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141 超长距大孔径定向钻机系统的组成使用超长距大孔径定向钻井设备能够保证在石油开采作业过程中，提升作业的安全性和有效性，促进石油行业的快速发展。
超长距大孔径定向钻机设备主要由以下四个系统所组成：1.1 钻机机组机器液压设备首先是钻机机组，其主要由动力头滑动装置、前夹紧装置和后夹紧装置、钻机底座所组成。
其次则是液压系统泵站。
液压系统中有2个结构与性能完全一样的液压站，也被叫做1号液压站和2号液压站。
2个液压站能够进行互换，前者一般是钻机液压缸与液压马达的动力，后者则是循环系统的高压泵驱动液压马达实际的动力源。
液压站油箱中设置液压油的监控系统，其也和隔爆开关控制柜相连接，其作用则是监控保护液压泵站的油箱。
1.2 钻杆与测量系统首先，钻杆中间段的材质是钢管，外螺纹接头、内螺纹接头则使用摩擦焊接工艺进行制作。
其次，测量系统则主要由压力测量转换器和隔爆柜中的显示器以及地面的工作站上的计算机所组成。
随钻测量定向导向系统则具有极强的先进性，模块化的电子信息传递连接着钻杆，就能够依照石油抽取的实际设计要求，按照指定的目标进行定向的钻进，最终实现对于钻孔轨迹的有效测量和控制。
1.3 循环水系统与电器系统循环水系统主要有蜗壳泵、过滤器以及高压泵三部分，液压马达则是其动力源，这样做则能够保证井下作业的安全性，同时能够避免对电气控制系统进行使用。
其次，电气系统的设备就是隔爆开关的控制柜。
2 孔内马达驱动装置超长距大孔径定向钻机设备主要使用的是深孔定向钻井技术，此技术的关键内容则是孔内马达驱动装置和与之相配套的测量技术的应用。
通过钻杆将高压水向孔内马达进行输送，而孔内马达的内部转子则在高压水的作用下产生转动，带动钻头进行旋转，进行破煤。
3 超长距大孔径定向钻机设备在石油作业中的应用使用超长距大孔径定向钻机在某煤层的工作面进行了抽取煤层气的作业。
3.1 钻孔的布置由于其工作面的岩层厚度在3m左右，且其倾角在5°，所以工作面整体呈现出单斜构造，其地质条件不复杂。
煤层气多分支水平井钻井技术浅析摘要: 由于我国煤层气储层具有渗透率低压力低的特点，直井煤层控制面积小，产量低，钻单支水平井不利于后期的排水降压作业，所以现在煤层气开发多采用羽状水平井，羽状水平井需要工艺井与排采井之间的连通，两井连通需要对两井距离方位偏差新的靶点坐标、南北坐标、东西坐标等进行精确测量，找出新的靶点，然后对定向井进行定向指导，确保成功连通。
可以提高单井的产量、降低钻井的综合成本。
本文主要介绍了煤层气多分支水平井的主要特点以及煤层气多分支水平井钻井的几种主要技术。
关键词：煤层气；多分支水平井；钻井技术一、煤层气多分支水平井的主要特点煤层气水平井主要借鉴的是常规天然气水平井的钻井工艺技术，但是，其工作的对象与煤层气的储藏性质和排采方式不相同，所以，在设计及施工的工艺等方面都有自己独有的特点：1、开发目的层比较单一，而且是水平面多分支。
运用多分支的水平井钻井技术来开发煤层气，当前通常是选择某个主力煤层进行开发，在某个单一层相似的水平面上会钻出很多分支，这和油井在两个以上的层位钻出的多分支也不相同。
2、目的层段的分支和进尺比较多。
因煤储层的地层压力及渗透率相对来说比较低，因此，如果要提高煤层气的产量，就要比常规的油气井有更加多的渗滤面积和排气通道，这就会使煤层段所钻的分支变得更多，通常有l到2个主分支，在主分支的两侧需要钻出多个，通常是6到8个分支，而累计煤层段的进尺通常需要达到4000米以上。
3、运用裸眼完井的方式。
煤层气的多分支水平井通常会运用裸眼完井的方式，这主要是因为：（1）煤层气的开发区一般也是煤炭的开采区，比如山西的沁水盆地。
按国家先采气、后采煤、采气和采煤一体化的政策要求，在采完气之后还需要采煤，然而采煤的禁忌是在煤层里有金属套管；（2）因为受到完井技术的限制，当前很多的分支井还较难下入完井的套管或者筛管。
4、主井眼和分支井眼的尺寸比较小。
由于煤层的强度和胶结的程度比较差，容易发生垮塌。
定向钻进技术与装备在穿层定向长钻孔中的应用摘要：瓦斯灾害是矿山建设与生产过程中的主要灾害之一，其危险性与破坏性巨大，给煤矿安全生产造成很大的隐患和经济损失。
近年来，随着煤矿综采工艺的发展，工作面回采速度加快，大大提高了生产效率，但与此同时工作面瓦斯涌出量剧增，带来安全生产隐患，成为制约煤矿安全高效开采的关键因素。
关键词：钻进装备；定向钻进技术；穿层定向钻孔目前，我国煤矿回采工作面大多采用综合机械化放顶煤工艺，具有工作面回采距离长、回采速度快等优势。
但因工作面受采动影响，导致回采落煤、煤壁、采空区遗煤、邻近煤岩层瓦斯涌出量居高不下，造成回风巷以及上隅角瓦斯浓度异常现象时有发生。
因此，瓦斯是制约煤矿安全生产的重要因素。
在国家对煤矿瓦斯治理工作高度重视的形势下，我国煤矿瓦斯抽采工作却存在着极大的技术瓶颈和困难。
采用底抽巷+穿层钻孔区域瓦斯治理模式，底抽巷工程量大、受煤层厚度影响、钻孔煤孔段短、钻孔利用率低，造成工作面瓦斯治理周期长、投入高、效果差，严重制约了矿井的安全发展，而定向长钻孔技术具有抽采周期长、抽采效率高的优点，对于从根本上预防煤矿井下瓦斯事故和保证煤炭企业的安全生产发挥了积极的作用[1]。
我国的定向钻进技术在煤矿井下的发展和应用比较晚，刚开始的发展方向也是集中在稳定组合钻具，自从进入 20 世纪 90 年代中期，国内的一些煤矿就开始引进国外的螺杆钻具和随钻测量系统及其配套的定向装备，并取得积极成果。
2003年山西亚美大宁能源有限公司就进行了煤矿瓦斯抽采钻孔和探测煤层顶底板岩性的试验。
现场听取国外专家的指导建议，首次在煤矿井下施工完成了一口定向瓦斯抽采钻孔，它的主孔孔深达到1002m，钻孔直径为 94mm。
2014 年，西安煤科院利用定向钻进技术在晋煤集团寺河煤矿施工的最大钻孔深度已达1881m。
2017年又在神东保德煤矿成功钻成了主孔深度 2311m的顺煤层超长定向钻孔，创造了新的世界纪录，超越了此前由澳大利亚公司创下的2151m孔深的世界纪录，预示着我国定向钻进技术与装备取得了新的成就和发展。
152022年6月下 第12期 总第384期TECHNOLOGY ENERGY |能源科技6日9日，中原石油工程公司70730钻井队钻机电动化升级改造工程在该公司钻采设备厂顺利启动，这也是该公司今年自主改造配套的第5部电动钻机。
今年以来，该公司自主改造配套的4部电动钻机，分别在西北、西南等重点工区顺利投运，经过拆卸、搬迁、安装、钻井、完井等全过程测试，便于拆卸运输，总体运行平稳。
自动化程度、动力输出，以及控制系统的安全性、可靠性大幅提升，有效满足了钻井施工安全环保、提速提效和节省人力等诸多需求，受到了钻井队的普遍欢迎。
“目前，随着钻井设备智能化、自动化程度逐步提高，部分高端设备配套、修理和改造存在返厂路程长、时间不可控等不足和短板，增加了业务外委成本，影响了生产时效。
”该公司工程服务管理中心装备专家秦晓峰说。
该公司工程服务管理中心围绕安全、高效、绿色、智能、低耗这一目标，紧贴钻井一线实际需求，汇集技术、生产、装备等业务骨干，借鉴国内石油装备企业先进工艺和领先技术，加强装备制造、改造、总装、配套等整体统筹和方案优化。
“我们通过组织技术骨干认真开展原钻机设备的检测、诊断工作，摸清基础情况、理清改造思路。
研究制定传动系统、电路系统、井架、底座等针对性改造方案，增强系统间能量传输、承重受力等因素的匹配耦合，加强整体统筹和方案优化，坚持独立自主原则，主导实施设备改造、安装、调试、运行全过程，取得了第一手施工经验和数据，带动、培育了一支专业化队伍。
”该中心技术研究所负责人张东涛告诉笔者。
自主创新“智造”打造“装备利器”通讯员陈英杰 杨志光该中心钻采设备厂为沙特市场钻井队制作的泥浆罐出厂发运162022年6月下 第12期 总第384期能源科技| TECHNOLOGY ENERGY6月初，该公司工程服务管理中心收到中原石油工程公司西北工区指挥部表扬信，信中对该中心西北项目部在工区钻机配套、设备升级改造、现场保井等过程中表现出的高效工作标准、精湛技术水平、科学生产组织给予高度表扬，对他们一流的服务意识和忠诚的敬业精神表示感谢。
经济日报/2012年/6月/4日/第012版企业报道中石油：“煤海穿针”开采煤层气本报记者齐慧在日常生活中，穿针引线的活儿对我们来说是司空见惯的事情，但您听说过在埋深数百米、变幻莫测的地下煤层里“穿针”吗？中国石油集团钻井工程技术研究院经过3年时间的努力研究，日前终于突破掌握了这项“煤海穿针”新技术。
而此前，世界上仅有美国的一家企业掌握此项技术。
近日，记者来到中国石油集团钻井工程技术研究院，近距离地接触了这项世界领先的新技术。
什么是“煤海穿针”技术？“解释这项技术，我们得先来了解一下煤层气。
”项目带头人、研究院的中国石油集团公司高级专家申瑞臣教授说。
煤层气就是我们俗称的瓦斯，属于非常规天然气，是清洁能源的一种。
据国际能源机构（IEA）统计，我国煤层气资源量位列俄罗斯、加拿大之后，居世界第三位。
据新一轮全国煤层气资源评价，我国埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36.81万亿立方米，超过陆上常规天然气资源总量，它的开发和利用将对我国21世纪实施可持续发展战略有着重要的能源意义。
在现阶段我国煤层气开发中，直井占主导地位。
但从提高采收率和经济效益方面考虑，未来开发将形成以水平井为主、直井为辅的模式。
“我们现在研发的‘煤海穿针’简单来说，就是要在数百米的地下煤层，使水平井精确地穿过直井，使两井相通。
因为两井一般相距200米至1000米，在数百米的地下，看不见、摸不着，而且地质环境极其复杂，要让水平井这根‘线’不偏不倚正好穿过直径仅几十厘米的直井这个‘针’上，就像在黑暗中穿针一样，难度可想而知。
”为了让我们看得更明白，申瑞臣教授比照着模型，现场向我们演示“煤海穿针”技术。
为什么要研究“煤海穿针”技术呢？据统计，目前我国的煤层气商业化开发还处在起步阶段，与发达国家在煤层气能源利用方面有较大的差距。
2008年国内地面开采煤层气年产量仅7亿立方米，占国内天然气总产量不到1%；而美国年产量稳定在500亿立方米，已占到国内天然气总产量的10%左右。
水平连通钻井技术的应用作者：廖兴松何炳振谢洪新窦同伟刘彬刘学领来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第18期【摘要】水平连通钻井技术（又称“穿针”技术）是在水平井钻井的基础上，配合RMR技术，发展起来的钻井技术。
已经被应用于煤层气定向分支水平井已经被成功应用于开采煤层气的分支水平井的地下（与直井）连通钻井施工和开采井盐的水平连通井的钻井施工，而且都取得了预期的经济效益和社会效益，推广前景广阔。
【关键词】煤层气水平井盐矿采卤井连通水平连通钻井技术（又称“穿针”技术）是在水平井钻井的基础上，配合新仪器设备，特别是引进了 RMR技术（RMR技术的核心是电磁测距，主要用来测量目标井和正钻井之间的直线距离，确定钻头实时位置）发展起来的钻井技术。
RMR技术的引进，使得井下连通（对接）实现难度，与引进该技术之前相比较，有了很大改善，降低了施工难度。
水平连通钻井技术现在已经被成功应用于开采煤层气的分支水平井的地下（与直井）连通钻井施工。
水平连通钻井技术也被用于开采井盐的水平连通井的钻井施工，促使井盐开采方式由原来的单井对流水溶采卤法，转变为分井注采法开采，提高了盐产量、提高了资源利用率。
注水井和采卤井功能分开以后，井内管柱和井口装置得到简化，工人的劳动强度降低，也降低了井内发生事故复杂的几率。
1 用水平连通钻井技术钻羽状分支水平井开采煤层气煤层气的开发是21世纪发展方向。
开采煤层气的意义在于即能开发清洁能源，也能有效地排除（减少）煤层瓦斯气，降低煤矿开采风险，利国利民，意义重大。
但是传统的单井采气，由于释放面积所限，瓦斯释放缓慢、释放不彻底，对于渗透性较差的含气煤层进行单井瓦斯抽放不经济。
近年兴起的分支水平井开采煤层气，可以使井眼向生产层四面八方地深入数千米，这些水平井眼把大片储层连通，既提高了采排效率，又有效地节约了煤层气开发费用。
胜利、辽河都成功地钻成了多组分支水平煤层气井，特别是渤海钻探公司近年在山西钻成的多组分支水平煤层气井，成功破解国内多分支水平煤层气井施工的技术瓶颈，取得了许多成功的经验和骄人的成绩。
中国石油钻井工程技术研究院远距离穿针钻井技术与装备编者序：煤层气排水采气大多采用水平井/多分支水平井技术。
一般由两口井组成，一口
是多分支水平井，一口是洞穴直井，两口井相距200米至1000米。
钻井过程中，采用远
距离穿针技术将水平井与直井在地下连通，后期在洞穴直井中下入有杆泵等井下工具进行排
水采气。
煤层气是近几年能源领域的一个新兴产业，我国沁水盆地、鄂尔多斯盆地等地的煤层气均已进入开发阶段。
但我国煤层气藏普遍具有低压、低渗透的储层特性，成本压力非常大，从提高采收率和经济效益方面考虑，除直井外，开发煤层气最有效的钻井方式是水平分支井和“U”型水平井。
远距离穿针技术及装备是实现远距离精确连通两口井的关键技术之一，也是煤层气多分支/“U”型水平井钻井的必需技术。
但该技术及装备一直以来被外国公司垄断，服务费和专利使用费居高不下，严重制约了我国煤层气的低成本规模开发。
为了解决国内煤层气钻井的瓶颈技术，国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”设立重点课题进行远距离穿针钻井装备的攻关研究，并将其列入重大专项十大装备之一；远距离穿针装备主要由磁性短节和测量探管组成；磁性短节随钻柱旋转形成一个“旋转磁场”，通过测量探管采集旋转磁场信号（Hx，Hy，Hz），然后利用建立的磁场测量模型及配套软件计算钻头与靶点的距离和方向偏差。
通过“十一五”后三年的技术攻关，项目预期要完成适合6寸井眼的4-3/4远距离穿针装备的研制，基本形成配套的远距离穿针钻井技术。
2008年攻关团队从测量基础理论、磁源设计与制作、磁场信号采集系统、地面测试与模拟系统等单元模块开始攻关；2010年7月研制成功4-3/4远距离穿针原理样机；经过不断完善和改进，2011年2月项目组开发出4-3/4远距离穿针工程样机，形成一套远距离穿针测量与控制技术。
三年时间里，攻关团队历经百余次实验，研制成功120毫米远距离穿针工具，并形成了一套远距离穿针测量与控制技术。
自主研制的远距离穿针技术与装备，在远距离穿针测量基础理论、远距离穿针工艺研究及软件开发、远距离穿针工程样机制造及现场施工工艺等方面均取得突破性进展：创新了5套核心测量模型及方法；研制了1套120毫米远距离穿针重大装备；通过技术集成，基本形成了1项煤层气水平井远距离专有技术；另外进行了2井次的现场应用，并申请2项发明专利和1项实用新型专利。
该项目研制的穿针装备与传统的随钻测量方法相比，具有以下优点：一是由于磁性短节和钻头连接到一起，距离小于1米，实现了近钻头测量；二是利用旋转磁场可实时测量钻头与目标靶点的相对距离和方向；三是旋转磁场的引入很大程度消除了靶点标定误差、MWD（随钻测量系统）累积测量误差，提高了钻头中靶率。
与目前国内在用的进口产品比较，该装备性能上有两大优势：一是具备井斜偏差测量能力，能够进行三维立体导向连通；二是具备近
距离测量能力，1米左右依然可以引导（国外3米~5米），该功能对实现精确连通、提高中靶概率具有重要作用。
截至7月26日，这项成果已在山西、陕西等煤层气开发现场应用3口井，穿针系统磁场和重力场等测量数据稳定，数据上传和地面采集快速、准确；在距离70米处可捕捉信号，在距离60米处可进行精确定位导向作业；整套装备可靠性较高，具备了现场应用与商业化的条件，远距离连通钻井装备与技术达到了国际先进水平。
由于国外公司对该项技术的严格保密，之前我们对远距离穿针钻井装备的了解和掌握几乎是一片空白。
通过深入的可行性研究，团队梳理出必须攻下的几个“制高点”，包括测量算法、高精度磁通门传感器系统、微弱磁场信号的高效滤波方法等。
摆在项目攻关团队面前的第一个拦路虎是测量机理和算法，它是制定整套技术方案的基础。
为了解决测量机理和算法问题，团队吸纳了国内航空航天领域方面的专家，将航天器轨道控制的理论引入到了钻井领域，在结合磁学、钻井工艺等学科的基础上，通过大量的计算机仿真试验和地面模拟测试，成功建立了远距离穿针测量算法。
跨过了基础理论门槛后，团队的研究任务进入到了应用开发阶段。
远距离穿针装备的研制需要精度达到0.2nT及以上的磁通门及配套电路，当时我国尚未拥有精度如此高的传感器；由于项目研制周期仅剩3年多时间，当时考虑优先采购国外的磁通门；但是通过与国外厂家联系后，采购事宜对我们也关上了大门；因为该类型的传感器属于军品，对我国为禁售产品。
“技术是买不来的”，最终项目组还是走上了依靠国内力量自主研发的道路。
通过二年多的攻关，联合国内船舶等行业的研究机构，项目组成功开发出0.2nT磁通门。
在解决了硬件问题后，剩下的最后一个难题是微弱磁场信号的提取方法；远距离穿针系统发出的信号大小约为地磁场的万分之一，因此捕捉该微弱信号如同大海捞针。
通过深入的理论研究和地面试验，创新了一套动态磁场信号提取及去噪方法，有效解决了信号的采集和提取难题。
之前，远距离穿针装备及技术长期由国外公司垄断，水平井/多分支水平井施工作业完全采用国外技术服务形式来完成。
这项成果的取得，打破了国外在煤层气水平井钻井核心技术领域的垄断，填补了国内空白，为煤层气水平井/多分支水平井技术的规模化开发提供了装备支撑，大大提升了我国煤层气钻井能力。
目前配备一套进口穿针工具需150万元人民币，且每使用1口井仍需支付4万元人民币专利转让费，每口井的服务费约25万元人民币。
煤层气水平井钻井数量按每年40口估算，中国石油每年给外国公司支付的服务费至少可减少1000万元人民币。
附件一：图片资料
图1 煤层气水平井远距离穿针钻井示意图
（永磁短节）
（测量系统）
（地面多功能电源箱）
（工艺软件）
图2 煤层气水平井远距离穿针装备构成
附件二：研究团队简介
煤层气水平井远距离穿针钻井技术攻关团队由中国石油集团钻井工程技术研究院牵头，联合了清华大学等部分国内著名高校进行该项技术的研究和攻关。
团队拥有教授4名，副教授及高级工程师20名，高级技师及其他辅助人员23名；由牵头及协作单位组成的项目攻关团队整合了基础理论研究、应用技术研究与开发、机械制造、现场应用等多学科的研究力量，达到了优势互补、相互促进的目的，为远距离穿针装备的成功开发奠定了基础。
研究团队负责人：邹来方
邹来方，男，教授级高工，硕士学历，中国石油集团钻井工程技术研究院副院长。
1962年出生，1983年于江汉石油学院钻井工程专业毕业，2007.12获休斯敦大学全球能源管理EMBA研究生学位。
长期致力于钻井技术管理与技术研究工作，具有28年的石油行业从业经验。
主要研究方向是油气井钻完井理论与技术，曾获省部级科技进步一等奖3次、二等奖3次。
邹来方工作照。
