自動甩鑽具裝置電路

⑴ 中國石油集團渤海石油裝備製造有限公司怎麼樣

簡介：中國石油集團渤海石油裝備製造有限公司是中國石油天然氣集團公司所屬國有獨資公司
法定代表人：周榮學
成立時間：2008-05-05
注冊資本：619773.124226萬人民幣
工商注冊號：120191000025468
企業類型：有限責任公司(法人獨資)
公司地址：天津經濟技術開發區第二大街83號中國石油天津大廈16層

⑵ 鑽機液壓系統工作原理是怎樣的

岩心鑽機是多泵多迴路液壓系統，可實現各種機構單獨或聯合動作。鑽機液壓系統分回轉、升降系統，給進系統和泥漿泵、行走系統。柴油機直接驅動三個串接的液壓泵。液壓系統工作原理分述如下。
1.回轉、升降液壓系統
回轉、升降系統包括：回轉液壓迴路、液壓缸快速升降液壓迴路。主卷揚機液壓迴路和取心卷揚機液壓迴路。
液壓泵1為負載敏感泵，泵的工作壓力為30MPa，排量為100mL/r，轉速為2200r/min。手動比例多路閥4由比例換向閥、先導溢流閥、梭閥及單向過載閥等組成。利用梭閥將系統最高負載壓力引導至泵流量補償閥的敏感腔，通過變數活塞自動調節泵的排量。由於4個液壓迴路無同時工作要求，故閥4內不設置減壓閥。根據執行元件不同要求，限定壓力和流量。並選擇滑閥機能和定位方式。快速液壓迴路要求換向閥中位封閉，其餘迴路中位卸荷；回轉迴路要求摩擦定位，其餘迴路則為彈簧復位。主卷揚機由液壓馬達8驅動。組合閥7由平衡閥、兩個液控單向閥及梭閥組成。平衡閥的作用是限制重物（鑽具）下降速度。梭閥的作用是松開由彈簧壓緊的制動器。卷揚機重物下降時，換向閥於下位，壓力油進入平衡閥打開閥口，同時壓力油進入制動器液壓缸，松開制動器，然後液壓馬達轉動使重物緩慢下降。當要求卷揚機浮動時，換向閥於中位，外控壓力油進入組合閥7打開兩個液控單向閥，馬達進出油路相通，馬達處於浮動狀態。
2.給進液壓系統
由圖9-9、9-10和9-11知，給進系統由恆壓泵3供油，泵的工作壓力為25MPa，排量為25mL/r。該液壓系統包括給進液壓迴路、動力頭浮動液壓迴路、卡盤液壓迴路、孔口夾持器液壓迴路以及鑽架起落液壓迴路、滑架移動液壓迴路、支腿液壓迴路等。

⑶ 有沒有數控畢業設計論文的

機械畢業設計論文 題目如下 詳情請查看 andy1014831557.blog.163.com
+工藝-「填料箱蓋」零件的工藝規程及鑽孔夾具設計
+工藝-CA6140機床後托架加工工藝及夾具設計
+工藝-CA6140型鋁活塞的機械加工工藝設計及夾具設計
+工藝-MG132320-W型採煤左牽引部機殼的加工工藝規程及數控編程
+工藝-MG250591-WD型採煤機右搖臂殼體的加工工藝規程及數控編程
+工藝-SSCK20A數控車床主軸和箱體加工編程
+工藝-WHX112減速機殼加工工藝及夾具設計
+工藝-X62W銑床主軸機械加工工藝規程與鑽床夾具設計
+工藝-X5020B立式升降台銑床拔叉殼體工藝規程制訂
+工藝-Z90型電動閥門裝置及數控加工工藝的設計
+工藝-回轉盤工藝規程設計及鏜孔工序夾具設計
+工藝-加工渦輪盤榫槽的卧式拉床夾具
+工藝-殼體的工藝與工裝的設計
+工藝-支承套零件加工工藝編程及夾具
+機電一體化-PLC控制電梯
+機電一體化-T6113電氣控制系統的設計
+機電一體化-連桿平行度測量儀
+模具-五金-筆記本電腦殼上殼沖壓模設計
+模具-五金-沖大小墊圈復合模
+模具-五金-帶槽三角形固定板沖圓孔、沖槽、落料連續模設計
+模具-五金-蓋冒墊片
+模具-五金-湖南Y12型拖拉機輪圈落料與首次
+模具-五金-護罩殼側壁沖孔模設計
+模具-五金-空氣濾清器殼正反拉伸復合模設計
+模具-注塑-wk外殼注塑模實體設計過程
+模具-注塑-PDA模具設計
+模具-注塑-底座注塑模
+模具-注塑-電流線圈架塑料模設 計
+模具-注塑-對講機外殼注射模設計
+模具-注塑-閥銷注射模設計
+模具-注塑-方便飯盒上蓋設計
+模具-注塑-肥皂盒模具設計
+模具-注塑-鬧鍾後蓋畢業設計
+模具-注塑-普通開關按鈕模具設計
+模具-注塑-軟管接頭模具設計
+模具-注塑-手機充電器的模具設計
+模具-注塑-滑鼠上蓋注射模具設計
+模具-注塑-塑料掛鉤座注射模具設計
+模具-注塑-塑料架注射模具設計
+模具-注塑-小電機外殼造型和注射模具設計
+模具-注塑-斜齒輪注射模
+模具-注塑-心型台燈塑料注塑模具畢業設計
+模具-注塑-旋紐模具的設計
+模具-注塑-牙簽合蓋注射模設計
+模具-注塑-游戲機按鈕注塑模具設計
+設計-8英寸鋼管熱浸鍍鋅自動生產線設計
+設計-102機體齒飛面孔雙卧多軸組合機床及CAD設計
+設計-200米液壓鑽機變速箱的設計
+設計-「包裝機對切部件」設計
+設計-C618數控車床的主傳動系統設計
+設計-CA-20地下自卸汽車工作、轉向液壓系統
+設計-CG2-150型仿型切割機
+設計-DTⅡ型皮帶機設計
+設計-GBW92外圓滾壓裝置設計
+設計-NK型凝汽式汽輪機調節系統的設計
+設計-PLC控制機械手設計
+設計-SPT120推料裝置
+設計-T611鏜床主軸箱傳動設計及尾柱設計
+設計-XQB小型泥漿泵的結構設計
+設計-YZJ壓裝機整機液壓系統設計
+設計-板材送進夾鉗裝置
+設計-棒料切割機
+設計-播種機設計
+設計-鏟平機的設計
+設計-車載裝置升降系統的開發
+設計-大模數蝸桿銑刀專用機床設計
+設計-大型制葯廠熱電冷三聯供
+設計-大型軸齒輪專用機床設計
+設計-大直徑樁基礎工程成孔鑽具
+設計-帶式輸送機自動張緊裝置設計
+設計-單級圓柱齒輪減速器
+設計-地下升降式自動化立體車庫
+設計-電液比例閥設計
+設計-釘磨機床設計
+設計-多功能自動跑步機
+設計-隔水管橫焊縫自動對中裝置
+設計-隔振系統實驗台總體方案設計
+設計-基於ProE的裝載機工作裝置的實體建模及運動模擬
+設計-集成電路塑封自動上料機機架部件設計及性能試驗
+設計-絞肉機的設計
+設計-經濟型的數控改造
+設計-卷板機設計
+設計-磨粉機設計
+設計-某大型水壓機的驅動系統和控制系統
+設計-普通鑽床改造為多軸鑽床
+設計-橋式起重機小車運行機構設計
+設計-乳化液泵的設計
+設計-三自由度圓柱坐標型工業機器人設計_1
+設計-雙柱式機械式舉升機設計
+設計-拖拉機變速箱體上四個定位平面專用夾具及組合機床設計
+設計-外圓磨床設計
+設計-渦輪盤液壓立拉夾具
+設計-巷道堆垛類自動化立體車庫
+設計-巷道式自動化立體車庫升降部分
+設計-小型軋鋼機設計
+設計-校直機設計
+設計-液壓絞車設計
+設計-液壓式雙頭套皮輥機
+設計-玉米脫粒機設計

減速器的整體
打散分級機總體及機架設計設計
膜片式離合器的設計
冰箱調溫按鈕塑模設計
洗衣機行星齒輪減速器的設計
手機外殼造型及設計
插秧機系統設計
精密播種機
知識競賽搶答器
多用途氣動機器人結構設計
運輸升降機的自動化設計
車床主軸箱箱體右側10-M8螺紋底孔組合鑽床設計
雙鉸接剪叉式液壓升降台的設計
卧式鋼筋切斷機的設計
YQP36預加水盤式成球機設計
模具導向定位機構
工程鑽機 的 設 計
模具-水泥瓦模具設計與製造工藝分析
軸類零件機械加工工藝規程設計
組合機床主軸箱及夾具設計
壓燃式發動機油管殘留測量裝置設計
基於普通機床的後托架及夾具設計開發
300×400數控激光切割機XY工作台部件及單片機控制設計
Z30130X31型鑽床控制系統的PLC改造
錫林右軸承座組件工藝及夾具設計
生產線上運輸升降機的自動化設計
DTⅡ型固定式帶式輸送機的設計
知識競賽搶答器PLC設計
萬能外圓磨床液壓傳動系統設計
管套壓裝專機
可調速鋼筋彎曲機的設計
計程車計價器系統設計
FXS80雙出風口籠形轉子選粉機
攪拌器的設計
金屬切削加工車間設備布局與管理
連桿零件加工工藝
螺旋千斤頂設計
支架零件圖設計
C616型普通車床改造為經濟型數控車床
R175型柴油機機體加工自動線上多功能氣壓機械手
惰輪軸工藝設計和工裝設計
平面關節型機械手設計
斜聯結管數控加工和工藝
CA6140車床後托架的加工工藝與鑽床夾具設計
CA6140杠桿加工工藝
X5020B立式升降台銑床撥叉殼體
XK5040數控立式銑床及控制系統設計
XKA5032A數控立式升降台銑床自動換刀裝置的設計
Y32-1000四柱壓機液壓系統設計
低速級斜齒輪零件的機械加工工藝規程
帶式運輸機用的二級圓柱齒輪減速器設計
傳動齒輪工藝設計
齒輪架零件的機械加工工藝規程及專用夾具設計
柴油機連桿的加工工藝
叉桿零件
撥叉零件工藝分析及加工
畢業設計 酒瓶內蓋塑料模具設計
ZUO半自動液壓專用銑床液壓系統設計
Z3050搖臂鑽床預選閥體機械加工工
端面齒盤的設計與加工
二級直齒輪減速器設
法蘭零件夾具設計
分離爪工藝規程和工藝裝備設計
杠桿工藝和工裝設計g
杠桿設計
過橋齒輪軸機械加工工藝規程
後鋼板彈簧吊耳的工藝和工裝設計
活塞的機械加工工藝，典型夾具及其CAD設計
汽車半軸
濾油器支架模具設計
漸開線渦輪數控工藝及加工
減速箱體工藝設計與工裝設計
機座工藝設計與工裝設計
機械手的設計
青飼料切割機
設計「CA6140法蘭盤」零件的機械加工工藝規程及工藝裝備
設計一用於帶式運輸機上的傳動及減速裝置
十字接頭零件分析
輸出軸工藝與工裝設計
數控車削中心主軸箱及自驅動刀架的設計
數控機床自動夾持搬運裝置
套筒機械加工工藝規程制訂
橢圓蓋板的宏程序編程與自動編程
斜齒圓柱齒輪減速器裝配圖及其零件圖
型星齒輪的注塑模設計
軸向柱塞泵設計
總泵缸體加工
組合件數控車工藝與編程
組合銑床的總體設計和主軸箱設計
同軸式二級圓柱齒輪減速器的設計
環面蝸輪蝸桿減速器
筆蓋的模具設計
盒形件落料拉深模設計
放音機機殼注射模設計
氣門搖臂軸支座
Φ3×11M水泥磨總體設計及傳動部件設計
內循環式烘乾機總體及卸料裝置設計
MR141剝絨機鋸筒部、工作箱部和總體設計
Φ1200熟料圓錐式破碎機（總體設計與回轉部件）
PF455S插秧機及其側離合器手柄的探討和改善設計
FXS80雙出風口籠形轉子選粉機
螺旋管狀麵筋機總體及坯片導出裝置設計
AWC機架現場擴孔機設計
製冷專業畢業設計(家用空調)
水閘的設計（土木工程）
鑽法蘭四孔夾具
宣化某毛紡廠廢水處理工程
電 流 線 圈 架 塑 料 模 設 計
支架零件圖設計
斜聯結管數控加工和工藝
01卧式鋼筋切斷機的設計
09SF500100打散分級機總體及機架設計
11YQP36預加水盤式成球機設計
015盒形件落料拉深模設計
18設計-插秧機系統設計
19-工程鑽機 的 設 計
21設計機床-車床主軸箱箱體右側10-M8螺紋底孔組合鑽床設計
23設計-精密播種機
26手機外殼造型及設計步驟文檔
27軸類零件機械加工工藝規程設計
34 生產線上運輸升降機的自動化設計
36 知識競賽搶答器PLC設計
37 雙鉸接剪叉式液壓升降台的設計
41 多用途氣動機器人結構設計
46 自動洗衣機行星齒輪減速器的設計
55 模具-冰箱調溫按鈕塑模設計
56 模具-水泥瓦模具設計與製造工藝分析
56 模具-水泥瓦模具設計與製造工藝分析
65 膜片式離合器的設計
68 減速器的整體設計
108放音機機殼注射模設計
108放音機機殼注射模設計
111氣門搖臂軸支座
300×400數控激光切割機XY工作台部
C616型普通車床改造為經濟型數控車床
CA6140車床後托架的加工工藝與鑽床夾具設計
CA6140杠桿加工工藝
DTⅡ型固定式帶式輸送機的設計
FXS80雙出風口籠形轉子選粉機
JLY3809機立窯（加料及窯罩部件）設計
JLY3809機立窯(窯體及卸料部件)
MR141剝絨機鋸筒部、工作箱部和總體設計
PF455S插秧機及其側離合器手柄的探討和改善設計
R175型柴油機機體加工自動線上多功能氣壓機械手
X5020B立式升降台銑床撥叉殼體
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叉桿零件
柴油機連桿的加工工藝
齒輪架零件的機械加工工藝規程及專用夾具設計
計程車計價器系統的設計
傳動齒輪工藝設計
帶式運輸機用的二級圓柱齒輪減速器設計
低速級斜齒輪零件的機械加工工藝規程
電 流 線 圈 架 塑 料 模 設 計
端面齒盤的設計與加工
惰輪軸工藝設計和工裝設計
二級直齒輪減速器設
法蘭零件夾具設計1
分離爪工藝規程和工藝裝備設計
杠桿工藝和工裝設計
杠桿設計
管套壓裝專機
過橋齒輪軸機械加工工藝規程
後鋼板彈簧吊耳的工藝和工裝設計
環面蝸輪蝸桿減速器
活塞的機械加工工藝，典型夾具及其CAD設計
機械手的設計
機座工藝設計與工裝設計
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⑷ 旋挖機操作系統原理圖

如圖所示：

旋挖機是一種綜合性的鑽機，它可以用多種底層，具有成孔速度快，污染少，機動性強等特點。短螺旋鑽頭進行干挖作業，也可以用回轉鑽頭在泥漿護壁的情況下進行濕挖作業。

旋挖機可以配合沖錘鑽碎堅硬地層後進行挖孔作業。如果配合擴大頭鑽具，可在孔底進行擴孔作業。旋挖機採用多層伸縮式鑽桿，鑽進輔助時間少，勞動強度低，不需要泥漿循環排渣，節約成本，特別適合於城市建設的基礎施工。

(4)自動甩鑽具裝置電路擴展閱讀

旋挖機的主要技要點：

旋挖機，適用於城市高層建築、鐵路、公路、橋梁等樁（中大型樁）基礎工程施工；的超強輸出扭矩，確保在不同地質狀況下完成施工；電噴渦輪增壓中冷柴油發動機。

電腦感應負載變化，並相應調整輸出功率；柴油機具有自動加速/降速功能，使燃油耗費下降5－10%；發動機噪音低、振動小、環保節能，廢氣排放符合歐EPACⅡ標准；液壓系統主控迴路、先導控制迴路，可使流量按需分配到系統工作裝置的各執行部件，實現各工況負荷下的最佳匹配。

系統獨立散熱。液壓泵、液壓馬達、液壓閥，實現了系統的高可靠性；採用先進的手動與自動相互切換的電子調平裝置，對桅桿進行實時監控，保持桅桿在施工作業中的鉛垂狀態，有效地確保了樁孔垂直度要求。

⑸ 鑽具的改進思路及原理

按我國傳統鑽探工藝，以上技術要求中的(1)和(2)是不可能同時滿足的，因為所有干鑽法，如螺旋、沖擊、岩心鑽對土心幾乎完全擾動。因此我們考慮將螺旋鑽和雙管單動岩心鑽兩種傳統工藝結合起來，設計了一種空心螺旋鑽，如圖2-6b。該鑽頭在原雙管單動鑽頭的基礎上做了以下方面革新:

(1)雙管單動鑽頭採用外管內徑φ146mm，內管內徑φ127mm，在外管外壁加寬300mm的螺旋葉片，其作用是通過回鑽，使螺旋旋入土中鑽進，並將外管外側切削下的土掛在螺旋葉片上帶出。

(2)在外管鑽頭底部加三個外側與螺旋葉片外側齊平，內側與內管內徑齊平的豎向葉片。豎向葉片在鑽頭的最下部起切削土的作用，即鑽頭旋轉時，該葉片將內管以外的土刮下，刮下的土被送入螺旋葉片被帶出。中心則保留了一個圓柱狀土心，隨著鑽頭深入被送入內管，內管不轉動，因此土心不會被擾動。

(3)在靠下方螺旋葉片的外側加數道豎肋。豎肋的作用是起到擴孔並刨光孔壁的作用，由此可大大減小孔壁的阻力，豎肋也具有導向作用，使鑽孔保持垂直。這樣使卡鑽的情況大大減少，進一步提高鑽探效率。

(4)對內管結構做進一步改進。目前採用的內管有整管、分段螺接或分段插接，將土樣從內管中取出很費事費力，常造成人為擾動。為了便於取出土心，將內管設計成對分瓣式，類似於標准貫入器的探頭，便於安裝和拆卸。

內外管連接的軸承部分不變，改進後的鑽頭結合了岩心鑽和螺旋鑽的雙重功能，通過螺旋葉片旋進土中，外圍土體順葉片上涌，貼在葉片間的外壁上;裡面的空心部分則可以套取土樣，使其免受擾動。鑽具提出後，清掉外壁上的土體，卸下鑽頭，取出裡面的土樣，用於鑒定。該鑽具採用低速回轉鑽進，轉速不超過60r/min，依靠外壁螺旋掘進，因此不需要循環液。這樣保證了土樣不被浸濕，即使土樣局部擾動開裂，其細觀結構不會改變，仍有助於滑帶的識別與鑒定。

干鑽比加循環液鑽探消耗的動力大，該項改進只用於φ146mm鑽頭。φ219mm鑽頭對150型鑽機來說的動力明顯不足，改用更大動力的鑽機顯然是不經濟的。圖2-7為改進後的鑽頭結構和鑽探試驗現場。

這種空心螺旋鑽在國外已有類似設備，圖2-6a為美國ASTM標准介紹的類似鑽頭(Hollowstemauger)，其結構較為復雜，適合在各種地層中鑽進取樣，我們設計的鑽頭也受國外該產品的啟發。

圖2-7 改進自製的空心螺旋鑽現場試驗

⑹ 三棱鑽桿的工作原理是什麼

益礦科技為您解答：
1、三棱鑽桿定義：煤礦巷道鑽探用三棱錐型鑽桿，簡稱三棱鑽桿、三角鑽桿、防塌孔鑽桿、防抱死鑽桿等。是以帶有錐型過渡的三棱圓弧鋼管為鑽桿桿體，與螺紋形式或三角、四方、六方等連接形式的鑽桿接頭，進行摩擦焊接製造而成的煤礦鑽探用鑽桿。
2、三棱型鑽的材質：三棱鑽桿桿體採用優質地質合金專用鋼管，鑽桿接頭採用優質中碳合金結構鋼，經高壓處理成型、摩擦焊焊接而成。
3、三棱鑽桿規格：按常用規格型號分為：Ф34mm、Ф42mm、Ф50mm、Ф63.5mm、Ф73mm、Ф89mm，按連接形式分為四方連接、六方連接和螺紋連接。在使用中以錐螺紋連接應用最多。
4、三棱鑽桿的性能優勢： 三棱鑽桿在鑽進過程中，鑽桿與鑽孔壁之間形成三個半圓形的空間，擴大了排除粉塵與瓦斯的通道，使瓦斯和粉煤順利排出；在鑽桿旋轉鑽進時，鑽桿的三棱把多餘鑽渣持續的向孔壁旋轉膩抹，達到固化鑽孔孔壁的作用。大大降低了松軟煤層塌孔致使鑽具抱死卡鑽和鑽具損壞丟失的現象的發生；本產品具有設計合理，安全可靠、排渣效果好、鑽孔深度深、成孔效果好等特點，本產品已成為松軟地質條件和松軟煤層深孔鑽探的首選類型。
5、三棱鑽桿建議施工工藝：在較為松軟的煤層鑽探時，宜採用風排渣的鑽進方式，配備我公司生產的輕型孔口降塵裝置，可達到理想的鑽進和成孔效果。沖水式鑽進方式會增大塌孔卡鑽的機率，但與外圓式鑽桿相比，仍具有很高的性能和成孔優勢。在鑽頭的選配上以與鑽桿的徑差10-15毫米為宜，徑差過大會降低三棱鑽桿桿體對孔壁的膩抹加固效果。

⑺ 3NB-300/12-45型往復式泥漿泵的結構以及工作原理是什麼

（一）概述3NB-300/12-45型往復式泥漿泵(以下簡稱泵)是一種煤礦坑道鑽探用泥漿泵，該泵屬卧式三缸往復單作用活塞泵，可變換四種不同壓力和流量，是煤田勘探主要配套設備之一。泵的主要作用是在坑道鑽探過程中向鑽孔內供給沖洗液，使之在鑽孔中循環，以達到攜帶孔內煤岩粉，保持孔內清潔、冷卻與潤滑鑽頭和鑽具以及輔助鑽進等目的。

泵的正常工作條件:1)工作液體:溫度為0～50℃，黏度為20～25s，含砂量為2.5%～3.5%，pH值為7～10;在額定工況下工作。

2)沖洗液中不得有泥團、雜草、樹葉等堵塞濾水器的夾雜物。

3)吸水管長度不要超過5m。

4)泵的執行標准為:DZ/T0119—1994《地質鑽探用往復式泥漿泵技術條件》、Q/ENDB027—2009《3NB-300/12-45型往復式泥漿泵》。

（二）產品型號及含義

圖4-7 離合器(B300-03-00)4.防護罩(BW600-04A-00)防護罩為整體組焊件，由1.2mm厚的鋼板等焊接而成。主要起安全防護作用:防止異物被轉入三角皮帶內、防止人員接近泵時被旋轉物傷害，防護罩由支架支承固定在機架上。

5.機架及動力(3NB300-05-00)機架(3NB300-0501-00)由12號槽鋼焊接而成。機架的上平面有4個?20孔，用六角螺栓M18×80將泵體固定在機架上，機架的下平面有6個?18孔，以便將泵固定在地基上。

動力選用電動機(45kW)，通過小皮帶輪(3NB300-05-02)把動力傳送給泵體。

6.濾水器(B450-08B-00)濾水器是吸入系統的一個主要部分。主要作用是使工作介質能順利進入泵內，防止超過規定的大顆砂粒和其他雜物進入泵內，引起進排水閥門和活塞缸套密封故障及加速其磨損。

濾水器上端有濾水器外殼，其接頭聯接進水軟管，下端有過濾罩起過濾作用。兩者之間有閥座和活閥裝置，當泵工作時活閥在活塞運動產生的真空吸入作用下自動打開，使介質液暢通進入進水管，當泵停止工作時，活閥在進水管內介質液重力作用下自動關閉，在下次工作時減少進水管內空吸作用。用戶可根據泵送介質的性質和施工工藝的需要，在濾罩架外蒙上適當規格的篩網，用鐵絲將篩網固定。

⑻ 單動雙管鑽具的工作原理

其中上接頭有配活動環保徑的，有在接頭上開槽鑲合金片保徑的，卡簧座與鑽頭內台階的距離用螺桿、鎖母調節；也有用內外管本身長度差控制。單動形式有球式結構、單軸承結構和雙軸承結構(圖2、圖3、圖4)其工作原理：利用鑽機傳遞動力使鑽具回轉，外管連接鑽頭的切削刃或研磨材料削磨岩石使之破碎，而內管(即岩芯管)在鑽進過程中保持不動，這樣使取出的岩芯避免擾動，能基本保持原始狀態。

⑼ 端氏多分支水平井工程技術

一、煤層氣多分支水平井的井型和設計優化

（一）多分支水平井命名規則

井名分4種：工程井、生產井、主水平井、分支水平井。

井名的命名一般採用如下規則，井名由區塊、工程井、翼數、生產井組成。如DS01-1V，DS表示「端氏」區塊名稱，以漢語拼音首個字母縮寫；01表示第一個工程井，-1表示第一個翼，-1V表示該翼的生產井，-L1表示第一個分支水平井。

生產井用V表示，如DS01-1V。主水平井用M表示，如DS01-1-M。分支水平井用L表示，如DS01-1-Ln，n為分支數目（圖6-1）。

圖6-1 多分支水平井井名的命名規則

多分支水平井由工程井和生產井組成一翼，工程井包括直井段、造斜段和水平段，水平段包括主支和分支。生產井為直井，在煤層段造洞穴，並與水平段連通（圖6-2）。

圖6-2 單翼多分支水平井生產井和工程井組合圖

為了提高井場利用效率，在一個井場可以設計一翼到四翼多分支水平井，使分支水平井網路布滿煤層的抽排面積。

（二）井型分類

示範工程共實施6口多分支水平井，對5種類型的井進行了試驗。

1.按工程井和生產井組合分類

按工程井和生產井組合情況，分為工程井和生產井分離的多分支水平井、工程井和生產井合一的多分支水平井。前者如DS01-1、DS02-1、SX01-1（圖6-3），後者如PHH-001、PHH-002（圖6-4）。

圖6-3 工程井和生產井分離的多分支水平井

圖6-4 工程井和生產井合一的多分支水平

2.按主支數量分類

按主支數量，本次可以分為單主支多分支水平井和雙主支多分支水平井，如PHH-001、PHH-002、DS02-1、SX01-1（圖6-5）。

3.按完井類型分類

按完井類型，本次進行末端對接試驗，採用單支水平井，分工程井和生產井，因此稱為末端對接水平井。例如DS20-1、GSS-008-L1、BD4-L1～BD4-L4（圖6-6）。

圖6-5 單主支多分支水平井

圖6-6 末端對接水平井

4.不同類型井優點

這些類型不同的多分支水平井，針對不同的地形、地質條件和煤層特徵進行設計和部署，以最低的工程成本，獲得最好的生產效益。

單翼雙主支多分支水平井，如DS01-1井，優點在於施工方便，主井眼不易損壞，有利於井壁保持穩定，避免由於工程施工中頻繁活動而導致井壁坍塌，堵塞井眼。同時有利於增加分支井數，增大排泄面積。

工程井和生產井合而為一，如PHH-001、PHH-002井，優點是節省工程量，降低成本，減少技術難度，不用進行兩井連通的高難度高技術施工程序。缺點是井下泵無法下到近煤層的低位位置，距煤層距離一般還有20m左右，泵只能下到彎曲區段，因此，抽油機桿易被磨損。

單翼雙主支多分支水平井和工程井、生產井合而為一的多分支水平井的設計，是一種創造性地設計，在本項目得到第一次應用和試驗，是一次具有創造性的實踐，具有非常重要的意義，推廣價值巨大。

（三）井型設計和優化

水平井井型設計和優化對鑽井的成功具有重要意義。DS01-1等利用landmark設計軟體優化多分支水平井施工設計。PHH-002等井軌跡採用蘭德馬克的Compass鑽井軌跡設計軟體包完成，鑽井軌跡採用雙增剖面雙控制點，第一剖面採用曲率半徑較大，造斜率較低；第二剖面採用曲率半徑較小，造斜率較高，既降低了施工難度，又保證了軌跡控制，確保了在15號煤層的順利著陸。

1.井身結構

（1）工程井井身結構。一開：φ311.1mm鑽頭開鑽，下入φ244.5mm表套，水泥返至地面。二開：φ215.9mm鑽頭開鑽，下入φ177.8mm技套，水泥返至地面。三開：φ152.4mm鑽頭開鑽，下入主水平井及若干分支水平井，裸眼完井（表6-1、表6-2，圖6-7）。

表6-1 DS01-1井鑽頭程序

表6-2 DS01-1井鑽頭程序套管程序

圖6-7 工程井井身結構示意圖

（2）生產井井身結構。一開：φ311.1mm鑽頭開鑽，下入φ244.5mm表套，水泥返至地面。二開：φ215.9mm鑽頭開鑽，下入φ177.8mm技套，水泥返至地面；煤層段下玻璃鋼套管，造穴（表6-3、表6-4）。

表6-3 DS01-1V井鑽頭程序

表6-4 DS01-1V井鑽頭程序套管程序

2.鑽具組合

鑽具組合見表6-5。

表6-5 DS01-1井鑽具組合表

3.鑽井程序

鑽井程序見圖6-8。

圖6-8 施工工藝流程圖

4.鑽井液性能

鑽井液性能要求如表6-6。

表6-6 鑽井液性能要求

5.多分支水平井工程技術參數

多分支水平井工程技術參數如表6-7。

二、鑽井工藝技術

（一）工程井鑽井工藝

在工程井鑽井施工作業中分三開作業，作業流程和工藝詳述如下：表層一開，下表層套管固井；直井和造斜段二開，造斜點定向鑽進至煤層頂板著陸點，下套管固井；煤層水平段位三開，兩井對接連通鑽進，主井眼及分支井眼水平段鑽進，裸眼完井。

表6-7 多分支水平井技術參數

續表

（二）生產井鑽井工藝

（1）一開用311.1mm鑽頭鑽入基岩層2～5m後，下入φ244.5mm的套管並固井，水泥漿返至地面。

（2）候凝16h後二開，用φ215.9mm的鑽頭鑽至3號煤層底板下60m，循環干凈後起鑽，進行標准測井，准確確定煤層位置。

（3）測井後下入φ177.8mm的J55套管，煤層位置處帶一根玻璃鋼套管，然後用油井水泥固井，水泥返至3號煤層頂板200.00m以上，水泥漿密度1.85g/cm³。

（4）固井、候凝後，用φ152.4mm的鑽頭掃水泥塞，循環干凈後起鑽。

（5）根據煤層位置准確確定掃玻璃鋼位置後，下鑽掃玻璃鋼套管，循環干凈後起鑽。

（6）准確確定煤層位置後，下入掏穴工具至掏穴位置頂部，對煤層中部5.0m段掏穴，造穴井徑不小於500mm，循環干凈後起鑽。

（7）計算好填砂量，下鑽向井內投砂至預定深度，准確探定砂面後起鑽。

（8）將井場恢復至進場狀態。

（三）大位移分支水平井鑽井和懸空側鑽技術

1.大位移分支水平井鑽井

斜深與垂深之比大於1.8的水平井稱大位移水平井。其難度為鑽進中摩阻大，滑動鑽進加壓困難。採用鑽具倒裝，多旋轉少滑動，保證井眼平滑等措施減少摩阻。同時，隨井深摩阻增大，需入減阻器（Agitator）幫助克服摩阻。

2.懸空側鑽技術

在煤層段側鑽，不可能像油氣井填水泥候凝側鑽。側鑽時沒有井壁支撐，增加了側鑽難度。採用選好側鑽點和控制鑽時等措施來保證側鑽成功率。

根據實鑽井眼軌跡數據及DS01-1-L1靶點地質調整結果，做DS01-1-L1剖面數據。

起鑽至L1井的側鑽點位置，開始循環拉槽，定向、側鑽。根據主井眼滑動調整軌跡時工具的造斜率，確定側鑽分支時馬達的彎角。

側鑽時穩定工具面後，採取連續滑動的方式，盡快側鑽出新井眼。鑽進5m後逐漸加快機械鑽速，側鑽結束後，進行LWD實時測井。

滑動側鑽及轉盤穩斜鑽進均在煤層中鑽進，注意摩阻扭矩的變化。

鑽完L1井後，循環20min。起鑽至L2井的側鑽點位置。重復上述步驟，完成其餘分支井眼的作業。

起鑽至井口，關閘板防噴器，准備完井作業。

PHH-001井在後期施工中採用了兩次側鑽進行兩個分支井的施工。在側鑽時，主要做好了側鑽點、側鑽鑽頭、井下造斜工具、鑽具組合、鑽進方式的選擇等工作，側鑽效率較高，一般2h能形成完整的新井眼。

（四）綜合錄井

1.地質錄井

地質錄井主要是岩屑錄井和鑽時錄井，並取全、取准各項原始數據，以獲取地質資料建立鑽井地層柱狀。岩屑、鑽時錄井：一開井段不做要求，進入基岩風化帶超過20.00m，一開井深50.20m；二開、三開按設計要求進行錄井工作。

（1）岩屑錄井。岩屑錄井是建立地層柱狀的依據，也關繫到鑽井施工等相關作業。嚴格按照《地質錄井作業規范》的要求，加強錄井前的各項准備工作。撈取岩屑嚴格按照錄井規范做到不漏包、不丟包；清洗岩屑根據不同岩性採用不同工具和方法，保證了岩屑的數量和質量。岩屑描述實行專人負責，同時參考鑽時等有關資料，准確鑒定岩煤屑，為建立地層柱狀提供可靠的基礎資料。

（2）鑽時錄井。鑽時數據是繪制鑽時曲線的依據，而鑽時曲線是岩煤屑鑒定描述、進行地質分層的重要輔助資料，本井嚴格按照設計要求，准確地獲取了全井的鑽時數據。一開不要求；二開後進行鑽時錄井每0.5m記錄1點，為繪制鑽時曲線、劃分地層、水平井定向鑽進提供准確數據。

2.氣測錄井

（1）氣測錄井儀簡述。本井錄井使用的氣測錄井儀是上海神開科技工程有限公司生產的SK-2Q02C快速色譜錄井儀，主要適用於煤層氣、天然氣的勘探、開發的儀器設備，它的核心部分為高靈敏快速色譜SK-3Q03氫焰色譜儀，SK-3Q03氫焰色譜儀是鑽井勘探領域的淺層、薄層、地面導向的實時測量必備系統，是地面導向、薄層勘探、水平井勘探等鑽井勘探獲取鑽井現場與科研第一手信息的重要儀器，一般的綜合錄井儀分析周期是2min，SK-3Q03氫焰色譜儀的分析周期是30s，使用它可發現0.5m以下的薄層煤層，是煤層氣勘探開發的新一代綜合錄井儀。

（2）氣測錄井儀的使用。氣測錄井是根據鑽井過程中鑽遇煤氣層，氣體浸入泥漿鑽井液中返出地面，經電動脫氣器分離後進入色譜儀，從而分析出氣體成分，是發現煤層氣的重要手段，也關繫到鑽井施工等相關作業。本井嚴格按照《綜合錄井作業規范》的要求，加強錄井前的各項安裝准備工作。氣測錄井嚴格按照設計要求自二開至完鑽進行全自動連續測量，每1m記錄一點所測資料，全烴為連續記錄曲線，做到不漏點、不漏測；對氣測異常井段及時做出預報和初步解釋，保障了水平井的順利施工。

3.伽馬錄井

本井三開水平段鑽進過程中，在MWD隨鑽測斜儀中增加伽馬探管，利用自然伽馬曲線在不同地層中的反映，特別是在煤層頂、底板為泥岩時，自然伽馬曲線具有明顯的幅值反映。能夠分析判斷鑽頭是否在煤層中，當鑽頭穿透煤層到達其頂底板時，能夠及時調整MWD隨鑽測斜儀鑽進參數，使鑽頭重新回到煤層中。利用伽馬錄井配合鑽時、氣測、岩屑錄井，能夠很好地分析解釋鑽頭在煤層中水平鑽進，起到地質導向的作用。

（五）測井

測井內容及要求如表6-8。

表6-8 煤層氣多分支水平井測井內容及要求

三、定向和導向技術

（一）LWD隨鑽地質導向技術

「LWD」為隨鑽測井3個英文單詞的簡寫。利用LWD導向，監測的主要參數是：地層自然伽馬值和電阻率值，據此來判斷鑽頭是在煤層中鑽進，還是到了頂板或底板。地質師根據判斷，要求定向井工程師隨時調整井眼軌跡，最大限度保證在煤層中鑽進（圖6-9）。

DS01-1V井採取「轉動+滑動」的復合鑽進方式，以及LWD隨鑽實時測井，能有效地實現鑽頭在目標層中穿行，導向鑽進不但要考慮煤層穿行率，同時還要考慮機械鑽速。

二開造斜井段設計造斜段狗腿度11.081°/30m，剖面設計為雙增圓弧剖面，連續造斜鑽進至3號煤層頂部，鑽至煤頂後，循環起鑽，調整馬達彎角。下鑽時准確確定馬達彎角方向，並預留反扭角；鑽完第一柱後每單根測斜，定向井勤預測軌跡；在斜井段內鑽具因故停止轉動（洗井、測斜、機修、保養等）時，鑽具需3～5min上提下放一次，活動距離不得小於6m，接立柱或起鑽時，所卸接頭需高於轉盤面1～2m，鑽進過程中不得轉動轉盤，接立柱時不得用轉盤卸扣。

圖6-9 地質導向示意圖

二開鑽進採用小鑽壓吊打，每50m測斜一次，保證井斜控制在2°以內。第二趟鑽增斜調整方位，採用Sperry-Sun MWD 測量方式，定向方式為高邊方式；第四趟鑽通井處理泥漿後下套管，起鑽測ESS多點；造斜鑽進時，地質工程師每2m撈砂一次，注意地層變化，造斜鑽進至煤層頂板後，控制鑽速，進入煤層斜深1m結束二開。固井設計時，因造斜率比較高，決定少下扶正器，具體為：入井第1根套管最下端加剛性扶正器1隻，100～380m井段每3根加彈簧扶正器1個每5根套管灌漿一次。

三開鑽進，試壓後鑽入新地層1m，處理泥漿後起鑽，接入「LWD+Motor」鑽具組合，按定向井的要求井口作業及測試；下鑽到底後，循環一周後導向鑽進；LWD實時檢測軌跡，保持井眼在煤層的中上部運移，鑽進過程中，解釋工程師密切注意實時測井曲線，發現雙Y曲線異常波動，及時與地質監督溝通，並結合返出岩屑，判斷井眼軌跡趨勢，及時採取措施，特別注意鑽入底部的粉煤層；注意震動篩煤的返出量，若返出量減少，立管壓力（LWD及錄井檢測）波動大，採取控制轉速等措施，保持井眼清潔；加強錄井、LWD監測，及時反饋，盡可能保持井眼在煤層中上部穿行；各分支井眼鑽進，進行LWD實時測井。

（二）MWD+伽馬探管+鑽時、岩屑、氣測錄井組合定向

PHH-001和PHH-002多分支水平井在水平段鑽進中，採用MWD無線隨鑽測斜儀進行定向鑽進，配合鑽時錄井、岩屑錄井、氣測錄井、伽馬錄井等方法進行地質導向。極大地降低成本，獲得了十分有效的定向結果。

根據地層性質，鑽進煤層時，鑽時小、伽馬值低、甲烷氣測值高；鑽入煤層頂板泥岩時，鑽時較大、伽馬值極高、甲烷氣測值較低；鑽遇石灰岩時，鑽時大、伽馬值較高、甲烷氣測值低。

煤層中施工水平井時，煤層鑽遇率是工程成功與否的關鍵。在施工中，施工方根據煤層鑽進的特點，總結一套有效保證煤層鑽遇率的方法。煤層鑽進時，氣測顯示值遠高於在頂底板的氣測顯示值，鑽時則明顯低於鑽進頂底板的鑽時；同時，將伽馬探管接在離鑽頭較近的位置，根據15號煤層低伽馬顯示值的特性，進行地質導向，取得了很好的效果，PHH-002井煤層鑽遇率高達80.7%。

（三）無線隨鑽測斜定向技術

PHH-001、PHH-002井採用國產無線隨鑽系統進行鑽井軌跡控制。在實際施工中，採用不同造斜率的螺桿鑽鑽進，RST-48型無線隨鑽系統電子探管將井底參數通過泥漿傳輸至地面，遠程計算機系統將泥漿脈沖進行解析後反饋給軌跡控制人員，軌跡控制人員通過採用滑動鑽進、復合鑽進、調整工具面、選擇鑽具造斜率等手段進行鑽井軌跡控制。

四、對接連通技術

與水平井對應直井所造的洞穴直徑一般為0.5～0.6m，水平井要穿過該洞穴，僅靠常規的精度很高的定向井測量儀器，一般來說是不可能的。必須採用專用連通儀器，用定向井測量儀器和工具作為配合，根據獲得的信號和指令，要求定向井工程師調整井眼軌跡，達到對接連通的目的（圖6-10）。

DS01-1 井鑽進參數：WOB 20～40kN；泵壓8MPa。

（1）直井下入VECTOR儀器。

（2）水平井接收信號，判斷與洞穴的相對位置。

（3）每3m測斜一次，根據定向井工程師的預測數據，連通工程師發出井斜、方位調整指令。

（4）定向井工程師依據指令，完成井斜和方位的調整。

（5）距洞穴3m，直井起出儀器。

（6）水平井旋轉鑽進連通，連通後鑽進10m左右，起鑽甩RMRS。

圖6-10 DS01-1工程井與生產井連通示意圖

五、排采技術

排采技術包括排采設備、排採制度和修井等方面的技術集成。

（一）排采設備

排采設備的選擇主要取決於井深、井底壓力、水的流速及氣的流速等因素。本項目直井選擇管式泵排采設備，工程井和生產井合一的水平井進行了專門的泵型試驗。

井口裝置包括：

（1）單井采氣系統。主要包括油、套環空出口+套管壓力表+支管線+火把。

（2）單井排液系統。主要包括油管出口+氣、水分離器+水計量表+排水管線。

（3）自動數據採集和設備自動控制系統。主要包括探頭、傳輸電纜。

CNG站的自動控制系統通過安裝於井口的探頭和傳輸電纜來採集各井的產水量和套管壓力數據及控制抽油機和電機的運行。

（二）排採制度

排采工作制度根據產水量和降液速度進行調整。各井各不相同，同一口井在排采先後階段需要適時調整。PHH-001、PHH-002、DS01-1V、DS02-1V井採用1.5～1.8m沖程，1.5～6.0次/min沖次，保證每日3～5m³的降液速率，滿足該井排液，保持液面平穩。

（三）壓力煤粉控制和管理

3號煤煤質較硬，排采過程中，可以隨井液進入泵筒的只有懸浮的微粒，略大的井下物都沉積在井筒中，所以該類井在排采過程中，特別是排采初期，應當定期進行檢泵，清除井筒內沉積物，保證後期產氣的穩定。

15號煤煤質較軟，初期排采強度過大，降液速度過快，使井底流壓突然變化，會造成井眼坍塌。所以該類井必須控制好降液速度，防止過快造成井眼坍塌，堵塞產氣通道。

（四）修井

排采期間由於產液含煤粉量大，井下有大量煤漿，運行時煤漿進入泵桶，部分隨井液排出地面，另有部分留在井桶內，造成凡爾堵塞或柱塞卡死，或因電路故障停機造成卡泵，因此排采井要定期進行修井作業。

六、裝備、工具

鑽井設備的選擇是鑽井成功的關鍵，水平井施工要求鑽機具備較大的提升能力和加壓鑽進能力。導向工具確保完成設計的井眼軌跡，提高煤層鑽遇率。對接系統要求准確連通。

（一）鑽機

1.ZJ30B鑽機設備清單

ZJ30B鑽機設備清單見表6-9。

2.T130XD頂驅車載鑽機

PHH-001、PHH-002井鑽井設備採用美國雪姆公司生產的T130XD頂驅車載鑽機。該鑽機主動力760馬力，名義鑽井深度1900m（311mm井徑，114mm鑽桿）。提升能力60t，頂驅給進能力14.5t，扭矩12kN·m，車載空壓機2.4MPa，排量38m³/min。井台可伸起2.41m，可以直接安裝防噴器。

表6-9 ZJ30B鑽機設備清單

續表

固控及防噴系統未列出。

該鑽機搬遷安裝極為方便，提升、回轉能力均能滿足煤層氣水平井施工的需要。該鑽機即可採用常規鑽井方法施工，也可採用空氣鑽井工藝施工。特別是該鑽機加尺時用時很短，一般不超過1min，有效地減少了鑽井時因停泵造成的井下復雜，使用鑽井設備見表6-10。

表6-10 鑽井設備配備表

（二）81/2″井眼井下特殊設備

81/2″井眼井下特殊設備見表6-11。

表6-11 81/2″井眼井下特殊設備清單

（三）6″井眼井下特殊設備

6″井眼井下特殊設備見表6-12。

表6-12 6″井眼井下特殊設備列表

七、鑽井液和儲層保護技術

（一）鑽井液性能要求

鑽井液性能要求見表6-6。

（二）鑽井液性能維護

（1）開鑽前檢查固控設備、配漿及循環系統是否符合要求，各開關閘門是否靈活。

（2）清泥漿罐，配漿。坂土漿需預水化24h以上。

（3）鑽進時開除砂器。一開結束，充分循環洗井。起鑽前適當提高泥漿黏切，確保表層套管順利下入。

（4）二開用好各種固控設備，保證鑽井液具有低的固相含量。

（5）造斜段確保井眼清潔；可以不定期使用稠泥漿段塞清洗井眼。

（6）造斜後應全面實施減阻防卡措施。

（7）通井鑽具到底後，充分循環洗凈，起鑽前打入3方稠塞。

（8）下套管前裸眼段注入防卡減阻液，確保套管順利下入；下套管完循環洗井時適當降低泥漿黏切，以提高水泥漿頂替效率。

（9）水平段在煤層中鑽進，以清水為介質，加強固控、除氣。觀察返出岩屑情況，可打入生物聚合物XC，提高井底的凈化效果。

（10）鑽進用好振動篩和除砂器，清除煤粉。

（11）為了確實保護好煤層，嚴格按照設計，採用清水鑽進，用XC液體清潔井眼時高黏返出時放掉，泥漿罐內鑽井液超過30s，放掉換清水。

本井在使用清水+生物聚合物鑽煤層時可能存在風險，特製定兩套預案，但未實施。

（三）煤層保護技術

煤層氣井施工時，煤儲層保護極為關鍵。在本次鑽井中，主要採用清水鑽井液鑽進，嚴格控制鑽井液固相含量、密度，井內岩粉較多時，通過泵入高黏無污染鑽井液排出岩粉，既保證了井內安全，又防止了儲層污染。

15號煤採用清水作為循環沖冼液鑽進，為減少對儲層污染，施工中嚴格控制清洗液的密度和固相含量，相對密度不超過1.03，由於煤層鑽速很快，煤屑多，鑽進一段時間需往井內泵入一定量的高黏無污染清潔液排出煤粉，保證井下既安全鑽進又不污染煤層。完井起鑽前採用清水清孔，替換孔內鑽井液，保持孔內清潔干凈，確保出氣通道暢通。三開水平井鑽井過程中，為避免和減少沖洗液中固相顆粒對煤層的污染，煤層水平井段使用吸水的鑽進。但是由於清水的攜帶能力低，特別是水平井段不可避免地會造成煤屑、岩屑床，因此在鑽進過程中，遇到井內復時，及時使用XC配製的清掃液進行清理，保持了井底干凈，有效地避免了埋卡鑽，確保了鑽進安全，為本井的勝利完井打下了堅實的基礎。

⑽ 自動控向垂直鑽井系統

一、內容概述

國外在進行深部鑽井，特別是在進行大陸深部科學鑽探的過程中，認識到被動防斜技術的不足，迫切需要一種能適應深井和超深井鑽進的主動防斜技術。而最早提出這一要求並投入實際研製和應用的項目是20 世紀80 年代開始進行的聯邦德國大陸超深井計劃（KTB計劃），該井的設計深度近萬米，而所鑽深部地層很多都是結晶岩，地層傾角可達60 °左右，在這樣的條件下用傳統的鑽井工具難以使井眼保持垂直，迫切需要一種新型的垂直鑽井系統來完成這一大陸超深井計劃，因此提出研製一種採用主動防斜技術的自動垂直鑽井系統（Automationed Vertieal Drilling System，簡稱為VDS）。

自從發明旋轉鑽進技術以來，鑽孔的彎曲問題就一直存在著，造成鑽孔彎曲的根本原因是粗徑鑽具軸線偏離鑽孔軸線。造成發生鑽孔彎曲的充要條件主要是3個方面：①存在孔壁間隙，為粗徑鑽具偏倒或彎曲提供了空間；②具備偏倒或彎曲的力，為粗徑鑽具偏倒或彎曲提供動力；③粗徑鑽具偏倒或彎曲的方向穩定。

為了保證沖洗液能順暢地排出碎屑，孔壁直徑一般大於鑽具直徑，孔壁與鑽具之間的環形空隙是必然存在的。而在鑽進過程中，當孔深達到一定長度時，鑽桿柱已不是簡單的剛性體，而可視為一個細長的柔性桿件。對鑽頭施加軸向力時，鑽桿將會產生彎曲變形，由此可見，使鑽具偏倒或彎曲的條件是客觀存在的。但最終鑽孔是否彎曲，還將決定於鑽具偏倒或彎曲的方向是否穩定。如果鑽具偏倒或彎曲方向不穩定，則有可能使鑽頭在不同時刻朝著不同方向鑽進，從而發生擴壁作用。

由於鑽孔彎曲和傾斜現象的存在，一些相應的防斜技術例如鍾擺鑽具、滿眼鑽具以及偏軸鑽具等防斜打直技術也先後出現並應用到工程中。鍾擺鑽具是較早用於防斜、糾斜的鑽具組合，它是利用傾斜井內切點以下部分鑽挺重力的橫向分力，把鑽頭推靠在已斜井段的低邊，產生降斜和糾斜效果，這個力又稱為鍾擺力。而滿眼鑽具的主要特徵是其底部鑽具組合中含有2～3個或更多的與鑽頭直徑相近的穩定器以及相應的大直徑鑽挺，從而組成剛性很大、不易彎曲的防斜鑽具組合。其工作原理是在已鑽過的直井段中，保持剛性的滿眼鑽具位於井眼中間，其鑽具軸線與井眼軸心線基本保持一致，從而減小鑽頭的傾斜角度，起到控制井眼彎曲和井斜的作用。偏軸鑽具是在鑽柱的下部靠近鑽頭處設置偏重鑽鋌或者設置回轉心軸偏離鑽柱軸心線的偏軸接頭。當鑽頭回轉時，偏軸部分在靠近鑽頭上方的鑽具組合中產生一個離心力，該離心力的大小與偏心重量和偏心距有關。在軸向鑽壓的作用下，下部鑽具組合發生彎曲旋轉時成弓形。偏重鑽鋌每回轉一周就會對傾斜井段的井眼低邊產生一定的糾斜力，以減小傾斜井段的井斜角。前述幾種傳統的防斜設備和技術的共同特點是均屬於被動防斜技術。它們雖然也得到了較廣泛的工程應用，但在高陡構造的大傾角地層以及高應力破碎性地層中，由於無法克服地層極強的自然造斜能力，因而難以滿足對於深井、超深井以及復雜結構井上直井段鑽進的要求。

在提出該設想以後，美國貝克休斯公司（BakerHuges）即開展了相應的研究工作，貝克休斯公司最終於1988年研製成功垂直鑽井系統（VDS），成功解決了德國大陸超深井計劃中遇到的井斜問題。在VDS的研製過程中，從首例樣機開始，先後經歷了3 代共計5種型號的垂直鑽井系統。其中VDS-1（圖1）屬於外導向垂直鑽進系統，為最初的試驗性產品，其主要結構如圖1所示：不旋轉的導向套與旋轉軸6之間通過軸承4連接，在導向套四周均勻分布了4個可以伸縮的導向塊8，由泥漿提供驅動力的4個活塞可以分別控制導向塊的外伸。鑽進過程中的井斜數據由井斜感測器測量並反饋到裝置的微處理器單元，微處理器單元經過計算，發出控制命令給液壓閥，由液壓閥控制驅動活塞的運動，從而使得導向塊伸縮。當導向塊向外伸出時壓靠井壁，因此產生作用於旋轉軸上的糾斜導向力，使得鑽具回到中心位置。在該系統中測斜感測器、微處理器單元7等是靠內置電池供電的。由於自動垂直鑽井系統的導向塊布置在外部，工作時外伸並作用在井壁上，因此這種結構形式稱為外導向式垂鑽結構，如圖2（a）所示。

圖1 VDS-1結構示意圖

1—馬達驅動節；2—內部吸振單元；3—旋轉部分；4—軸承；5—頂部穩定器；6—旋轉軸；7—感測器、電子及電池部分；8—外促式導向塊；9—鑽頭

圖2 VDS導向塊結構布置示意圖

（a）VDS-1；（b）VDS-3

在KTB計劃中實際投入應用的產品為VDS-3和VDS-5。VDS-3在結構上與VDS-1相比的主要區別有2點：一是在電子部分上VDS-3用數字電路取代了VDS-1的模擬電路；二是在導向塊的結構形式上。如圖2（a）及（b）所示分別為VDS-1及VDS-3的導向塊布置形式。兩者的主要區別是圖2（a）中液壓缸及導向塊作用在井壁上，圖2（b）中所示VDS 3的導向塊不直接作用於井壁，而是作用在內部的旋轉中軸上。4個導向活塞內的壓力是可以獨立控制的，動力來源於內部的泥漿壓力。當鑽具未發生偏斜和彎曲時，4個導向活塞均外伸抵靠旋轉中軸，如果井眼偏離了垂直方向，井下測斜儀測得井斜數據並傳遞給微處理器單元，微處理器單元經過運算，將使其中1 個或2 個控制閥關閉，使得相應中軸在鑽頭上形成一個側向力，從而使井眼軌跡保持到垂直方向。圖3 是VDS 3的結構示意圖，其基本組成包括：馬達聯軸節、不旋轉外殼、馬達驅動節、旋轉軸、感測器、電子及電池部分、內置式導向塊以及鑽頭等。

可以看出在近鑽頭處的不旋轉外殼的外部是比較平整的，內置式導向塊安裝於不旋轉外殼中，導向塊作用在內部旋轉軸上，通過對旋轉軸的推擠調整鑽頭的方位，導向塊自身並不與外井壁直接接觸，從而提高了裝置的使用壽命，所鑽井眼軌跡的變化也更加光滑。VDS-3在鑽進時有時會引起懸掛的現象。為了改進這一問題，此外為了使VDS能應用於井徑擴大的井眼，並使其能適應井下200℃左右的高溫工作環境，貝克休斯公司進一步研製了VDS-5。VDS-5與VDS-1相似，也屬於外導向型的垂直鑽井系統。與VDS-1的主要區別在於，VDS-5採用了「負液壓導向」。所謂的「負液壓導向」是指當鑽具處於完全垂直的井眼中時，4個導向塊均在壓力作用下外伸並支撐於井壁上，使得鑽具與井眼中軸線對中。如果井眼偏斜或彎曲時，處於井眼低邊處的導向塊由於對應液壓缸失壓而縮回，這樣就會使得其對面的導向塊產生導向力把底部鑽具推向井眼低邊，從而達到糾斜目的。VDS-5與VDS-3相比，其改進之處還體現在系統中機械、液壓及電子組件是嚴格分開的，這顯然增加了系統的可靠性並便於進行維護，另外一點，VDS-5中還採用了井下交流發電機來代替抗高溫電池，使得此系統有更好的環境適應性和更長的井下工作時間。

圖3 VDS-3結構示意圖

1—馬達聯軸節；2—不旋轉外殼；3—馬達驅動節；4—旋轉軸；5—感測器、電子及電池部分；6—內置式導向塊；7—鑽頭

VDS系列在KTB計劃中的應用是成功的，在使用過程中也出現了一些不足之處，一個主要原因是因為VDS中產生導向塊的驅動力的來源是泥漿（鑽井液）的能量，然而泥漿與液壓油等普通液壓介質相比，存在顆粒含量高、潤滑性能差等特點，利用泥漿作為傳動介質時，系統中的電磁閥以及柱塞缸等液壓元件容易發生磨損和卡死現象，從而降低了系統的可靠性。其後，貝克休斯公司與其他公司合作在VDS的基礎上進行了改進，在20世紀90年代中期研製了新的垂直鑽井裝置SDD（Straight Hole Drilling Device）。SDD的結構如圖4所示。它與VDS系統基本相同，但其結構形式更為復雜一些。其主要的改進在於液壓系統和電子線路方面。SDD中的電磁閥是隔離式的，從電磁閥到液壓缸活塞之間採用了液壓油為工作介質，減小了電磁閥及液壓缸等液壓元件的磨損情況，提高了裝置的使用壽命。此外SDD中導向塊的數量也由VDS中的4個減少為3個。

圖4 SDD結構示意圖

1—泥漿脈沖發生器；2—交流發電機；3—井斜感測器及電子部分；4—液壓油源；5—井下馬達；6—撓性軸；7—外伸式導向塊；8—鑽頭

二、應用范圍及應用實例

目前國外已研製出可以自動控向的垂直鑽井設備，並已在鑽井實踐中得到了一定程度的應用，例如在美國南部路易斯安那州的鹽丘構造區域的油氣開采過程中，由於採用了自動控向垂直鑽井系統（Automationed Vertieal Drilling System），井眼軌跡的傾斜角控制在了0.18 °，與傳統的旋轉鑽進相比，鑽進效率提高了25% ～75%。在美國哥倫比亞地區的地質鑽探過程中，由於採用了自動控向垂直鑽井系統，使得每鑽進一萬英尺由耗時188天減少到了140天，大大節省了勘探費用。這些應用的實踐均說明了自動控向垂鑽技術可以大大地提高生產效率，而且鑽進的井眼質量好。我國目前已經在一些地區引入了國外的自動控向的垂直鑽井設備進行了一系列直井的鑽探，取得了較好的應用效果。

三、資料來源

張萌.2005.自動控向垂鑽系統小型化設計的關鍵技術研究.博士學位論文