近水平孔轨迹受控方法及受控机理
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摘要
随着我国煤矿综采技术的全面推广，为了保证安全高效生产，不仅
要求提高采区地质勘探的精度，而且要求以孔代巷快速高效地抽放瓦
斯，而近水平孔受控定向钻进技术是解决以上问题的行之有效的途径。
本文分析论证了近水平孔定向钻进所用钻具和与之相适应的钻进工艺参
数，经过地面模拟试验提出了稳定组合钻具的力学模型和结构参数，并
通过井下工业性试验验证了组合钻具的结构方式和钻孔轨迹的对应关
系，摸索出了与之相适应的钻进工艺参数，编制了切实可用的钻孔轨迹
模拟程序。此外，在井下定向钻进过程中，将地面垂直孔钻进所用螺杆
钻具用于近水平孔钻进，对其工艺参数做了相应的试验研究。实践证明，
合理应用近水平孔受控定向钻进技术可提高采区地质勘探精度，缓解煤
矿掘、抽、采比例失衡的紧张态势，为我国煤矿高产高效综采技术的推
广提供有力保障。
With the spreading of the high-performance comprehensive mechanical
mining coal technology in our country , for assure the security and high-yield
of coal mine in our country, request not only improving the exploring
precision, but also efficient discharging gas, and controlled directional
drilling technology is of efficient way to resolve these question. It were fully
analysis that the controlled factor and the non-controlled factor of the track of
nearly horizontal hole in this paper, consider the controlled factor is mainly
the using drilling tools and the drilling technical parameter, so emphasis and
analysis these factor. Bring forward the mechanical model and the structural
parameter of the assembly drilling tools by the stimulating trial, and validate
the corresponding relation of the constructional way of the assembly tools and
the track of drilling hole, searching the adaptive drilling technical parameter,
and the screw drilling tool using in vertical drilling hole was used in the
directional drilling of nearly horizontal drilling hole to test and research the
drilling technical parameter; It was workout that the applied procure of
calculating the coordinate of measuring point and simulating the track of
drilling hole. It was born out that correctly applied the nearly horizontal
directional drilling technology could improving the exploring precision of
mining area, relieving the strain situation of unbalance proportion of the
picking, discharging, mining, so it is important to the security and production
of coal mine.
要求提高采区地质勘探的精度，而且要求以孔代巷快速高效地抽放瓦
斯，而近水平孔受控定向钻进技术是解决以上问题的行之有效的途径。
本文分析论证了近水平孔定向钻进所用钻具和与之相适应的钻进工艺参
数，经过地面模拟试验提出了稳定组合钻具的力学模型和结构参数，并
通过井下工业性试验验证了组合钻具的结构方式和钻孔轨迹的对应关
系，摸索出了与之相适应的钻进工艺参数，编制了切实可用的钻孔轨迹
模拟程序。此外，在井下定向钻进过程中，将地面垂直孔钻进所用螺杆
钻具用于近水平孔钻进，对其工艺参数做了相应的试验研究。实践证明，
合理应用近水平孔受控定向钻进技术可提高采区地质勘探精度，缓解煤
矿掘、抽、采比例失衡的紧张态势，为我国煤矿高产高效综采技术的推
广提供有力保障。
With the spreading of the high-performance comprehensive mechanical
mining coal technology in our country , for assure the security and high-yield
of coal mine in our country, request not only improving the exploring
precision, but also efficient discharging gas, and controlled directional
drilling technology is of efficient way to resolve these question. It were fully
analysis that the controlled factor and the non-controlled factor of the track of
nearly horizontal hole in this paper, consider the controlled factor is mainly
the using drilling tools and the drilling technical parameter, so emphasis and
analysis these factor. Bring forward the mechanical model and the structural
parameter of the assembly drilling tools by the stimulating trial, and validate
the corresponding relation of the constructional way of the assembly tools and
the track of drilling hole, searching the adaptive drilling technical parameter,
and the screw drilling tool using in vertical drilling hole was used in the
directional drilling of nearly horizontal drilling hole to test and research the
drilling technical parameter; It was workout that the applied procure of
calculating the coordinate of measuring point and simulating the track of
drilling hole. It was born out that correctly applied the nearly horizontal
directional drilling technology could improving the exploring precision of
mining area, relieving the strain situation of unbalance proportion of the
picking, discharging, mining, so it is important to the security and production
of coal mine.
引文
1 江天寿 周铁芳等编著，《受控定向钻探技术》，地质出版社，1994年4月。
2 王能超编著，《数值分析简明教程》，高等教育出版社，1997年12月。
3 陈天成著，《定向纠斜技术》，《西部探矿工程》第11卷第5期，1999年9月。
4 李晓华谭皓编著，《学用Visual Basic 6.0编程》，西安电子科技大学出版社，1999年8月。
4 周策 肖圣泗 汤国起等著，《CQ型光电多点连续测斜仪的研制》，《探矿工程》1999年第1期。
6 樊腊生 江天寿著，《钻孔测斜、防斜和纠(造)斜系统》，《探矿工程》1999年第4期。
7 杨志豪编译，《煤田水平孔的变向特点及钻孔方向的控制》，《西部探矿工程》第4卷第3期，1992年5月。
8 吴景华等著，《螺杆定向钻进工艺及存在问题》，《地质与勘探》第33卷第5期，1997年9月。
9 朱永宜著，《谢李煤矿2号孔采用螺杆钻定向钻探施工技术》，《探矿工程》1993年第2期。
10 曹祥熹 陈志超等著，《钻孔护壁堵漏原理》，地质出版社，1990年9月。
11 石智军 郭爱煌 郝世俊等编著，《大同矿区沿煤层定向钻进探测地质异常体试验研究》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1994年1月。
12 郝世俊 韩仕洲等著，《MK系列钻机的开发及应用》，《煤矿机械》，2001年5月。
13 郝世俊 石智军 叶根飞等著，《对接井钻进工艺研究》，《煤田地质与勘探》，2000年第3期。
14 郝世俊著，《M-700型煤层气抽放钻机及其使用效果》，《探矿工程》，2001年第3期。
15 殷新胜 郝世俊等著，《矿用煤层气抽放长钻孔水平钻机成套设备及钻进工艺技术的开发研究》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，2000年12月。
16 沈建平 郝世俊编著，《煤矿井下瓦斯抽放弯曲钻孔钻进工艺研究报告》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1997年10月。
17 郝世俊 康殿海著，《山西运城盐湖界村芒硝矿水溶开采对接井钻探工艺研究试验报告》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1998年7月。
18 煤科总院西安分院钻探研究所《MK-3型全液压坑道钻机使用说明书》，《MKG-5型全液压坑道钻机使用说明书》。
19 煤炭科学研究总院抚顺分院课题研究报告，《定向孔中钻杆断裂机理及安全造斜度的研究》，1998年12月。
20 杜春雷 孙惠莲等编著，《如何使用Visual Basic 6.0中文版》，机械工业出版社，1999年5月。
21 赵宗沛 刘玉忠 石智军等著，《综采煤层综合探测技术》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1993年5月。
22 周新莉 吴璋等编著，《岩石长钻孔成孔设备及工艺的研究》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1999年6月。
23 张国峰编著，《C++语言及其程序设计教程》，电子工业出版社，1997年3月。
24 吴光琳编著，《定向钻进工艺原理》，成都科技大学出版社，1991年6月。
25 武汉水利电力学院，《工程力学》，1986年9月。
26 吴代华编著，《材料力学》，武汉工业大学出版社，1996年7月。
27 Tank, W.J., Short-radius horizontal drilling system optimization in Yates, SPE Drilling and Completion v 12 Mar 1997.
28 Maurer, W.C., Recent advances in horizontal drilling Journal of Canadian Petroleum Technology v 34 n 9 Nov 1995.
29 Williams, R.H., Does vertical pilot hole data have economic value in horizontal drilling? Production Operations and Engineering/general Proceedings-SPE Annual Technical Conference and Exhibition v Pi 1996.
30 Jenkins, P.P.; Ball, T.G., Horizontal drilling techniques in British coal mines. Transactions of the institution of Mining & Metallurgy, Section A v 100 Jan-Apr 1991
31 Takahashi, Hiroshi; Masuyama, Tadashi, Model analysis on cuttings transport in horizontal drilling, Proceedings of the 1994 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting. Part 11 (of 18)
32 Payne, J.D.; Huston, C.W.; Bunyak, M.J., Shallow horizontal drilling in unconsolidated sands offshore California, SPE Drilling and Completion v 8 n 4 Dec 1993.
2 王能超编著，《数值分析简明教程》，高等教育出版社，1997年12月。
3 陈天成著，《定向纠斜技术》，《西部探矿工程》第11卷第5期，1999年9月。
4 李晓华谭皓编著，《学用Visual Basic 6.0编程》，西安电子科技大学出版社，1999年8月。
4 周策 肖圣泗 汤国起等著，《CQ型光电多点连续测斜仪的研制》，《探矿工程》1999年第1期。
6 樊腊生 江天寿著，《钻孔测斜、防斜和纠(造)斜系统》，《探矿工程》1999年第4期。
7 杨志豪编译，《煤田水平孔的变向特点及钻孔方向的控制》，《西部探矿工程》第4卷第3期，1992年5月。
8 吴景华等著，《螺杆定向钻进工艺及存在问题》，《地质与勘探》第33卷第5期，1997年9月。
9 朱永宜著，《谢李煤矿2号孔采用螺杆钻定向钻探施工技术》，《探矿工程》1993年第2期。
10 曹祥熹 陈志超等著，《钻孔护壁堵漏原理》，地质出版社，1990年9月。
11 石智军 郭爱煌 郝世俊等编著，《大同矿区沿煤层定向钻进探测地质异常体试验研究》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1994年1月。
12 郝世俊 韩仕洲等著，《MK系列钻机的开发及应用》，《煤矿机械》，2001年5月。
13 郝世俊 石智军 叶根飞等著，《对接井钻进工艺研究》，《煤田地质与勘探》，2000年第3期。
14 郝世俊著，《M-700型煤层气抽放钻机及其使用效果》，《探矿工程》，2001年第3期。
15 殷新胜 郝世俊等著，《矿用煤层气抽放长钻孔水平钻机成套设备及钻进工艺技术的开发研究》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，2000年12月。
16 沈建平 郝世俊编著，《煤矿井下瓦斯抽放弯曲钻孔钻进工艺研究报告》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1997年10月。
17 郝世俊 康殿海著，《山西运城盐湖界村芒硝矿水溶开采对接井钻探工艺研究试验报告》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1998年7月。
18 煤科总院西安分院钻探研究所《MK-3型全液压坑道钻机使用说明书》，《MKG-5型全液压坑道钻机使用说明书》。
19 煤炭科学研究总院抚顺分院课题研究报告，《定向孔中钻杆断裂机理及安全造斜度的研究》，1998年12月。
20 杜春雷 孙惠莲等编著，《如何使用Visual Basic 6.0中文版》，机械工业出版社，1999年5月。
21 赵宗沛 刘玉忠 石智军等著，《综采煤层综合探测技术》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1993年5月。
22 周新莉 吴璋等编著，《岩石长钻孔成孔设备及工艺的研究》，煤炭科学研究总院西安分院课题研究报告，1999年6月。
23 张国峰编著，《C++语言及其程序设计教程》，电子工业出版社，1997年3月。
24 吴光琳编著，《定向钻进工艺原理》，成都科技大学出版社，1991年6月。
25 武汉水利电力学院，《工程力学》，1986年9月。
26 吴代华编著，《材料力学》，武汉工业大学出版社，1996年7月。
27 Tank, W.J., Short-radius horizontal drilling system optimization in Yates, SPE Drilling and Completion v 12 Mar 1997.
28 Maurer, W.C., Recent advances in horizontal drilling Journal of Canadian Petroleum Technology v 34 n 9 Nov 1995.
29 Williams, R.H., Does vertical pilot hole data have economic value in horizontal drilling? Production Operations and Engineering/general Proceedings-SPE Annual Technical Conference and Exhibition v Pi 1996.
30 Jenkins, P.P.; Ball, T.G., Horizontal drilling techniques in British coal mines. Transactions of the institution of Mining & Metallurgy, Section A v 100 Jan-Apr 1991
31 Takahashi, Hiroshi; Masuyama, Tadashi, Model analysis on cuttings transport in horizontal drilling, Proceedings of the 1994 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting. Part 11 (of 18)
32 Payne, J.D.; Huston, C.W.; Bunyak, M.J., Shallow horizontal drilling in unconsolidated sands offshore California, SPE Drilling and Completion v 8 n 4 Dec 1993.