基于神经网络的坑道近水平定向孔轨迹预测研究

当前近水平定向钻孔轨迹测量位置滞后于钻头位置,无法实时获取滞后区钻孔轨迹实际参数,施工过程中控制轨迹时需要人工预测该部分轨迹并为下一步轨迹调整提供依据。为了降低人为因素影响,提高轨迹预测的准确性,基于BP神经网络建立了用于煤矿井下近水平定向孔轨迹控制的孔底空间参数预测模型。选取随钻测量仪器位置及其之前12 m范围的倾角、方位角等13个钻孔空间和轨迹控制参数,经过变换后作为输入参数,构建了一个具有11个输入参数和2个输出参数的4层BP神经网络预测模型,该模型以不同矿区的6个钻孔502组数据为训练样本,得到了网络预测模型参数,并将12组测试数据的预测结果与24名从业技术人员的经验预测结果进行了对比分析。研究结果表明:采用logsig激活函数和(9×6)节点的双隐含层BP神经网络模型,对孔底空间参数(倾角、方位角)的预测绝对误差平均值分别达到0.51°和0.68°,且预测误差服从正态分布,预测结果绝对误差平均值较从业5年以上的技术人员低了35%,现场应用效果较好,满足煤矿井下定向钻进轨迹控制的需要,并为定向钻轨迹智能控制提供了理论与实践基础。

工程勘察近水平定向钻探技术解读和规范编制的建议

工程勘察技术方法向多元化方向发展,依托小口径定向钻进和孔内测试技术的工程勘察技术已成为近年来一个新的聚焦点。工程勘察定向钻探技术可有效地应用于非常复杂地表环境下的勘察施工、超前地质预报以及地质灾害防控、环境监控与治理等领域。为进一步发挥该技术的优势和规范市场,目前多个行业协会或团体开始编制与工程勘察定向钻探相关的技术规程或标准。本文系统总结了工程勘察近水平定向钻探技术的应用场景,分析了其技术内涵和关键技术,提出并讨论了规程编制过程中应重点关注的方向和关键技术内容,从轨迹设计、设备选择、工艺技术、钻具组合、取心工具、冲洗液体系、定向仪器、孔内测试等方面提出建议,对相关标准的编制具有参考意义。

水平分支孔定向钻探技术及其在煤矿水害防治中的应用——以东庞煤矿ZKxx3孔钻探施工为例

本文以东庞矿北井9400采区2#煤层奥灰含水层区域注浆改造一期工程ZKxx3孔施工为例,详细介绍了水平分支孔定向钻探施工设计、钻探施工工艺、主要技术措施等。实践证明,该定向钻探技术能够探查奥陶灰岩含水层区域中的断层、陷落柱等构造的导水通道和富水层段,超前注浆充填奥陶系灰岩上部溶隙和裂隙,封堵断层等构造薄弱区段,扩大加固面积,实现由井下局部治理向地面区域治理煤层底板奥灰水害。由超前探测向掘前治理转变,在时空上达到了区域超前防治水害的目的,取得了显著的经济及环境效益。

煤矿井下近水平定向孔无孔底低速磨削悬空侧钻分支技术

分支孔是确保定向孔沿目标地层长距离钻进、提高定向钻孔覆盖范围、精准地质异常体探查的关键。分析了煤矿井下主要侧钻分支技术原理与优缺点,以无孔底低速磨削悬空侧钻分支为研究对象,建立了侧钻分支力学模型,给出了分支侧钻侧向力计算公式及影响规律;分析了无孔底低速磨削悬空侧钻分支的动态过程,总结了侧钻初期、中期和末期的钻进要点;建立分支过渡段孔壁稳定性分析数值模型,研究了煤岩体破坏深度对分支过渡段稳定性的影响,给出了分支过渡段安全钻进建议。在成庄矿和祁东矿进行了枝状煤层定向孔、底板梳状定向孔钻进应用,单孔最大分支数量达到77个,侧钻成功率100%,安全性100%,为煤矿井下近水平定向孔作用的发挥提供了技术保障。

地面L型定向近水平多分支瓦斯抽采井试验研究

为高效抽采煤矿采煤工作面采动释放瓦斯,提高煤矿的安全可靠性,利用XJ650石油钻机、海蓝MWD无线随钻测量仪和美国RMRS旋转磁测距仪,在淮北杨柳煤矿1071工作面开展了地面L型定向近水平多分支瓦斯抽采井试验研究。地面瓦斯抽采井由1个主孔、2个支孔和1个泄水孔组成的L型井组,累计抽采187天,共抽采瓦斯411 005m3,最大抽采瓦斯浓度74.1%,单日最大瓦斯抽采量8 430m3。该研究成果为煤矿采煤工作面采动瓦斯抽采提供了一种新的技术方法,可替代现有的地面瓦斯抽采立井、井下高位瓦斯抽采孔和高位瓦斯抽采巷,以达到集成、高效的目标,具有良好的经济和社会效益。

超长水平孔绳索取心定向纠斜钻进及测井技术研究示范

在千米级绳索取心水平孔钻进中,开展水平孔定向纠斜及测井技术研究示范,创新形成超深水平定向钻孔绳索取心纠斜工艺技术,实现了千米级深孔的钻孔轨迹精准控制;采用钻杆内水力投送物探测试设备和钻孔电视设备的工艺,有效解决了超长水平钻孔投送难、测试难、提出难三大难题,形成了小口径超长水平钻孔综合测井技术体系;成功完成孔深925 m的水平定向钻探孔钻进任务,精准进入地质目标靶区,实现了勘察目的。

煤矿近水平定向钻孔测斜技术

在进行煤矿近水平钻孔的测量时,对于测斜仪的选型及输送方法都有别于垂直钻孔。以ZJS-1型钻孔监测系统和CQ-1A型单点测斜仪为例,介绍了煤矿近水平孔测斜技术。

用于工程勘察的水平定向钻探技术探讨

在工程勘察中采用水平定向钻探技术,可以高效地解决一些垂直钻孔无法解决的问题。论文概述了水平定向钻探技术在非开挖铺设管线、油气钻井、地质勘探等领域的技术现状,认为在工程勘察领域的应用前景广阔。分析了应用水平定向钻探进行工程勘察在适用能力、勘察速度、勘察精度等方面具有的优势,提出水平定向钻探适用于深埋隧道等水平线状工程、既有建筑加固工程、考古发掘探测等领域的勘察。最后对应用于工程勘察的水平定向钻探技术需要研发的重点方向提出了建议,包括超长孔钻进技术、轨迹控制技术、连续取心技术、综合测试技术等。

近水平孔水力纠偏自动定向方案及其硬件实现

根据煤层气近水平孔钻进的实际需求,结合水力纠偏技术,提出了一种水力纠偏射流自动定向方案,并在此基础上设计了一种纠偏系统。该纠偏系统以单片机为控制核心,采用压力传感器监测钻井液压力的变化以启动或停止整个水力纠偏钻进过程,以倾角传感器和电子罗盘分别采集水平钻孔的倾角和方位角,单片机根据方位角和倾角的值及其互相关系确定射流方向后控制步进电动机调整射流方向。室内调试证明了该射流自动定向方案的可行性。

地表近水平孔绳索取心工艺钻探实践

针对近水平孔地表岩心钻探施工项目的相关技术要求,利用现有的CS1000P6L型地表岩心钻机和常用的绳索取心钻具,设计和改进了绳索取心内管总成的投放与打捞装置,实现了地表岩心钻孔倾角接近零度的情况下普通绳索取心工艺的正常工作。与普通的提钻取心相比,大幅提高了工作效率,节省了购置特定的钻杆、绳索取心钻具及打捞器具等费用。经改进的输送装置结构简单、性能可靠、成本低廉,操作简单易行。经过野外生产实践验证,该装置实现了预期的目的和效果,达到了地质要求,积累并丰富了地表近水平孔岩心钻探施工的经验。

矿用近水平定向钻进螺杆钻具组合孔斜力参数敏感性分析

煤矿井下近水平定向钻进过程中,通过弯外管螺杆钻具传递给钻头的孔斜力大小和方向,直接影响到钻孔轨迹的延伸。文章利用纵横弯曲法建立了数学模型,对弯外管螺杆钻具进行二维受力变形分析,得出影响钻头孔斜力的主要因素,通过开发相应的分析软件进行模拟计算,对影响钻头孔斜力的钻具组合、钻孔轨迹和钻进工艺这三类主要因素做了定量参数敏感性分析,并对影响钻头孔斜力大小的六大因素进行了排序:L1>γ>K>EI>α0>P B,此结论可作为煤矿井下定向钻孔施工相关参数选择的参考依据。

多分支水平定向孔在断层探查治理中的应用

很多大型断层受煤层采掘影响,存在“活化”的现象,由原始的不含水、不导水演变为导水断层。本文针对断层存在向工作面充水的风险情况,利用多分支水平定向孔超前对断层进行探查与预注浆加固治理,补齐了煤矿断层探查治理的短板,对煤矿断层探查治理具有借鉴价值。

煤矿井下近水平定向钻技术研究与应用

为了提高煤矿井下瓦斯抽采孔的钻孔深度和瓦斯抽采效果,采用煤矿井下近水平定向钻技术在煤层施工近水平长钻孔、多分支孔。系统介绍了该定向钻技术及不同煤层条件下成孔方法,然后根据定向钻孔在煤层施工特点,分析在煤层施工近水平定向钻孔所面临地质条件复杂、钻孔轨迹难控制、钻孔事故复杂等技术难点,总结现场施工经验,形成一套适合定向钻孔施工的常用钻具组合、施工流程、钻孔轨迹控制等工艺方法。该定向钻技术在杜儿坪煤矿、双柳煤矿的成功应用说明其满足最大孔深大于500 m和煤层钻遇率大于90%的瓦斯抽采孔施工要求。

水平定向钻探跨越孔

水平定向钻探技术是美国在70年代前期从修复垂直油气井而发展起来的。这项技术包括在两点之间按预先设计的路线控制钻杆，然后用一套桶形扩孔器把井眼扩大，最后往扩大的井眼里牵拉入一条管道。

无绳定向水平分支孔在煤矿奥灰水防治中的应用

为解决煤层底板高承压奥灰水的突水问题,河北省邢台某煤矿拟采用区域超前注浆方法对采煤工作面的奥灰含水层进行底板突水防治。通过地面无绳定向水平分支钻孔注浆,封堵煤层下部含水层顶部的导水通道,实现了带压安全开采的目标。

高原铁路水平定向试验孔施工概况和关键技术

川藏铁路地处高原高寒高山峡谷地区,铁路隧道勘察十分艰难。开展了千米级水平绳索取心钻进技术与装备研发,在川藏铁路卡子拉山一号隧道DZ-卡子拉山一号-定向实验-01孔进行应用示范。成功完成1212 m水平定向试验钻孔,查明陡倾岩层3条断层和19处节理密集带,方位角偏差≤1°,孔斜0.76°/100 m,机械钻速3.09 m/h,台月效率350.29 m,创造国内水平绳索钻杆PQ、HQ深度588 m和974 m两项最新记录。攻克难进入地区钻孔无法搬迁和查明混杂陡倾岩层构造的难题,突破过去垂直“点”勘察变为水平“线”勘察,直观查明隧道洞身段地层岩性、陡倾岩层构造、水文地质条件等情况,为解决高原铁路长大深埋隧道勘察难题提供了借鉴,具有示范与推广作用。

立体多水平分支定位孔快速封堵特大突水点技术

鹤壁某矿1309工作面发生突水事故,突水量1 700~1 950 m^3/h,突水峰值为4 291 m^3/h,导致 淹井。针对突水点位置及突水通道不确定、突水量特大、水压高、地质构造极复杂(隐伏构造突水)等 情况,采用垂向钻孔和立体多水平定向分支钻孔相结合的快速封堵突水点技术,以堵源为主,查堵结合, 对突水点所在区域底板奥灰、L2灰岩含水层及F1061断层带主要导水通道进行立体化的注浆封堵与加固 ,形成帷幕切断深部突水通道,堵水效果显著,达到了快速注浆堵水排水复矿、减少矿井排水量的目的。

东庞矿奥灰含水层多分支水平孔卡埋钻事故处理

近年来,随着定向钻进技术的不断发展,随钻测量技术和受控定向螺杆钻具的制造工艺日趋成熟。地面定向水平钻孔在石油、天然气、页岩气、盐矿等领域得到广泛应用。地面定向水平分支孔注浆在煤矿防治水领域的应用开始大面积推广,在钻进过程中经常发生各种各样事故,造成大量的人力、物力、财力的损失,甚至导致全孔报废及人员伤亡。因此,如何减少或是避免事故的发生,保证钻进工作的顺利进行,是当前面临的重要课题。本文结合冀中能源股份有限公司东庞矿9400采区奥灰含水层区域注浆改造一期工程钻探工程DB2 E3地面定向水平孔施工时发生卡埋钻事故成功处理的实例,总结了水平注浆孔卡埋钻事故预防措施,对水平孔安全施工具有一定参考意义。

定向钻探新型双滑块连续造斜器研究与应用

机械式连续造斜器是定向钻探技术手段之一,目前常用的LZ型连续造斜器采用单滑块与孔壁支撑,径向制动扭矩小,造斜过程中容易发生角位移,影响造斜效果,并且造斜强度不易调节。为解决造斜稳定性问题,特别设计研制了一种新型双滑块连续造斜器,该造斜器卡固稳定,造斜强度可调,器具经过野外试验验证工作可靠。新型连续造斜器的创新点在于:(1)采用双滑块结构形式,在国内还没有先例,已经取得实用新型专利;(2)增加了造斜强度调节机构,可根据施工需要调节;(3)通过工作弹簧与上滑块组件之间的螺纹连接方式来实现上滑块回位;(4)采用分压接头控制上滑块侧向力,在满足卡固要求情况下,降低造斜钻进阻力。新型双滑块连续造斜器为国内外首创,具有自主知识产权,使用效果良好,具备较好的开发推广前景。

狮子洋主航道水平勘察孔测井评价方法研究与应用

为解决狮子洋主航道洋底深埋长隧洞精准勘探难题,在狮子洋主航道特大水垂比大位移科学钻孔(SZYSD1S)中,采用存储式测井系统,通过获取自然伽马、电阻率、井深、井温、井斜等参数,利用测井数据交汇精准划分地层岩(土)性,结合垂直钻孔与本孔地质情况精准判识隐伏断层、划分围岩级别与风化程度、岩体渗透系数和渗透性,建立了一种用于深埋长隧道(洞)的小直径地球物理测井评价方法。SZYSD-1S孔测试结果表明,第四系与白垩系地层岩(土)性、断层破碎带的测井响应特征差异明显,岩体完整性系数为6%~82%,岩体质量为较完整-极破碎4个级别,风化程度为全风化-弱风化等4类,渗透系数为1.01×10^(-7)~1.18×10^(-3 )m/s,渗透性为弱透水-强透水,测井评价结果与实际试验结果基本一致。该方法是实现洋底深埋长隧洞精准勘察的一种必要手段,有效支撑服务粤港澳大湾区建设。