固体矿产定向钻探技术与应用(20111101)

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1、固体矿产定向钻探技术与应用——LZ型连续造斜器及定向孔施工技术与工艺编写人：张文英中国地质科学院探矿工艺研究所二○一一年十一月一日固体矿产定向钻探技术与应用——LZ型连续造斜器及定向孔施工技术与工艺编写人：张文英联系电话：028-8317521913628024199传真：028-83172016E-mail：zwy_iet@126.com通讯地址：成都市一环路北二段1号邮编：610081中国地质科学院探矿工艺研究所二○一一年十一月一日目录第一章LZ型连续造斜器及使用方法1一、LZ型造斜器结构及工作原理1二、LZ型造斜器的主要用途3三、LZ型造斜器的主要特点

2、3四、LZ型造斜器基本操作方法4五、提高造斜器造斜强度的主要途径6第二章LZ型造斜器孔内定向方法及安装角计算9一、造斜器的孔内定向方法9二、造斜器在孔底安装角计算12第三章定向孔孔身轨迹设计及钻孔空间位置计算14一、定向孔孔身轨迹设计14二、定向孔空间位置计算17第四章定向钻探案例分析21一、易斜矿区深孔定向钻探技术21二、用零顶角回避法施工垂直定向孔24三、水下定向钻探26四、复杂地层深孔定向分支孔施工技术26五、侧钻技术在钻孔事故处理中的应用（论文）27第一章LZ型连续造斜器及使用方法随着国民经济的快速发展，能源和矿物原料需求不断增加，地质找矿任务也在加

3、重。国内埋藏较浅的矿产资源已基本查清，找矿主要目标是深部隐伏矿体，而深部钻探有2个显著技术难点：一是对钻孔轨迹控制难度加大，特别是在易斜矿区或勘探网度较密矿区，常规防斜措施很难达到地质设计要求；二是一旦发生严重事故很难处理，这些技术难题都需要用定向钻探技术来解决。图1-1LZ型造斜器结构及工作原理图用于受控定向钻探的造斜工具目前主要有两种，即液动螺杆钻具和机械式连续造斜器。由探矿工艺研究所研制的LZ型连续造斜器是原地矿部“六五”科技攻关成果，获得原地矿部科技成果一等奖，在大范围推广应用中取得了显著的社会、经济效益。一、LZ型造斜器结构及工作原理LZ型连续造斜

4、器由定子和转子两部分组成（如图1-120所示）。定子部分包括单动外壳、工作弹簧、定子外壳、定位套、上半楔、滑块和下半楔。转子部分包括主动轴、定位接头、花键轴、花键套、被动轴、短管和钻头。造斜器在孔底工作时，定子不转动，只是在钻压作用下沿钻孔延深方向作直线运动。所以定子部分只传递钻压，而转子部分主要传递扭矩。当造斜器处于自由状态时（如图1-2所示），楔形滑块在回位弹簧作用下处于回收状态。转子上的定位接头与定子上的定位套通过定位键互相锁紧，以保证造斜器在下钻过程中两者之间不能产生相对角位移，为造斜器在孔底定向的准确性提供必要条图1-2造斜器自由状态件（见图1-1

5、、a所示）。图1-3造斜器工作状态当造斜器在钻压P作用下，钻压通过主轴凸肩传给单动外壳→工作弹簧→定子外壳→上半楔→滑块→下半楔→被动轴凸肩→钻头。由于钻压的作用，一方面工作弹簧被压缩，主动轴下移，定位键脱开，定子与转子解卡，转子恢复转动。另一方面，定子上的钻压使楔形滑块产生横向位移（图1-3所示）20，与孔壁接触，孔壁对滑块的侧压力Q把造斜器推向孔壁另一侧，因钻头直径大于上下半楔及滑块的直径，于是钻头对孔壁产生一个侧向切削力——造斜力A。造斜器在孔底工作时，钻头时刻侧向切削孔壁，造成孔斜（见图1-1、b所示）。回次造斜完毕后，卸掉钻压，滑块依靠回位弹簧的张

6、力作用自动回到原位，因而造斜器能顺利提出孔口。二、LZ型造斜器的主要用途1、地质勘探钻孔纠斜（纠方位角和顶角）；2、施工单底定向孔、多孔底分支定向孔；3、在复杂孔内事故中，绕过事故钻具不留隐患；4、补采岩矿心；5、在矿山建设中施工特种工程孔，如坑道通风孔、竖井冻结孔、溜井导向孔和止水注浆孔等。三、LZ型造斜器的主要特点1、工作原理独特连续造斜器是利用专门机构产生偏斜力实现定向造斜的工具，其核心部件是上下半楔和滑块。滑块有两个重要作用：（1）依靠滑块施加给钻头的侧向切削力，迫使钻头连续侧向切削孔壁，钻头前进方向偏离原孔轴线，钻头运动轨迹显然是一条弧线。造斜进尺

7、越多，弧线越长，钻孔顶角或方位角增量越大；（2）楔形滑块对孔壁有一个比较大的侧压力，通过滑块上的两个滚轮对孔壁的卡固作用,对造斜器定子产生制动扭矩，使造斜器定子在工作过程中只能向下滑动而不能转动，以稳定造斜方位。2、工作安全可靠造斜钻头为全面不取心钻头，为破碎岩石并保证有足够的造斜力，所需钻压比较大，而转子直径又比较小，以LZ-73造斜器为例，钻压为25KN～30KN，大大超过常规钻进所需钻压。为解决高钻压与小直径转子之间的矛盾，保障造斜器在孔内工作时的安全，采取了两点措施：（1）主动轴选用高强度合金钢制造；（2）定子、转子各司其职，定子传递钻压，转子传递扭

8、矩，从而20减轻了转子的工作负荷，提高了造斜器在孔内