由于可连续起下钻、不间断循环等优势,连续管钻井已成为近年来发展最快的石油钻井技术之一,开发煤矿井下连续管钻进技术是煤矿实现“少人化”甚至“无人化”钻探的重要技术途径。针对该技术在煤矿井下应用存在的管柱优选、钻进方法等关键问题,提出了连续管射流定向钻进方法,根据煤矿井下钻探用泥浆泵能力和孔深设计,分析了不同管径、不同弯曲比(r0/Rb)连续管流体摩阻;采用数值模拟方法,分析了不同连续管管径与钻孔孔径比(管孔比rc)情况下近水平钻进管柱屈曲形态及与孔壁接触应力;通过旋转射流水力学参数研究和破岩效果实验,给出了最佳射流钻头参数:通过连续管射流定向钻进实验,分析了射流定向钻进造斜规律,不同流量、钻进速度与钻孔孔径的关系。结果表明:?19～?31.75 mm连续管的弯曲半径可满足煤矿坑道空间要求;连续管流体摩阻的主要影响因素为管径和流量,在井下常用泥浆泵流量200 L/min、压力31.5 MPa、钻孔深度200 m情况下,?31.75 mm连续管为最佳管柱方案;管孔比rc=0.454时,连续管与孔壁接触应力稳定,压应力呈线性变化;采用?34.5 mm/5×1.0 mm(5个孔径1.0 mm的喷嘴)喷射钻头+?40 mm液力换向器+?31.75 mm连续管钻具组合钻进,平均增倾角能力0.67 (°)/m,平均降倾角能力为0.61 (°)/m,平均增/减方位能力0.45 (°)/m;通过控制射流流量和钻进速度,钻孔直径可控制在?70 mm左右;研究成果为煤矿井下连续管钻进技术与装备的开发提供了理论基础。

国家科技重大专项课题(2016ZX05045003-002)；中煤科工西安研究院(集团)有限公司科技创新项目(2021XAYKF09)；

1 煤矿坑道连续管钻进方法
2 连续管管柱分析
2.1 连续管弹性弯曲半径
2.2 连续管流体摩阻分析
2.3 近水平钻进管柱屈曲分析
3 射流钻进工艺研究
3.1 旋转水射流参数
3.2 喷射破岩实验
3.3 射流定向钻进实验
3.4 钻进效果分析
4 结论

姚宁平,王力,张金宝,豆旭谦,魏宏超.煤矿井下连续管钻进管柱分析及射流钻进实验[J].煤田地质与勘探,2023,51(01):298-308.