井下梳狀孔定向鉆進(jìn)鉆具摩阻分析與預(yù)測研究.pdf

1、分類號：UDC：學(xué)校代碼：密級：碩士學(xué)位論文井下梳狀孔定向鉆進(jìn)鉆具摩阻分析與預(yù)測研究DragAnalysisandPredictionofCombtypeDirectionalDrillinginUndergroundCoalMine導(dǎo)學(xué)科專業(yè)：研究方向：培養(yǎng)單位：煤炭科學(xué)研究總院2013年6月煤炭科學(xué)研究總院碩士學(xué)位論文摘要定向鉆進(jìn)技術(shù)起源于石油鉆井，隨著定向鉆進(jìn)技術(shù)的成熟和不斷推廣，該技術(shù)逐漸延伸到煤炭、地質(zhì)、非開挖等領(lǐng)域，并發(fā)揮了

2、重要的作用。國外于60～70年代將螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下，90年代達(dá)到頂峰。我國90年代開始對煤礦井下螺桿鉆具定向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行探索，2008年西安煤科院掌握了螺桿鉆具定向鉆進(jìn)的傘套技術(shù)，該技術(shù)迅速在各大礦區(qū)推廣應(yīng)用，為瓦斯抽采孔、探放水孔以及勘探孔的遠(yuǎn)距離定向鉆進(jìn)施工提供了技術(shù)支撐。并針對松軟煤層中成孔困難、孔深淺、Ji=斯抽采區(qū)域小等難題提出了梳狀孔定向鉆進(jìn)技術(shù)，目前，梳狀孔定向鉆井技術(shù)已在淮北、焦作和淮南等礦區(qū)推廣應(yīng)用，

3、并取得了較好的應(yīng)用效果。在梳狀孔施工過程中發(fā)現(xiàn)，隨著鉆孔深度的增加，鉆具的摩阻問題開始突顯。摩阻會影響鉆壓和扭矩傳遞、降低設(shè)備能效、增加鉆孔施工風(fēng)險(xiǎn)，在復(fù)雜地層鉆進(jìn)時(shí)鉆具摩阻過大導(dǎo)致鉆機(jī)工作壓力過大，甚至超過設(shè)備能力，限制了鉆孔施工深度。近年來，我國煤礦井下定向鉆孔施工工藝已趨于成熟，但對鉆具摩阻問題只有工程經(jīng)驗(yàn)上的認(rèn)識，還缺乏系統(tǒng)深入的理論研究。面對日趨復(fù)雜的工程地質(zhì)條件以及對鉆孔施工要求的不斷提高，僅根據(jù)鉆桿的抗彎強(qiáng)度、打撈套管最小

4、允許彎曲半徑及螺桿鉆具造斜強(qiáng)度進(jìn)行鉆孔軌跡的設(shè)計(jì)，已漸漸不能滿足鉆孔安全高效施工的需要。在鉆孔設(shè)計(jì)和鉆孔施工過程中考慮鉆具摩阻的影響，對于控制鉆孔軌跡、增加鉆孔深度、保障施工安全、提高鉆進(jìn)效率及對鉆具的優(yōu)化設(shè)計(jì)均具有重要的意義。從某種意義上講，鉆具摩阻已成為煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù)亟待研究的關(guān)鍵問題之一。本文依托“十二五”國家科技重大專項(xiàng)“煤層氣與煤炭協(xié)調(diào)開發(fā)模式與技術(shù)體系”的子課題“梳狀鉆孔井下規(guī)?；椴擅簩託饧夹g(shù)”(項(xiàng)目編號：2011Z

5、X05040001004)，對梳狀鉆孔成孔工藝中的鉆具摩阻問題進(jìn)行了初步研究。文章主要由理論分析、模擬仿真及現(xiàn)場試驗(yàn)幾部分內(nèi)容組成，建立了鉆具摩阻計(jì)算模型，分析了摩阻影響因素，模擬仿真部分因素對摩阻的影響規(guī)律，開發(fā)了摩阻計(jì)算軟件，最后通過現(xiàn)場試驗(yàn)對模型及研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。具體內(nèi)容如下：①采用空間斜平面假設(shè)建立適用于煤礦井下定向鉆具摩阻的力學(xué)模型。將鉆具劃分為若干單元，對鉆具單元進(jìn)行受力分析，分別建立了軟桿和剛桿模型。②分析影響鉆具摩阻的