段。

7.钻井结束：到达设定的钻井参数或达到设计钻井目标时，钻井工作结束，开始下一步的工作。

二、钻井液的选择和使用钻井液在水平井钻井过程中起到冷却、润滑、悬浮废屑和井壁稳定等重要作用。

选择合适的钻井液并正确使用是确保钻井过程顺利进行的关键。

1.钻井液的类型：常见的钻井液类型包括水基钻井液、油基钻井液和气体钻井液等。

根据地层特征、环境要求和工程经济等因素，选择适合的钻井液类型。

2.钻井液的性能：钻井液的性能包括流变性、密度、滤失性、PH值等。

根据地层特征和钻井目标，确定钻井液的性能指标，并进行钻井液调配。

3.钻井液的处理：钻井液采用循环使用，需要定期对钻井液进行处理，包括固相控制、饱和度调整和污染物去除等。

三、钻头的选择钻头是在钻井过程中切削地层的关键工具，选择合适的钻头能够提高钻进速度和钻头寿命。

1.钻头的类型：常见的钻头类型包括三刃钻头、平头钻头、带牙钻头等。

根据地层特征和钻井目标，选择适合的钻头类型。

井下水平长钻孔定向钻进装备及配套工艺技术1. 引言井下水平长钻孔定向钻进是一种在地下水平方向钻探的技术，用于地下矿山的开采和勘探。

本文将重点介绍井下水平长钻孔定向钻进所使用的装备和配套工艺技术。

2. 井下水平长钻孔定向钻进装备2.1 钻机井下水平长钻孔定向钻进所使用的钻机通常是一种特殊的地下钻机，具备以下特点：•高功率：用于克服地下的阻力，保证钻进的顺利进行；•定向控制系统：通过操控系统控制钻机的定位，保证钻孔的准确性；•快速回转系统：实现快速回转钻杆，提高钻进效率；•安全措施：具备安全系统，保证操作人员的安全。

2.2 钻杆井下水平长钻孔定向钻进所使用的钻杆具备以下特点：•高强度：用于承受地下的高压力和摩擦力；•铰接连接：钻杆通过铰接连接，方便在地下进行钻进和转向；•高导向性：钻杆具备一定的导向性能，保持钻孔的准确性；•耐磨性：钻杆表面经过特殊处理，提高耐磨性，延长使用寿命。

2.3 定向控制工具为了保证井下水平长钻孔定向钻进的准确性，通常需要使用定向控制工具。

主要有以下几种：•轴位器：用于确定钻杆的轴线，保证钻孔的定向准确；•MWD（测量井下方位）工具：通过测量钻杆的方位，确认钻孔的定向情况；•倾斜度测量工具：用于测量钻孔的倾斜度，控制钻孔的倾斜程度；•定向软件：利用计算机软件进行钻控系统的控制和钻孔数据的处理。

3. 配套工艺技术3.1 钻进工艺井下水平长钻孔定向钻进的钻进工艺主要包括以下步骤：•钻孔布置：确定钻孔的位置和方向，进行布置；•钻孔导向井段：通过定向控制工具控制钻杆的方向，控制钻孔的导向；•钻孔平整井段：通过钻进工具在地下进行钻杆的快速回转，保证钻孔的平整度；•钻孔终端井段：钻孔接近终点时，通过导向软件进行实时控制，确保钻孔的准确结束。

3.2 钻进液体井下水平长钻孔定向钻进需要使用特殊的钻进液体来降低钻进的阻力，冷却钻杆和钻头，并带走钻屑。

主要有以下几种类型的钻进液体：•基础钻进液体：包括水、泥浆等，用于正常的钻进工作；•高密度钻进液体：用于增加钻进液体的密度，提高钻杆的稳定性；•气泡钻进液体：通过注入气体产生气泡，减小摩擦阻力，提高钻进速度。

科技成果——井下近水平定向钻进技术与装备适用范围井下近水平定向钻进技术与装备主要解决煤矿井下钻孔定向问题，用于中硬煤岩层井下瓦斯抽（排）放、注浆防灭火、煤层注水、防突卸压、地质勘探等各类工程定向钻孔的施工。

可实现钻孔施工的可控化、定向化；能极大提高煤矿井下瓦斯抽放量及抽放效率，目前该技术及装备在各大煤矿得到了广泛的应用，为煤矿企业降低了钻孔成本，具有良好的推广应用前景。

技术原理钻机打钻时，通过高压动力液驱动孔底马达带动钻头在孔低实现旋转钻进，钻杆本身不旋转，钻机随钻测量系统实时采集钻孔轨迹，通过通缆钻杆传输到钻机主机上的计算机，施钻人员可随时通过调整钻头工具面角来控制钻孔轨迹。

关键技术1、定向钻孔及分支钻孔技术。

采用随钻测量系统实施采集钻孔轨迹，并通过调整钻头工具面角来精确控制钻孔轨迹，可进行分支钻孔。

2、随钻测量系统信号共线传送技术。

采用电流环技术，使探管驱动电流和测量信号实现共线传输，数据传输精度高并可降低钻孔辅助时间。

3、定向通缆钻杆技术。

采用双锥面密封结构的通览钻杆，实现了测斜探管外部供电，杜绝了采用电池供电造成电量不足引起测量数据中断的问题。

技术流程通过调研进口定向钻机在煤矿井下的施工情况，结合国内煤矿具体特点，确定钻机总体参数，研制了适合于国内煤矿的定向钻机，实现了定向钻机的国产化。

在随钻测量系统的设计上进行了创新研究，数据共线传输技术达到国际领先水平。

主要技术指标（1）煤岩层硬度f=1.5-8，钻孔直径95-200mm，钻孔深度＞1000m；（2）钻孔测斜误差倾角±0.2°、方位角±1.5°、面向角±1.5°；（3）孔底马达寿命≥200h。

典型案例近水平定向钻机在晋城煤业集团寺河矿进行钻孔施工，完成主孔10个，其中主孔深度超过1000m的钻孔4个，最深主孔1017m，分支钻孔56个，最深分支孔240m，钻孔累计总进尺11000余米，正常钻进平均日进尺达150-180m，顺煤层钻孔机械钻速18-24m/h，顶底板岩石钻孔机械钻速6-8m/h，其在东五盘区所施工的钻孔瓦斯抽放纯量一直维持在80m3/min以上，远远高于普通钻机钻孔的抽放效果。