中心通纜鉆桿的主要功能——瑞龍鉆具

發(fā)布時間：

2020-07-04

中心通纜式鉆桿是定向鉆進裝備的重要組成部分

定向鉆進是利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用人工造斜工具使鉆孔按設計要求延伸鉆到預定目標的一種鉆進方法。也可以解釋成為了鉆達到一個預定的地下目標，使井眼在特定方向偏斜的工藝和科學。定向鉆進技術是目前世界上前端的鉆進方法之一，它具有GDS導向系統(tǒng)，通過孔外計算機監(jiān)測，可以按照預先設計的鉆進軌跡鉆進至指定位置。這對瓦S抽放、煤氣層開發(fā)、緊急救援、探測排放采空區(qū)積水及地質構造等，有著無可比擬的優(yōu)越性。

通纜鉆桿與定向鉆機配套在鉆探工程中應用及其廣泛，如鉆孔糾斜；補取巖礦芯；繞過事故孔段或復雜孔段；避開地面障礙；一孔多分支；勘探陡斜礦體；煤層瓦S抽放或煤層氣開采；礦山豎井特定位置區(qū)域水文地質與工程地質勘查；開挖鋪設地下管線等。但就煤礦而言，在瓦S防治與開發(fā)領域的應用也是多方面的,如進行區(qū)域性本煤層瓦S預抽放、掘進預抽、抽放采空區(qū)瓦S、非開采層瓦S預抽等,不但能大大減少瓦S防治與開發(fā)的投資成本,還能提高抽放濃度,為瓦S的利用提供質量保障。

通纜鉆桿又稱做隨鉆測量鉆桿，主要用于搭配千米定向鉆機進行深孔鉆進。

通纜式鉆桿是孔底測斜單元與孔口測斜設備之間的信號傳輸裝置，是保證定向鉆進順利實施的重要配套鉆具，主要應用于煤礦井下定向鉆進、煤礦井下回轉鉆進以及其他地質受控定向鉆進工況。

隨鉆測量系統(tǒng)的信號傳輸方式分為有線(電纜)和無線兩種。通纜式鉆桿作為有線(電纜)傳輸方式可直接向孔底傳感器供電，實現(xiàn)孔底與孔口設備之間的雙向通訊，實時性好、數(shù)據(jù)傳輸率高。同時通纜式鉆桿解決了以往產品電纜與鉆桿聯(lián)接以及電纜之間聯(lián)接的安裝問題，能夠保證有線(電纜)隨鉆測量系統(tǒng)信號的傳輸。

1.通纜式鉆桿的主要功能

通纜式鉆桿是定向鉆進裝備的重要組成部分，是定向鉆進過程中受力復雜、工況惡劣的部件，其主要功能有:

1)鉆進時傳遞鉆機施加給鉆頭的軸向壓力，承受孔底馬達的反扭矩;

2)起下鉆具時傳遞鉆機對鉆具施加的推拉力;

3)作為介質通道，向孔底輸送沖洗液。

為了方便孔內事故的處理，通纜式鉆桿既可用來進行定向鉆進施工，也可進行常規(guī)回轉鉆進施工。因此，通纜式鉆桿還應滿足常規(guī)回轉鉆進時向鉆頭施加扭矩的要求。

2.通纜式鉆桿的工作條件

通纜式鉆桿組成的鉆桿柱是一個彈性系統(tǒng)，在定向鉆進過程中鉆桿所受載荷的大小和方向都在變化，通纜式鉆桿在三維空間中承受著復雜交變的拉、壓、扭、彎曲、振動等載荷，加上磨損腐蝕等作用，在經過一段時效后很可能在應力集中部位斷裂。同時，伴隨著地質條件的變化以及卡鉆、埋鉆等事故的發(fā)生，鉆桿的受力情況將變得更為復雜。通纜式鉆桿的工作條件決定了通纜式鉆桿將是鉆進過程中受力復雜、工況惡劣的部件。

鉆桿承受的基本載荷有:

1)拉力和壓力。鉆進過程中，鉆桿向鉆頭施加軸向壓力時鉆桿受壓，提鉆時鉆桿受拉。在處理孔內事故進行起拔時，鉆桿會受到較大的拉力。

2)扭轉。由于鉆桿的主要功能之一就是承受或傳遞扭矩，因而使得鉆桿處于受扭狀態(tài)，產生扭應力。特別是在處理孔內事故時(通纜式鉆桿在處理孔內事故時可以回轉)，鉆桿突然停止回轉，此時鉆機等設備的回轉部分和鉆桿柱的回轉動能使鉆桿受到扭轉沖擊，產生很大的扭應力。

3)彎曲。在常規(guī)鉆進施工中，由于鉆桿在離心力以及軸向壓力作用下失穩(wěn)，產生彎曲，鉆桿柱內部產生彎曲應力。在施工定向孔的過程中，需要不斷地調整鉆孔軌跡，會引起鉆桿在孔內的彎曲變形。彎曲的鉆桿柱進行回轉時，鉆桿內產生的交變應力易引起鉆桿的疲勞破壞。

4)彈性振動。鉆桿柱是一個彈性系統(tǒng)，在彎曲及扭轉等因素的復合作用下，會發(fā)生縱向和橫向振動。嚴重時，鉆桿柱的振動使得鉆機等配套設備受迫振動，影響鉆具及配套設備的壽命。

1、常用規(guī)格型號:

Φ70mm*3m Φ73mm*3m Φ76mm*3m Φ89mm*3m

2、工藝要求：

摩擦焊型、敦粗外加厚型（需要整體熱處理）

3、材質壁厚：

通纜合金鉆桿材質為26Crmo材質

26CrMo作為鋼胚，可經過調質成石油管鋼級，S135 G105等，常用規(guī)格 60 73 88.9 101 127等規(guī)格。

不銑槽型壁厚為8mm 銑槽型壁厚為10mm4、鉆桿定尺長度:1.5m、2m、3m，其中3m長度的為常用;

鉆桿抗拉能力:800kN;

鉆桿抗扭能力:6500N·m;

絕緣電阻:>2MΩ;

通纜裝置電阻:<0.5Ω;

使用壽命:20000m或1年。

該技術是利用導向系統(tǒng)使近水平鉆孔軌跡按設計要求延伸鉆進至預定目標的一種鉆探方法，即有目的地將鉆孔軸線由彎變直或由直變彎。同時孔底導向裝置實時監(jiān)測鉆孔參數(shù)，進而確定孔底螺桿馬達的造斜方向。該技術的關鍵部位在于孔內馬達驅動裝置和配套的測量技術。首先高壓水通過鉆桿輸送至孔內馬達，孔內馬達內部的轉子在高壓水的沖擊作用下轉動，通過前端軸承帶動鉆頭旋轉，達到破煤的目的，在鉆進過程中，鉆桿本身不轉，只做鉆頭的旋轉運動，從而降低了鉆機的負荷。孔內馬達的彎接頭是一個關鍵部位，它和鉆桿之間有一定的夾角，由于彎接頭的作用，鉆孔的軌跡不再是傳統(tǒng)鉆機所形成的略帶拋物線的直線軌跡，而成為一條偏向彎接頭方向的空間曲線。配套的測量系統(tǒng)是保證深孔定向鉆進按照預定的軌跡進行鉆進的關鍵部件，該測量系統(tǒng)在孔內主要測量參數(shù)為方位角、傾角和彎接頭方向，根據(jù)測量出來的孔內參數(shù)可用三角函數(shù)計算出每一個測量點的坐標，即可描繪出該空間曲線在水平和垂直平面上的投影圖，并與設計的軌跡進行對比，根據(jù)偏差即使調整彎接頭方向，以及是鉆進軌跡大限度的符合設計要求。

總之，進水平千米定向鉆機在煤礦井下的使用，滿足了煤礦生產技術與裝備之急需，實現(xiàn)了井下瓦S抽采鉆孔從“無控鉆進”到“定向鉆進”的跨越，在我國煤礦瓦S抽采技術領域起到了引導和示范作用，尤其推動了我國煤炭行業(yè)瓦S治理的技術進步，完善了煤礦治理瓦S的技術手段。千米定向鉆進技術具有很大的技術優(yōu)勢和推廣應用前景，可以為礦井的瓦S等災害治理提供根本的技術途徑。