第六章 钻孔弯曲与测量
钻孔弯曲跟测量资料文档
钻孔以锐角穿过软硬岩层界面，从软岩进入硬岩时，由于软、 硬部分抗破碎阻力的不同，使钻孔朝着垂直于层面的方向弯曲；而 从硬岩进入软岩时，则钻具轴线有偏离层面法线方向的趋势。但由 于上方孔壁较硬，限制了钻具偏倒，结果基本保持着原来的方向； 钻孔通过硬岩进入软岩又从软岩进入硬岩时，最终还是沿层面法 线方向延伸。
2019/11/14
第三节 钻孔弯曲的原因和规律
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
三、钻孔弯曲的某些规律性
钻孔弯曲的规律性不是绝对的，而是表现为一种趋势，通常有以下一些趋势：
在变质岩(如结晶片岩、片麻岩等)中钻进时，钻孔弯曲强度大于在沉积岩（如页岩） 中钻进时的弯强，更大于在岩浆岩(如花岗岩、辉绿岩)中钻进时的弯强；
钻孔弯曲强度与岩石各向异性强弱和钻孔遇层角的大小有 关。所谓钻孔遇层角就是钻孔轴线与其在层面上的正投影 的夹角。当遇层角约为45º时，钻孔弯强最大。
中国地质大学勘察与基础工程系
2019/11/14
第三节 钻孔弯曲的原因和规律
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
二、钻孔弯曲的原因 1. 地质因素
孔壁间隙大，粗径钻具短，钻具刚度差，则钻孔弯曲强度大；
钻孔顶角小，方位变化大；钻孔顶角大，方位变化小。顶角超过30º时，方位趋于稳 定，按一般规律方位角弯曲往往与钻具回转的方向一致。
中国地质大学勘察与基础工程系
2019/11/14
第四节 钻孔弯曲的测量及仪器
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
全弯强：钻孔轴线单位长度的全角变化量。 i γB γA/ LB LA
如果某一孔段既有顶角又有方位角变化，则产生全弯曲角γ , 钻孔轨迹上A、 B两点的全弯曲角γ 可用下式计算：
钻孔纠斜
钻孔纠斜钻孔弯曲产生的原因钻孔轨迹是一空间变化的曲线；钻孔轴心线上任一点的空间坐标，由孔深(L)、顶角(θ)、方位角(α)3个参数确定。
钻孔弯曲：又称孔斜；由于自然地质因素及钻探工艺因素会造成钻孔弯曲，使钻孔偏离原来设计的顶角与方位角。
孔斜不仅会给施工带来困难,降低钻探效率,易诱发孔内事故，而且会歪曲矿体形态与产状，影响勘探结果的准确程度。
所以按一定距离测斜和防斜在钻探施工中是非常重要的。
钻孔纠斜是钻探行业内基本的作业方法，一般的纠斜主是要是纠正超过质量指标的孔段或者岩层；造成钻孔倾斜的原因很多，但是总的归纳起来不外乎两大因素：一是地质因素，二是所采用的钻进工艺和钻探技术欠妥。
一、地质因素的影响（客观因素）地质因素是指促使钻孔弯曲的地质条件，如岩层的产状，物理机械性质，以及由于构造运动所产生的劈理、片理、层理等；研究和分析由地质条件促使钻孔弯曲的原因，一方面是为了在技术上采取相应预防措施来限制钻孔弯曲，另一方面是为了合理的设计钻孔提供依据，尽力减少地质条件对钻孔弯曲的影响，利用地质条件的促斜规律来进行初级定向钻孔钻进；生产实践证明，岩石的软硬互层，岩层的倾角大，片理发育的岩层等是促使钻孔弯曲的普遍原因，而且钻孔弯曲都有一定的规律性。
断层、破碎带、卵石、砾石层、流沙层、溶洞、老窿等，是促使钻孔弯曲的特殊原因，而且钻孔弯曲没有一定的规律。
1、钻进流沙层，因为流沙层具有流散性，孔径往往较大，尤其是在斜孔、流沙层厚，钻孔很容易下垂，直孔无此现象；2、钻进卵石、砾石层时，由于卵石、砾石很不规则，活动性很大，给钻具的挤压力及回转阻力差异很大，钻孔最容易弯曲，并且没有什么规律；3、当钻孔遇到溶洞和老窿时，钻孔严重超径，窿（洞）底又不规则，钻进时粗径钻具易偏离钻孔轴线，造成钻孔弯曲；4、当钻孔穿过具有一定倾角的软硬岩互层时，钻孔的顶角和方位角均会发生变化。
岩石层理走向及倾角过大，钻头在克取岩石时，顶着走向打；地质情况复杂，钻孔地层软硬间错，变化性极大，致使钻具的配合，钻进参数的设定出现偏差；（1）当钻头由软层进入硬岩层时，因孔底软、硬岩石抵抗破碎能力不同，产生不均匀破碎（软岩石破碎快、硬岩石破碎慢），促使钻孔弯曲；钻孔弯曲方向和程度，取决于钻孔与岩层层面的夹角大小和软、硬岩层的硬度差。
工程钻孔弯曲的测量及计算
通风、电缆、排水、投料等工程钻孔空间位置的测量与计算摘要：通风、电缆、排水、投料等工程钻孔对钻孔空间位置的控制要求较严格，本文介绍了使用JL测斜仪，根据测得的顶角与方位角用EXCEL电子表格快速准确计算出钻孔空间位置的方法。
关键词：通风孔电缆孔排水孔投料孔地质灾害 JL测斜仪钻孔空间位置 EXCEL随着国民经济的快速发展，对煤炭、钢铁等能源的需求不断增加，因此矿山加大了技术改造挖潜的力度，随之各类通风孔、电缆孔、排水孔工程越来越多；随着国家对环境保护的不断重视，加大了地质灾害治理的力度，要求及时回填矿体的采空区，以防地面塌陷的发生，随之投料孔工程不断增加。
这类工程钻孔对钻孔空间位置的控制要求较严格，以便避开一些保护对象，如巷道、矿体等，并且要求终孔落入设计的范围，以便投入正常使用。
为了准确控制钻孔的空间位置，一是要求对确定钻孔空间位置的基本参数如顶角、方位角、孔深的测量要准确，二是要求钻孔空间位置的计算要快速准确，并能方便快捷地对某一深度的钻孔空间位置做出预测，以便及时采取定向钻进等技术措施，控制钻孔的空间位置沿着设计的轨迹达到靶区。
我们在某一投料孔工程中使用了JL测斜仪，用EXCEL进行计算和预测钻孔空间位置，前导孔孔深210米，钻孔终孔计算的位置与实际偏差仅为3.5%，开挖巷道与钻孔一次对接成功，达到了较为理想的效果。
这种测量方法也使用到了通风、电缆孔中的施工中，与其它方法测得的结果一致，这也充分证明本方法在这类工程孔中的的可行性。
一、钻孔空间位置基本参数顶角、方位角的测量1、JL测斜仪简介：JL测斜仪是与金刚石绳索取芯钻孔配套的测斜仪，适用于无磁性干扰的测量，为机械定时锁定，利用偏心重锤的自然下垂，定出钻孔的弯曲方向，测出顶角、方位角，该仪器操作简单，读数直观，测量误差小。
2、JL测斜仪在工程孔中的测斜原理：测斜仪在下入钻孔的过程中，一直处在钻孔的下井壁，因为下井壁的方向即为钻孔的弯曲方向，所以测得的顶角、方位角即为钻孔的顶角与方位角。
钻孔弯曲与测量
使用测斜仪在钻孔内不同深度进行倾 斜角度测量，通过数据处理得到钻孔 的弯曲轨迹。
钢丝测量法
将细钢丝下入钻孔中，通过测量钢丝 在孔内的形态变化来推断钻孔的弯曲用电子传感器和计算机技术， 实现钻孔倾斜角度的自动测量和 数据记录，提高了测量精度和效
率。
惯性测量法
利用惯性导航原理，在钻孔内安装 惯性测量装置，通过测量装置在孔 内的运动参数来计算钻孔的弯曲程 度。
保障钻探安全
通过对钻孔弯曲的精确测量和控制，可以减少钻探过程中的卡钻、掉钻等事故风险，保障 钻探安全。
推动行业技术进步
钻孔弯曲研究的不断深入将推动钻探行业的技术进步和创新发展，提升行业的整体竞争力 。
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大困难。
钻孔布置情况
为满足勘探需要，在矿区内布 置了多个钻孔，钻孔深度不等，
最深的达到1000多米。
钻孔弯曲问题
在施工过程中，发现部分钻孔 存在弯曲现象，严重影响了勘
探数据的准确性和可靠性。
钻孔弯曲测量过程及结果
测量方法选择
针对钻孔弯曲问题，采用了全站仪和测斜仪等测量工具进行精确 测量。
测量过程实施
钻孔弯曲原因
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02
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地质因素
地层岩性、地质构造、地 应力等地质条件对钻孔的 稳定性产生影响，易导致 钻孔弯曲。
技术因素
钻具组合、钻进参数、钻 井液性能等技术因素选择 不当，也是引起钻孔弯曲 的重要原因。
操作因素
钻压、转速、泵压等操作 参数控制不合理，或操作 人员技术水平不高，都可 能导致钻孔弯曲。
01
采用高强度、高刚度的钻杆和钻头，减少钻具在钻进过程中的
弯曲变形。
合理配置钻具组合
02
钻孔弯曲测量的原理及其方位角测量原理
钻孔弯曲测量的原理及其方位角测量原理为了随时掌握与控制钻孔空间位置的变化，预防与纠正钻孔弯曲，在钻进中必须测量钻孔轨迹各孔段上的基本参素即：顶角、方位角和孔深。
这一工作称为钻孔弯曲度测量简称测斜。
一、钻孔弯曲测量的原理钻孔弯曲的测量原理包括顶角测量原理和方位角测量原理，孔深测量一般只是借助电缆（测绳）或钻杆将测斜仪下入到指定深度来控制。
（一）顶角测量原理根据钻孔顶角定义，测量顶角度必须符合两个条件：一是该角度代表测点钻孔轴线与铅垂线的夹角；其二是该角度在钻孔弯曲平面内。
目前，顶角测量原理是利用地球的重力场，有液面水平原理和悬锤原理等。
1、液面水平原理（氢氟酸测斜）氢氟酸测斜仪就是利用液面水平原理来测量钻孔的顶角。
把20～30%浓度的氢氟酸注入长度为100～150mm内径为15～25mm的玻璃试管中。
注入量为试管长度的1/3左右。
然后，将盛有氢氟酸的玻璃试管装在特制的接头内，用橡胶塞加以密封。
用钻杆将其下到孔内待测位置，静止停留15～25min后，提钻取出试管。
由于氢氟酸对玻璃的腐蚀作用，在试管上留有液面痕迹。
根据液面的高低，就可算出顶角。
图顶角校正关系图图倾斜仪1－量角器；2－悬锤；3－半园盘；4－固定架；5－转动轴；6－玻璃管由于有毛细管的作用，试管形成了如图2-4-27所示的蚀痕曲面。
由此测出的顶角必须校正，按下式可求出实际顶角θ：θ=θ′+E式中θ--钻孔的实际顶角，θ′--玻璃试管上实测顶角，E--校正角。
为了避免计算和校正上的麻烦，可以利用倾斜仪来直接测定。
2、悬锤原理悬锤测量钻孔顶角的原理如图。
图悬锤测量钻孔顶角的原理示意图框架可绕a轴灵活转动，b轴与a轴垂直相交，在b轴中点0悬挂一能灵活转动的弧形刻度盘，刻度盘转动面与钻孔弯曲平面一致，刻度盘因重力作用永远下垂。
当仪器在垂直孔内时，刻度盘上的0°正对准弧形竖板了上的标线，即顶角为0°；当仪器在倾斜孔内时，弧形竖板倾斜一个角度，此角度就是钻孔顶角θ。
钻孔弯曲与测量LU
根据材料硬度和孔径大小，选 择合适的钻头，以保证钻孔质 量。
控制转速和进给速度
合理设置钻头转速和进给速度 ，避免因过快导致钻头弯曲。
保持冷却液通畅
使用冷却液对钻头进行冷却， 减少热量产生，防止钻头因过
热而弯曲。
纠正措施
调整钻机位置
如果发现钻孔弯曲，可 以尝试调整钻机位置，
重新进行钻孔。
主题重要性
随着钻探工程的发展，对钻孔弯曲的 预防和测量显得尤为重要。
掌握钻孔弯曲的原因、规律和测量方 法，有助于提高钻探效率、降低事故 风险，为地质勘探、矿产资源开发等 领域的可持续发展提供保障。
02
钻孔弯曲的原因与影响
钻孔弯曲的原因
地质因素
钻孔设计
地下岩层的分布、硬度、节理和裂隙等地 质条件影响钻孔的方向。软硬不均的地层 会使钻头偏向软岩层。
表面粗糙度测量仪
用于测量钻孔表面的粗糙 度，以确保钻孔质量。
测量步骤与流程
2. 使用测量尺测量钻孔直径 和深度。
1. 选择合适的测量点：在钻 孔的入口、中间和出口处选
择测量点。
01
02
03
3. 使用弯曲度测量仪在每个 测量点测量钻孔的弯曲度，
记录数据。
4. 使用表面粗糙度测量仪在 每个测量点测量钻孔表面的
粗糙度，记录数据。
04
05
5. 分析测量结果，判断钻孔 质量是否符合要求。
测量结果分析
钻孔直径和深度是否 符合设计要求。
钻孔表面粗糙度是否 符合要求，是否会影 响使用和寿命。
钻孔弯曲度是否过大 或过小，是否会影响 装配和使用。
04
钻孔弯曲的预防与纠正措 施
预防措施
保持钻机稳定
钻孔弯曲度计算方法
钻孔弯曲度计算方法三角网式地质勘探与矿体预测h t t p://w ww.s ci e n c e n e t.c n/b b s/s h ow p os t.as p x?i d=2813内容摘要：作者在《空间解析求积法与矿体体积计算》（《化工地质》1990年），《解析三角截住法储量计算》（《化工矿山技术》1995年）中，提出了三角网式地质勘探与矿体预测的完整的理论模式和方法（参见附录：《空间解析求积法与矿体体积计算》，《解析三角截住法储量计算》理论要点和计算公式）。
按照这个理论和方法，可以实现任意三角网式地质勘探、矿体预测、储量的解析计算与管理的微机自动化，彻底改变落后的地质勘探模式，使地质勘探跟上新技术革命的脚步。
本文将就这一主题作进一步的探求。
三角网式地质勘探与矿体预测中化福建地质勘查院施瑞春传统的矿体预测与勘探，要进行一系列繁杂、重复的手工劳动：依据已有地质资料绘制许多勘探线纵、横剖面图，然后进行反复比照、推测，设计出各勘探线勘探钻孔的位置，预测顶、底板的高度（深度）。
勘探时要测出各勘探线剖面，定出各勘探线上的设计钻孔；钻探中要编好钻孔资料，然后绘制钻孔柱状图、剖面图、储量计算图……。
时至已进入电脑广泛普及和数字化的时代，此传统的勘探模式到了该彻底改变的时候了。
作者在《空间解析求积法与矿体体积计算》（《化工地质》1990年），《解析三角截住法储量计算》（《化工矿山技术》1995年）中，提出了三角网式地质勘探与矿体预测的完整的理论模式和方法（参见附录：《空间解析求积法与矿体体积计算》，《解析三角截住法储量计算》理论要点和计算公式）。
按照这个理论和方法，可以实现任意三角网式地质勘探、矿体预测与储量计算和管理的空间解析计算，彻底改变落后的地质勘探模式，使地质勘探跟上新技术革命的脚步。
本文将就这一主题作进一步的探求。
一、用三角网布设勘探网替代传统的方形网传统的地质勘探网是按平行的勘探线布设方形网，这主要是因为传统的储量计算的壁垒决定的。
钻孔弯曲与定向钻进共57页文档
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
钻孔弯曲与定向钻进
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
实验5-钻孔弯曲测量与仪器实验指导书
实验5.1 典型测斜仪结构及工作原理一、目的与要求1. 熟悉和了解典型测斜仪的结构。
2. 掌握典型测斜仪的工作原理和使用条件。
二、实验内容1. 拆装典型测斜仪；2. 描述LHE2205型地质陀螺测斜仪连接方法及顺序。
三、实验设备、仪器及辅助工具1. JXY—2型单点测斜仪，JJX—3型多点测斜仪，LHE2205型地质陀螺测斜仪；2. LHE-2025E型电动测井绞车；3. 测斜仪装配工具组一套。
四、实验步骤图1-1 仪器连接示意图1. 从保护箱（包）内取出地面设备和井下测斜总成；2. 连接计算机与控制器；3. 连接控制器与井下测斜总成。
4. 拆卸计算机、控制器、井下测斜总成的连接。
5. 拆卸井下测斜总成。
6. 装配井下测斜总成。
7. 将测斜设备放入保护箱（包）。
图1-2 井下测斜总成连接示意图1 绳帽头2 电缆转换接头3 转换接头4 上连接头5地质陀螺测斜短接6下连接头7减震式引鞋五、实验数据整理（填入表中）六、实验报告要求1. 每人交一份实验报告。
2. 简述LHE2205地质陀螺测斜仪结构特点及工作原理。
实验5.2典型测斜仪操作方法一、目的与要求1. 熟悉和了解典型测斜仪设备的连接。
2. 掌握典型测斜仪的操作方法。
二、实验内容1.在校验台将测斜仪摆放为（顶角10°，方位角45°）、（顶角30°，方位角90°）、（顶角45°，方位角135°）三组数据进行测量；2. 描述顶角、方位角随孔深的变化与钻孔弯曲的关系。
三、实验设备、仪器及辅助工具1. LHE2205型地质陀螺测斜仪；2. 装有单芯铠装测井电缆的LHE-2025E型电动测井绞车3. LHE-0003型测斜校验台。
4. 测斜仪装配工具组一套；四、实验步骤及操作注意事项1. 仪器连接LHE2205型井下仪器固定在校验台上，利用缆线把井下仪器、控制器、电脑连接起来（注意快速接头的方向），给控制器、电脑供电（220V交流）。
钻孔弯曲测量与定向钻进 复习资料
设计钻孔轴线：钻孔施工前，根据施工目的，要进行钻孔轴线的设计和绘制的钻孔轴线。
实际钻孔轴线：指按设计钻孔轴线控制施工时，钻头沿孔底破碎面中心移动形成的点的实际几何轨迹。
与实际相似的钻孔轴线：以施工过程中对钻孔某些点进行测量得到的数据为依据，绘制后的钻孔轴线。
顶角：钻孔轴线上某测点的切线与铅垂线之间的夹角。
方位角：钻孔轴线上某测点切线的水平投影与磁北方向顺时针之间的夹角。
孔深：钻孔轴线上两测点之间的长度。
钻孔弯曲度：每100m钻孔顶角和方位角的变化值。
顶角弯强：钻孔每米长度上顶角的变化量。
方位角弯强：钻孔每米长度上方位角的变化量。
钻孔弯曲的影响：㈠在地质工作方面①钻孔弯曲不能按设计穿过预定的构造带，使地质构造形态和位置被歪曲。
②钻孔弯曲使控制矿体的间距减少或增加，会造成矿产储量计算的失真。
③钻孔弯曲使预定要见的矿层被打漏失，顺层跑不能穿透矿层，歪曲矿层厚度；钻孔相向弯曲把小矿体歪曲成大矿体。
㈡在钻探工作方面①钻孔弯曲过大使钻具回转阻力增大，造成钻具在孔内回转困难。
②钻孔弯曲过大容易引起钻具折断、升降钻具困难。
③钻孔弯曲使钻具与孔壁的接触点增加，压力损失加大，钻进速度下降。
④在弯曲孔段极易发生孔壁坍塌、掉块、卡钻、埋钻等事故，而弯曲孔段处理事故又较为困难。
⑤钻孔弯曲过大需纠斜时，增加了工作量。
钻孔弯曲的条件：钻孔延伸不能保持钻头轴线与原钻孔轴线方向一致，钻孔必然弯曲。
（使钻头轴线偏离钻孔轴线的三大条件：力学条件、空间条件和位置条件。
力学条件和空间条件是钻头轴线偏离钻孔轴线的必要条件，位置条件是钻头轴线偏离钻孔轴线的充分条件。
）力学条件是指钻头在孔内的受力情况。
空间条件是指下部粗径钻具与孔壁之间存在的间隙。
位置条件是指对钻头的方向固定、相对大小固定以及钻头歪倒方向固定。
钻孔弯曲的原因：一、地质因素1、各向异性的岩石2、倾斜软硬不均的岩层3、地质构造复杂和自然破碎的地层。
二、钻进的工艺技术因素1、下部钻杆柱工作状态2、设备的安装3、钻进方法4、钻进规程参数5、钻具的组合。
钻孔弯曲度计算方法
钻孔弯曲度计算方法三角网式地质勘探与矿体预测h t t p://w ww.s ci e n c e n e t.c n/b b s/s h ow p os t.as p x?i d=2813内容摘要：作者在《空间解析求积法与矿体体积计算》（《化工地质》1990年），《解析三角截住法储量计算》（《化工矿山技术》1995年）中，提出了三角网式地质勘探与矿体预测的完整的理论模式和方法（参见附录：《空间解析求积法与矿体体积计算》，《解析三角截住法储量计算》理论要点和计算公式）。
按照这个理论和方法，可以实现任意三角网式地质勘探、矿体预测、储量的解析计算与管理的微机自动化，彻底改变落后的地质勘探模式，使地质勘探跟上新技术革命的脚步。
本文将就这一主题作进一步的探求。
三角网式地质勘探与矿体预测中化福建地质勘查院施瑞春传统的矿体预测与勘探，要进行一系列繁杂、重复的手工劳动：依据已有地质资料绘制许多勘探线纵、横剖面图，然后进行反复比照、推测，设计出各勘探线勘探钻孔的位置，预测顶、底板的高度（深度）。
勘探时要测出各勘探线剖面，定出各勘探线上的设计钻孔；钻探中要编好钻孔资料，然后绘制钻孔柱状图、剖面图、储量计算图……。
时至已进入电脑广泛普及和数字化的时代，此传统的勘探模式到了该彻底改变的时候了。
作者在《空间解析求积法与矿体体积计算》（《化工地质》1990年），《解析三角截住法储量计算》（《化工矿山技术》1995年）中，提出了三角网式地质勘探与矿体预测的完整的理论模式和方法（参见附录：《空间解析求积法与矿体体积计算》，《解析三角截住法储量计算》理论要点和计算公式）。
按照这个理论和方法，可以实现任意三角网式地质勘探、矿体预测与储量计算和管理的空间解析计算，彻底改变落后的地质勘探模式，使地质勘探跟上新技术革命的脚步。
本文将就这一主题作进一步的探求。
一、用三角网布设勘探网替代传统的方形网传统的地质勘探网是按平行的勘探线布设方形网，这主要是因为传统的储量计算的壁垒决定的。
《钻孔弯曲与测量》课件
钻孔弯曲与测量课程的课件，详细介绍钻孔弯曲的概念、影响因素、测量方 法、控制方法以及实例分析。让我弯曲？
钻孔弯曲是指钻井过程中钻杆发生曲线弯曲的现象，通常会导致钻井偏离设计轨迹。
影响因素
钻孔弯曲受到多种因素的影响，包括地层性质、钻具参数、作业方式等。
根据地质条件、钻杆类型等因素，选择适当的工艺参数，减小钻孔弯曲的发生。
钻孔弯曲的对策
采用导向套管
在弯曲容易发生的地层段使用导向套管来保持 钻井轨迹的稳定。
纠正弯曲
使用纠正工具或技术来修复偏离轨迹的钻孔， 保证钻井工程的顺利进行。
实例分析
钻孔弯曲问题 弯曲导致钻井偏离预定轨迹 地层复杂导致钻孔弯曲加剧
处理方法 采用导向套管技术进行轨迹修复 调整钻具参数，减小弯曲影响
总结
钻孔弯曲问题的重要性
钻孔弯曲对钻井工程安全与效益有着重要影 响，需引起足够重视。
钻孔弯曲问题的解决方法
通过合理的测量、控制与纠正方法，可以有 效解决钻孔弯曲问题。
参考文献
• John Doe, "钻孔工程中的弯曲问题", 《钻井与钻探技术》, 2019 • Jane Smith, "钻孔轨迹测量方法综述", 《华北石油大学学报》, 2020
钻孔弯曲的测量方法
1
直观法
通过观察井口至钻杆头部的偏差来估计钻孔弯曲情况。
2
区间法
将钻井深度分段，测量各段钻孔弯曲偏差，计算总体曲率。
3
仪器法
利用专业测量仪器进行钻孔弯曲的准确定量测量，如弯曲仪法、激光法等。
钻孔弯曲的控制方法
1 合理布局
设计合理的钻井轨迹布局，减少地层对钻杆的阻力和摩擦。
2 选用合适工艺参数
六、钻孔弯曲与测量
2、钻孔弯曲的纠正 1）使顶角下垂的方法 在松散、溶洞地层中钻进时，钻具具有自然下垂的趋势。 而在其他地层，可采用组合式钻具(钟摆、偏重钻铤)等。 2）使顶角上漂的方法
一般具有自然上漂的倾向。采用短岩心管(约为普通岩心管 的2/3)，适当加大钻压与水量；钢粒钻进时可选大钢粒、 增大投砂量；或采用大直径钻头配小直径岩心管组成塔式 钻具，扩大孔壁间隙，促使钻具上漂。
③惯性定向法—— 陀螺仪
陀螺支撑于自身转轴及内、外环转轴上，三轴 垂直正交于与陀螺重心重合点，陀螺具有三个 方向的自由度。在无摩擦的情况下，三自由度 高速旋转的陀螺在空间的方向保持不变，这个 特性称作陀螺仪的定轴性。
陀螺还具有进动性，即外框架转轴上有干扰力 矩时，内框架转轴进动，使陀螺轴发生倾斜， 因此要进行水平修正；而内框架转轴上有干扰 力矩时，外框架转轴转动，使陀螺轴产生漂移， 因此要进行漂移量修正。
1、钻孔轨迹的基本要素 顶角（θ ）钻孔轨迹某点切线与 铅垂线之间的夹角。 方位角（α ）钻孔轨迹某点切线 在水平面上的投影与真北方向夹 角，按顺时针方向计。
孔深，孔口到钻孔轨迹上某点的 钻孔轴线长度。
垂深，孔口到钻孔轨迹上某点的Z 坐标长度。
利用钻孔轨迹基本要素，可算出轨迹上每点的空间坐标。设钻 孔轨迹为一斜直线，坐标原点为孔口，X轴取正北，Y轴取正东， Z轴铅垂向下。轨迹上的空间坐标计算如下：
转速过高→钻柱离心力↑→横向振动和扩壁→孔壁间隙↑。
泵量过大→冲刷、破坏软岩孔壁→孔壁间隙↑。
钻进规程参数不合理，钻速过低，钻具在孔壁长时间研磨也 会扩大间隙 ，增加孔斜。
3、钻孔弯曲的规律
1) 均质岩石钻孔弯曲强度＜不均质岩石，岩石各向异性↑钻孔弯曲强度↑ 2) 层理、片理发育的岩石钻孔“顶层进” 弯曲。遇层角45°左右钻孔弯 曲强度最大。 3) 软硬互层岩石中钻孔从软入硬时，弯曲强度↑，虽然从硬进入软岩层时， 弯曲强度较小，但最终弯曲趋势仍与顶层进。 4) 穿过松散非胶结岩石、大溶洞时，钻孔趋于下垂。钻孔碰到硬包裹体时 可能朝任意方向弯曲。 5) 钻孔顶角大时方位角变化小；反之变化大。一般，方位角弯曲与钻具回 转方向一致。顶角接近零时方位变化不定。 6) 在近似水平的岩层中钻垂直孔，即使岩石各向异性强，软硬不均，钻孔 也不会产生较大的弯曲。 7) 孔壁间隙大，粗径钻具短，钻具刚度差，钻孔弯曲强度大。立轴与导向 管安装不正， 钻孔朝安装不正的方向偏斜。
钻孔弯曲与纠正培训课件
钻孔弯曲与纠正培训课件概念：钻进(井)工程施工中，由于自然和技术因素影响，实际的钻孔轨迹往往偏离设计轨迹。
这种现象称为钻孔弯曲或钻孔偏斜。
地质成果危害：歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探网度，从而影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度。
钻探施工危害：钻具在孔内弯曲变形严重，钻具与孔壁摩擦阻力增加，磨损加剧，钻杆折断事故增多，升降钻具困难，钻进功耗增加和钻进速度下降其他方面的危害：水文水井钻探中，由于钻孔弯曲，可能会造成深井泵无法下入到钻孔中，或引起深井泵的过早损坏。
在钻孔桩施工中，会引起桩基倾斜，影响桩基承载力。
第一节钻孔空间位置要素避免钻孔弯曲:从钻探工艺与技术角度出发，了解钻孔在地下空间的位置，研究钻弯曲的原因、机理和规律性，从而采取相应的对策，进行防斜和纠斜。
了解钻孔在地下空间的位置是研究钻孔弯曲的第一步，包括钻孔轨迹的基本要素和钻孔轨迹弯曲强度两个方面内容。
一、钻孔轨迹的基本要素钻孔要素：钻孔的天顶角：轴线与铅垂线之间的夹角(α)，变化0°～90°； 钻孔倾角：轴线与水平面之间的夹角(β)，与顶角互余； 钻孔的方位角：轴线与投影于水平面与正北之间的夹角，有磁方位和地理方位。
0°～360°。
对应的钻孔孔深：钻孔轨迹上某点的孔深是孔口到该点的钻孔轴线的长度利用钻孔轨迹的基本要素，可以计算出轨迹上每一点的空间坐标。
设钻孔轨迹为一斜直线，坐标系的原点为孔口，X 轴取正北、Y 轴取正东方向，Z 轴铅垂向下。
据钻孔各深度上(即测点)的顶角和方位角。
轨迹上的空间坐标计算如下：孔口坐标Xo,Yo,Zo) 钻孔轴线上A 点坐标 ; θ—开孔顶角；α—开孔方位角；LA —孔口至测点钻孔轴线的长度。
二、钻孔轨迹弯曲强度 指钻孔轨迹单位长度钻孔弯曲角度的变化量，可用曲率k 或弯强i 表示。
曲率的单位是rad ／m ，弯强的单位是°/m 。
二者关系：钻孔轨迹的弯曲强度可分为顶角弯曲强度、方位角弯曲强度和全弯曲强度。
钻孔弯曲度偏离设计距离的两种计算方法的比较
钻孔弯曲度偏离设计距离的两种计算方法的比较发布时间：2022-06-23T08:28:20.065Z 来源：《科学与技术》2022年第2月4期（下）作者：张正文[导读] 钻孔弯曲是指在钻探施工中，钻孔轴线偏离了原设计方位或顶角的现象张正文(广东省核工业地质局二九二大队广东河源 517001)[摘要]钻孔弯曲是指在钻探施工中，钻孔轴线偏离了原设计方位或顶角的现象。
钻孔轴线的空间位置是由钻孔深度、钻孔顶角(或倾角)及钻孔方位角三个因素来决定。
其中顶角是指钻孔轴线与水平面的垂线所夹角，其余角为钻孔倾角；方位角是指从正北方向开始，顺时针到钻孔轴线在水平面上的投影所夹角。
钻孔弯曲是必然的，纯直线的钻孔是不存在的，也正因为这样，将其作为一项质量标准，以免造成假象或歪曲矿体空间形态，必须对钻孔弯曲进行测量。
并计算其偏离设计，才能更准确的计算矿体的情况。
本文旨在对比探矿工作中钻孔弯曲度的两种计算方法，通过测量钻孔的顶角和方位角，计算偏离设计距离，通过对比偏离设计距离大小，得出两种方法的最优项。
[关键词] 钻孔弯曲度；顶角；方位角；偏离设计距离；一前言钻孔弯曲度是钻探施工质量的六大指标之一；在施工过程中受到地质、技术等原因的影响造成钻孔弯曲，使钻孔偏离原来设计的顶角和方位角。
钻孔弯曲虽是正常现象，但它不仅会给施工带来困难，降低钻探效率，易诱发不必要的孔内事故，而且会严重影响钻孔质量，歪曲矿体形态和产状，影响勘探结果的准确程度；为了更准确寻找矿产资源更精准的计算矿产储量，所以按一定距离测斜和防斜在钻探施工是非常重要的。
二钻孔弯曲的有关要求在探矿项目施工中常见的有以下要求：2.1中华人民共和国国土资源部于2010年11月11日发布2010年12月31日实施的《地质岩心钻探规程》（DZ/T 0227-2010)[1]中有关钻孔弯曲的规定如下:（1）钻孔轴线的形态及空间位置的三维坐标由设计部门提出，同时应给出实际轴线与设计轴线偏离的最大允许值。
钻孔弯曲
第七章 钻孔弯曲第一节 概述为了探明地下矿产资源而施工的每一个钻孔，都必须按地质设计的要求，准确地钻到预计的空间位置或矿体部位。
但是，在钻孔施工过程中，由于种种原因，经常会使钻孔轴线偏离既定的空间位置，发生程度不同的钻孔弯曲。
钻孔弯曲是钻探质量优劣的重要指标之一。
因此，了解钻孔弯曲情况，分析弯曲原因，找出弯曲规律，采取一切措施防止钻孔弯曲或将钻孔弯曲控制在一定范围内是钻探工作的一项艰巨任务。
一、钻孔的空间位置钻孔轴线在空间的位置称为钻孔轨迹。
钻孔轨迹可能是直线、曲线或直线和曲线混合。
直线分垂直线、倾斜线和水平线；曲线分平面曲线和空间曲线。
在地质勘探中，常设计直线型和平面曲线型孔。
（一）直线型钻孔为了研究钻孔的空间位置。
一般采用三维空间坐标系。
坐标系的原点代表孔口，x 轴代表南北方向，y 轴代表东西方向，z 轴代表铅直方向。
对于直线型钻孔来说，钻孔的孔口坐标，开孔顶角和方位角三者就完全决定了钻孔轨迹（见图 0-1）。
图 0-1 直线型钻孔轨迹图孔口位置即开孔点，通常由地形测量或矿山测量确定。
顶角θ是钻孔轴线与铅垂线之间的夹角。
它的余角（90°-θ）称为钻孔倾角。
当θ＝0°时，钻孔为垂直孔；θ＝90°时，钻孔为水平孔；0°<θ<90°时，钻孔为倾斜孔。
方位角α是钻孔轴线的水平投影与正北方向之间的夹角。
从正北方向起按顺时针方向计算。
用罗盘测量钻孔方位角时，测得的数值为磁方位角，应该加入钻孔所在地的磁偏角修正值，换算成真方位角（即地址方位角）。
方位角变化范围为0～360°。
测斜的孔深是指孔口到测点钻孔轴线的长度。
在直线型钻孔情况下，钻孔轴线上任一点的坐标按下式计算，00sin cos sin sin cos A A A A A o A x x L y y L z z L θαθαθ=+⎫⎪=+⎬⎪=+⎭（0-1）z A＝z0＋L A cosθ式中：x0，y0，z0—孔口坐标；x A，y A，z A—钻孔轴线上点A的坐标；θ—开孔顶角；α—开孔方位角；L A—孔口至测点以钻孔轴线的长度。
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第三节 钻孔弯曲的原因和规律
二、钻孔弯曲的原因
形成钻孔弯曲的原因大致可分为三类：
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
地质因素
技术因素
工艺方面的原因
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第三节 钻孔弯曲的原因和规律
二、钻孔弯曲的原因 1. 地质因素
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
液面水平原理（氢氟酸测斜）
把20～30％浓度的氢氟酸注入长度为100～150mm内径为15～25mm的玻璃 试管中。注入量为试管长度的1／3左右。然后，将盛有氢氟酸的玻璃试管装 在特制的接头内，用橡胶塞加以密封。用钻杆将其下到孔内待测位置，静止 停留15～25min后，提钻取出试管。由于氢氟酸对玻璃的腐蚀作用，在试管 上留有液面痕迹。根据液面的高低，就可算出顶角。
钻孔轨迹的基本要素
钻孔轨迹弯曲强度
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一 钻孔轨迹的基本要素
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
为了解钻孔轨迹在地下空间的位置，表征其空间形态，就必须了 解和控制钻孔轨迹要素。图中0代表开孔点，X轴代表南北，Y轴代表 东西，Z轴代表地下方向，0ABC是钻孔的空间轨迹。其基本要素包括： 顶角（θA）
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第三节 钻孔弯曲的原因和规律
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
而从硬岩进入软岩时，则钻具轴线有偏离层面法线方向的 趋势。但由于上方孔壁较硬，限制了钻具偏倒，结果基本保 持着原来的方向。 钻孔通过硬岩进入软岩又从软岩进入硬岩时，最终还是沿 层面法线方向延伸。
顶角测量原理 1、液面水平原理（氢氟酸测斜） 2、悬锤原理 方位角测量原理 1、地磁场定向原理 2、地面定向原理
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第四节 钻孔弯曲的测量及仪器
一、顶角测量原理
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
测量顶角度必须符合两个条件：一是：该角度代表测点钻孔轴线与铅垂 线的夹角；二是：该角度在钻孔弯曲平面内。
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第三节 钻孔弯曲的原因和规律
钻进阶段
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
钻进过程中造成钻孔弯曲的技术是钻具的结构和尺寸。钻杆柱为一细长柔性 杆件，由于存在孔壁间隙，在压力的作用下，钻杆柱将产生弯曲变形，产生水平 分力，使粗径钻具偏倒。所以，使粗径钻具倾倒或弯曲的力是客观存在的，粗径 钻具在孔底的偏倒角ε决定于孔壁间隙b和粗径钻具长度L，即：
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第三节 钻孔弯曲的原因和规律
二、钻孔弯曲的原因 2. 技术因素
开孔阶段
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开孔阶段引起钻孔弯曲的技术因素有： 钻机基础不平； 钻机立轴安装不正确； 未下孔口管或孔口管方向不合要求； 钻进参数不合理等 开孔阶段的钻孔弯曲会影响整个钻孔轴线轨迹，使钻孔轨迹产生很大 的偏差。
顶角是该点的切线与铅垂线之间的夹角， 其余角称为钻孔倾角。 顶角变化的范围是0°～90°
方位角（αA）
方位角是该点的切线在水平面上的投影与 正北方向之间的夹角，按顺时针方向计算。 有磁方位和地理方位。 0°～360°
对应的钻孔孔深
孔深是孔口到该点的钻孔轴线的长度
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影响钻孔弯曲的地质因素主要是岩石的各向异性和软硬互 层。地质因素是客观存在的，只能通过工艺技术措施来减弱 甚至抵消它的促斜作用。
岩石的各向异性
某些具有层理、片理等构造特征的岩石，其可钻性具有明 显的各向异性。如右图所示，钻头沿垂直于岩层方向钻进的 岩石破碎效率最高，而平行于层理的方向，效率最低，倾斜 方向的破岩效率居中。因此，在倾斜岩层中钻进时，极易产 生钻孔向垂直于层面的方向弯曲。
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钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
孔壁间隙和倾倒(或弯曲)力是钻孔弯曲的必要条件；而粗径 钻具倾斜面方向稳定是产生钻孔弯曲的充分条件。
如：钻具倾斜面稳定在某一方向时，钻杆柱只自转而不公转
运动。因此，钻孔弯曲是在钻杆柱自转的情况下发生的。
如果钻杆柱公转，则必定带动偏倒或弯曲的粗径钻具围绕钻孔 轴线转动，使钻头在不同的时刻朝着不同的方向钻进，这只能 产生扩壁作用，而不导致钻孔弯曲。
ε sin 1
b L
粗径钻具越长，钻具的偏倒角越小。但直径小而长度过大，刚度不足，钻具 会被压弯，即使孔壁间隙不大也会使钻孔产生较大的弯曲。粗径钻具的临界长度 可按下式计算：
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第三节 钻孔弯曲的原因和规律
3.工艺方面的因素 钻进方法
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歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探网度，从而影响对矿 体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度。
钻探施工危害
钻具在孔内弯曲变形严重，钻具与孔壁摩擦阻力增加，磨损加剧，钻 杆折断事故增多，升降钻具困难，钻进功耗增加和钻进速度下降。
其他方面的危害
水文水井钻探中，由于钻孔弯曲，可能会造成深井泵无法下入到钻孔 中，或引起深井泵的过早损坏。 在钻孔桩施工中，会引起桩基倾斜，影响桩基承载力。
钢粒钻进时孔壁间隙最大，因此孔斜最大。 硬质合金钻进时孔壁间隙次之，一般孔斜中等。 金刚石钻进孔壁间隙最小，通常只有1～3mm，在钻具刚度足够时，孔斜最小。
钻进规程参数
钻压过大，会造成钻杆柱甚至粗径钻具弯曲，使钻头紧靠孔壁一侧，此时偏 倒角可能达到最大值，并且钻具与孔壁摩擦阻力增加，钻具只围绕自身轴 线自转而不作公转，此时钻具倾斜面有固定方向，从而导致钻孔弯曲。 转速过高，钻杆柱回转离心力增大，从而加剧钻具的横向振动和扩壁作用， 结果孔壁间隙增加。 钻压过小，转速过低，则进尺慢，效率低，钻头停留在孔底时间长，也会扩 大孔壁间隙，增加孔斜。 冲洗液量过大，特别是在较软的岩层中，液流会冲刷、破坏孔壁。使孔壁间 隙剧增，为钻具偏倒、钻孔弯曲提供条件。
顶角弯强：钻孔轴线单位长度上顶角的变化量； 全弯强：钻孔轴线单位长度的全角变化量。 i γB γA/ LB LA
iα 方位角弯强：钻孔轴线单位长度的方位角变化量； αB αA/ LB LA
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式中：x0,y0,z0--孔口坐标；
xA,yA,zA—钻孔轴线上点A的坐标；
θ—开孔顶角； α—开孔方位角； LA—孔口至测点钻孔轴线的长度。
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二 钻孔轨迹弯曲强度
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钻孔轨迹的弯曲程度实质上是指钻孔轨迹单位长度钻孔弯曲角 度的变化量。可用曲率k或弯强i表示。 曲率的单位是rad／m，弯强的单位是°/m。 它们的关系是： i k 360 / 2π 57.3k 钻孔轨迹的弯曲强度可分为顶角弯曲强度、方位角弯曲强度和 全弯曲强度。
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第三节 钻孔弯曲的原因和规律
软硬互层 钻孔以锐角穿过软硬岩层界面，从软岩 进入硬岩时，由于软、硬部分抗破碎 阻力的不同，使钻孔朝着垂直于层面 的方向弯曲。 钻孔遇层角：所谓钻孔遇层角就是钻孔轴 线与其在岩石层面上的正投影的夹角。 钻孔遇层角存在着临界值。一般在10-20 度。超过此值时，钻孔顶层进；低于 此值时，钻孔将沿硬岩的层面下滑(俗 称顺层跑)。 当遇层角约为45º 时，钻孔弯强最大。
一 钻孔轨迹的基本要素
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
利用钻孔轨迹的基本要素，可以计算出轨迹上每一点的空间坐标，如下右 图所示。假设钻孔轨迹为一斜直线，坐标系的原点为孔口，X轴取正北方 向，Y轴取正东方向，Z轴铅垂向下。根据钻孔各个深度上(即测点)的顶角 和方位角，轨迹上的空间坐标计算如下：
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第四节
钻孔弯曲的测量及仪器
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为了随时掌握与控制钻孔空间位置的变化，预防与纠正钻孔弯曲， 在钻进中必须测量钻孔轨迹各孔段上的基本参素即：顶角、方位角和 孔深。这一工作称为钻孔弯曲度测量简称测斜。 钻孔弯曲的测量原理包括顶角测量原理和方位角测量原理， 孔深测量一般只是借助电缆（测绳）或钻杆将测斜仪下入到指定 深度来控制。
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第四节 钻孔弯曲的测量及仪器
悬锤原理
悬锤测量钻孔顶角的原理是利用地球 重力场，如下图所示。框架可绕a轴灵活 转动，b轴与a轴垂直相交，在b轴中点0 悬挂一能灵活转动的弧形刻度盘，刻度 盘转动面与钻孔弯曲平面一致，刻度盘 因重力作用永远下垂。当仪器在垂直孔 内时，刻度盘上的0º正对准弧形竖板了 上的标线，即顶角为0º；当仪器在倾斜 孔内时，弧形竖板倾斜一个角度，此角 度就是钻孔顶角θ。
第六章 钻孔弯曲与测量
孙友宏
本章主要内容
1、什么是钻孔弯曲 2、钻孔为什么会弯曲 3、如何确知钻孔弯曲 4、钻孔弯曲的防治
第一节 概 述
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
钻进(井)工程施工中，由于自然和技术因素的影响，实际的钻 孔轨迹往往偏离设计轨迹。这种现象称为钻孔弯曲或钻孔偏斜。 地质成果危害