煤矿井下双动力复合定向钻进轨迹调控研究

钻进轨迹调控是实现安全高效复合定向钻进的关键技术之一。因孔内钻具受力状况和分析模型构成不同,现有的地面石油与天然气钻探领域复合定向钻进轨迹调控理论不能直接应用于煤矿井下。在分析煤矿井下双动力复合定向钻进技术特性的基础上,对螺杆马达结构弯角和回转离心力进行了等效处理,依据准动力学原理建立了双动力复合定向钻进轨迹调控模型,分析了螺杆马达结构弯角、钻压和钻孔孔径扩大率对钻进轨迹调控的影响规律。结果表明:增大螺杆马达结构弯角有利于提高滑动造斜的造斜率,不利于回转稳斜钻进轨迹调控;增大钻压不利于提高滑动造斜的造斜率,有助于回转稳斜钻进轨迹调控;增大钻孔孔径扩大率不利于提高滑动造斜的造斜率,对回转稳斜钻进轨迹调控影响较小。基于钻进轨迹调控影响规律分析,提出了双动力复合定向钻进轨迹调控方法,给出了不同参数设置建议:螺杆马达结构弯角一般为1.25°,钻具级配较大时可设定为1.5°;考虑钻具安全性情况下可适当提高钻压,在坚固性系数较低的煤系地层中钻进时钻压设定不宜过大;回转速度一般为40~60 r/min;钻孔孔径扩大率一般为4%~6%;回转稳斜孔段比例≥80%。在保德煤矿大盘区瓦斯抽采3000 m以上超深定向长钻孔试验中应用双动力复合定向钻进轨迹调控方法,结果表明钻进效率高,钻进轨迹调控能力强,满足深孔高效钻进要求。