随钻 测量 仪 测斜器
轨迹 控制 器
井上设备
信息流、能量流
掘进 任务
井底 动力
钻 头
造斜器
井底钻具
能量流传动方式
井 底 动 力 钻 进
定向钻 进系统
水平定向钻 井上可移动 回转动力头 水 力 电 力 钻 杆 液 压 中程 增矩 钻 杆 孔底 马达
液 压 系 统
孔 内 钻 具
浅底钻进
深孔钻进
液力能传递方式
涡轮钻具
定向钻 进系统
Mud-泥浆 Stator-定子
Rotor-转子
涡轮钻具
定向钻 进系统
涡轮钻具
Reduction turbodrill design-减速涡轮钻具设计
Turbine section-动力端
定向钻 进系统
Reduction-减速
器
Spindle-传动轴
Angle regulator可调弯壳体
当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时 泥浆流经马达，使其转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，所产 生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔 又处于开启位置。
泥浆 泥浆 泥浆
泥浆
泥浆
螺杆钻具
旁通阀总成：
定向钻 进系统
它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔用挡圈组成。
钻杆及稳定器
T2 F N1 T1
定向钻 进系统
w
1
T2
F N2
σ τ
N1
1
σ τ σ τ
N2 3 N2
2
钻杆稳定器 为了减小钻杆受孔壁摩擦阻力，一般将钻杆制成比钻孔直径小些，钻杆表面不与孔 壁直接接触，而是通过直径与孔径接近大小的稳定器支承在钻出的孔内，以防止垂直于 孔轴线的侧向力使钻杆过度弯曲。钻杆稳定器对两段较长距离钻杆起隔离作用，改善各 自的受力条件
螺杆钻具
螺杆钻具结构
定向钻 进系统
传动轴总成、万向轴总成、马达总成、防掉总成和旁通阀总成五大 部分组成 .
万向轴总成 防掉总成
传动轴总成马达ຫໍສະໝຸດ 成旁通阀总成旁通阀总成：
螺杆钻具
定向钻 进系统
旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置， 使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于 井台上。
空心钻杆 高压钻井液通道
定向钻 进系统
钻杆与井壁间隙 钻井液回流通道 冲洗井底 带走岩屑
液力能传递方式
定向钻 进系统
井底钻具组成
1 2 3 4
~0.4m 2~4m ~1m
定向钻 进系统
5
6 7
8
~1.5m 100~m
~2m
~1m
9
10
11
12
井底钻具组成 1-钻头；2-传动总成；3-井底马达；4-旋转导向装置；5-液动冲击锤；6-钻铤柱； 7-钻杆；8-稳定器；9-高强度螺纹接头；10-旋转接头；11-方钻杆；12-高压钻井液管
Power of pumping facility-泵功率 RPM-转速 Operating load-作业负
荷
钻头
名目 钻头名称 牙轮钻头 （Rock）
定向钻 进系统
钻头类型
PDC钻头 孕鑲PDC钻头 （Polycrystallin （impregnated） e diamond compact） 取心钻头 （core bit）
弹 簧 密封件 隔 板 筛 板 隔 板 挡 圈
挡 圈
阀 体 阀 套 阀 芯
螺杆钻具
防掉总成：
定向钻 进系统
作用：由于异常原因造成壳体断裂、脱扣时，起到防掉的作用；同 时使泵压升高，使地面及时发现问题避免造成事故。
泥浆 泥浆
防掉接头 防掉锁母
防掉连杆
螺杆钻具
定向钻 进系统
马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转 子多1）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小; 头数越多，转速 越低，扭矩越大。我公司可根据用户需求，制造转子头数与定子头 数比为 1：2、3：4、5：6、7：8、9：10 的马达，下图是几种典型马 达配合的截面轮廊：
1:2
3:4
5:6
7:8
9:10
钻杆弯曲
蠕动式脉动 单点驱动器
定向钻 进系统
σ τ
N2
2
F N1
T1
半径约为50m
钻杆
w
1
τ σ
σ τ
N1
N4
4
1
w
σ τ
N3 3
1
F N2 T2
钻杆弯曲
定向钻 进系统
为多点脉动式驱动器的受力情况， 蠕动式脉动单点驱动器利用摩擦副自锁 原理，驱动器前方向的钻杆向驱动器施 加扭矩和推力时，驱动器与孔壁的螺旋 摩擦副不自锁，螺副摩擦副发生相对滑 动，驱动器克服阻力向前相对蠕动，而 驱动器后方的钻杆向驱动器施加推力时， 螺旋摩擦副自锁，使后面钻杆的压力转 移到孔壁上，从而阻隔了每段钻杆压力 的相互影响。
孕鑲PDC钻头 （impregnated）
钻头
w1 w3
定向钻 进系统
w5
孔底马达 配套 推进节
w4 w2
切削节
破碎节
扭力自平衡式钻头 岩土对钻头的反作用力在钻头上自平衡，省去锚固装置并改善钻杆的受力。 钻头钻进部分为多节，分别为一到两段的切削节、推进节和钻尖破碎节组成，相邻两 节转动方向相反，图中的方案为三节顺时针两节逆时针（往钻进方向看），由于结合冲 击破岩、切削破岩和水力破岩，钻头的破岩效率和破岩速度将有较大提高。
图片示例
破岩机理
透用岩层
冲击破岩 压碎破岩 剪切破碎 软中硬 各类岩层
软岩层：室犁 硬岩层：剪切
微切削原理
微切削原理
软中岩层 用途越来越广
研磨性地层 硬、极硬地层
硬质岩层取心 钻进
定向钻 进系统
牙轮钻头 单锥牙轮在 井底破岩面 上作纯滚动 将钻杆的主 旋转运动转 为牙轮齿的 冲击岩石运 动。
牙轮钻头
钻井效率决定因素
Drilling process efficiency-钻井过程效率
定向钻 进系统
钻遇地层特征
使用钻头类型
-Formations-地层 -Temperature-温度 -Drilling problems-井
下复杂
-Rock-牙轮钻头 -PDC-PDC钻头 -Impregnated-孕镶钻头
旋转导向钻进系统
Rotary steering system
主讲人：离蒙遁
交流内容
• • • • • • 1.定向钻进简介 2.定向钻进系统组成 3.涡轮钻具原理及结构 4.螺杆钻具原理及结构 5.定向钻进系统应用 6.煤矿瓦斯抽放治理
定向钻 进系统
1.定向钻进简介
定义： 定向钻进技术是 指利用钻孔自然弯曲 规律或采用人工造斜 工具，使钻孔按照设 计要求进行延伸钻到 预定目标的一种钻进 方法。
三牙轮钻头上的各排齿相互啮合，能有效 而不重复地全面破碎井底岩石并防止齿槽泥 包。
钻头
定向钻 进系统
基金 体刚 复石 合微 晶粉 片硬 质 合 金
剪切破岩机理
PDC钻头
1）剪切破岩，破岩耗能 低； 2）PDC复合片具有超高 的硬 度、耐磨性和自锐 性； 3）PDC钻头为无活动部 件，工作可靠。
定向钻 进系统
定向钻 进系统
定向钻进应用
科 学 钻 定向钻进是集测量、 探 钻 井 控制、钻井、机械、地质 取 心 等学科于一体的科学钻进
瓦 斯 治 理
定向钻 进系统
技术，可大幅提高传统钻 油 市 气 政 进的质量与效益。 探 建
设
采
2.定向钻进系统组成
钻掘系统
定向钻 进系统
钻杆 拆缷 装置
动 力 头
钻 杆
钻掘 执行 机构