煤田地质与勘探

作者：姚宁平, 王力, 张金宝, 豆旭谦, 魏宏超,

关键词：连续管钻进, 流体摩阻, 旋转水射流, 定向钻进, 煤矿井下,

由于可连续起下钻、不间断循环等优势，连续管钻井已成为近年来发展最快的石油钻井技术之一，开发煤矿井下连续管钻进技术是煤矿实现“少人化”甚至“无人化”钻探的重要技术途径。针对该技术在煤矿井下应用存在的管柱优选、钻进方法等关键问题，提出了连续管射流定向钻进方法，根据煤矿井下钻探用泥浆泵能力和孔深设计，分析了不同管径、不同弯曲比(r0/Rb)连续管流体摩阻；采用数值模拟方法，分析了不同连续管管径与钻孔孔径比(管孔比rc)情况下近水平钻进管柱屈曲形态及与孔壁接触应力；通过旋转射流水力学参数研究和破岩效果实验，给出了最佳射流钻头参数：通过连续管射流定向钻进实验，分析了射流定向钻进造斜规律，不同流量、钻进速度与钻孔孔径的关系。结果表明：ø19~ø31.75 mm连续管的弯曲半径可满足煤矿坑道空间要求；连续管流体摩阻的主要影响因素为管径和流量，在井下常用泥浆泵流量200 L/min、压力31.5 MPa、钻孔深度200 m情况下，ø31.75 mm连续管为最佳管柱方案；管孔比rc=0.454时，连续管与孔壁接触应力稳定，压应力呈线性变化；采用ø34.5 mm/5×1.0 mm(5个孔径1.0 mm的喷嘴)喷射钻头+ø40 mm液力换向器+ø31.75 mm连续管钻具组合钻进，平均增倾角能力0.67 (°)/m，平均降倾角能力为0.61 (°)/m，平均增/减方位能力0.45 (°)/m；通过控制射流流量和钻进速度，钻孔直径可控制在ø70 mm左右；研究成果为煤矿井下连续管钻进技术与装备的开发提供了理论基础。

来源：2023年第1期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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