定向钻进

A
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
四、钻孔轴线遇层角

angle of penetration
钻孔轴线靶点（见矿点）的切线与其在矿层面上的投影所夹的锐角。 地质要求钻孔遇层角一般不小于30º。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
一、定向钻孔的类型
1、按施工技术和方法不同分类 （1）初级定向孔 preliminary directional hole （自然造斜定向孔 ） 特点：常规技术和工艺钻进； 利用岩层自然造斜趋势； 移动孔口位置； 改变开孔顶角或方位角。 适应于岩层强造斜作用，孔斜趋势明显矿区。
4、 不变； 也不变
孔身轴线为直线。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
三、孔身轴线弯曲强度或曲率
弯曲强度与曲率概念相同，都反映单位长度上角度变化。 是为了说明定向孔曲线段的弯曲程度。 1、顶角弯强 i drift deviation intensity 表征钻孔顶角弯曲的强烈程度。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
一、定向钻孔的类型
3、按钻孔有无分枝分类 （1）单孔底定向孔 只有主孔而无分枝孔的定向孔。 常用于自然造斜的初级定向孔，利用小顶角开孔获得较大 的遇层角、绕开孔内障碍物、纠斜。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
一、定向钻孔的类型
2、按钻孔轴线不同分类 （1）直线型定向孔 孔身按直线轨迹延伸，顶角、方位角受严格控制的钻孔。 （2）平面弯曲型定向孔 孔身轨迹在某一个平面内延伸的钻孔。 （3）空间弯曲型定向孔 孔身轨迹某段在某一个曲面上延伸的钻孔。
此类钻孔适应于岩层造斜作用强烈，钻孔顶角和方位角 自然弯曲都很明显矿区。
钻孔轴线上某点沿轴线延伸方向切线水平投影与正北方向之间的 夹角，并从正北方向起按顺时针方向计算。
孔深 L depth of hole
钻孔轴线延伸的长度 。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
一、空间要素
2、垂深和水平位移 垂深 H 目标点在Z轴上的投影长度。
水平位移 S
目标点在水平面上投影点与孔口距离。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第四节 初级定向孔孔身轨迹设计方法
一、研究钻孔自然弯曲趋势的方法
1、统计作图法 实质：获得孔身自然弯曲趋势的孔身轨迹的垂直投影和水平投影。 步骤： （4）选用一种处理孔斜数据的方法，计算各点的x、y、z坐标增量 和累计值。 （5）以一定的比例尺绘出孔身轨迹在勘探线剖面上的投影和在水平 面上的投影。 这两个投影就是反映钻孔自然弯曲规律的标准曲线。
7、进行经济效益预估
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 三、设计方法
定向钻孔的设计方法有两种。 1、绘图法
通过简单的计算或查表，绘出孔身轴线垂直平面图、 水平投影图。然后，根据这些图测量或计算出定向孔的 各项数据。
2、计算法
根据公式计算出绘图所需的数据，然后，根据这些数据绘图。
i
deviation intensity of azimuth 表征钻孔方位弯曲的强烈程度。
单位孔身长度的方位角变化量。
A、B两点方位角的增量
i L

B

A
LB LA
（º/m）
A、B两点弯曲孔段的长度
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
三、孔身轴线弯曲强度或曲率
第一章 定向钻孔轨迹设计
第四节 初级定向孔孔身轨迹设计方法
一、研究钻孔自然弯曲趋势的方法
2、相关分析法（回归分析法） 相关分析法建立数学模型的步骤： （1）对地质与工艺条件相同的一组钻孔，按一定间距计算出 平均顶角和平均方位角； （2）绘出钻孔顶角、方位角随孔深变化的趋势曲线；
（3）选择一定的方程式对曲线进行拟合；
一、定向钻孔的类型
3、按钻孔有无分枝分类 （2）多孔底定向孔 既有主孔、又有一个以上的分枝孔的定向孔。 如：单向羽状孔、双向羽状孔、多向集束孔、多级分枝定向孔。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
一、定向钻孔的类型
3、按钻孔有无分枝分类 （2）多孔底定向孔 单向羽状孔 双向羽状孔
把目标点改成靶点即可。 靶点垂深和水平位移：
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
二、孔身轴线形式
1、 变化； 也变化 孔身轴线为空间曲线。 2、 变化； 不变化 孔身轴线为平面曲线。 3、 不变； 变化 孔身轴线为螺旋线。 特例：水平平面内曲线 垂直平面内曲线 特例：倾斜平面内曲线。
1、充分掌握原始资料
（1）施工区的地质情况 （2）地表地形情况 （3）已完工钻孔测斜资料 （4）以往防斜、造斜使用效果 （5）已完工钻孔结构、钻进方法及护壁堵漏情况
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 一、设计的一般原则
1、充分掌握原始资料 2、确保地质目的和工程需要 3、尽量利用自然造斜规律 4、考虑施工方便和安全钻进 5、注重经济效益
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 二、设计的主要内容
1、选择孔身剖面
钻孔的目的和作用 地质条件 造斜规律 施工技术的可能性 安全性 经济性
孔身剖面决定于
优先考虑
初级定向孔，一孔多底，钻孔轨迹简单在垂直平面内。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 二、设计的主要内容
多级分枝定向孔 多向集束孔
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
二、孔身轨迹形式
初级定向孔 受控定向孔 平面曲线或空间曲线 平面曲线 垂直平面 倾斜平面 水平平面
轨迹由直线段、曲线段、折线段组成。 半径单一圆弧或曲率半径不同的圆弧组成的弧线
垂直线、直线段、斜直线
第一章 定向钻孔轨迹设计
稳斜段 稳斜钻进到靶点是往下打直线段
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
二、孔身轨迹形式
孔身轨迹常见形式： （3）直线—曲线—曲线形式 直—弯—弯型 人工造斜分成两次或后一次 造斜利用自然造斜打目的层。 第一造斜段
这种轨迹可获得较大的终孔顶角。 第二造斜段
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 二、设计的主要内容
4、确定造斜点和分枝点
造斜点：指同一孔身中由直线段变为曲线段的起点。 分枝点：是指从主孔中开出分枝孔的起点。 造斜点和分枝点选择在岩石中硬完整的孔段。 可钻性7～8级 上下两造斜点间距大于15ｍ。 造斜点和分枝点选择要考虑节约更多的进尺，
（4）利用得到的方程进行初级定向孔设计。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第四节 初级定向孔孔身轨迹设计方法
更要考虑分枝孔造斜段造斜和钻进可行性与经济性。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 二、设计的主要内容
5、确定定向孔曲线段的曲率半径
定向孔曲线段曲率半径由岩层造斜强度、造斜工具的造斜能力 或两者综合作用所决定。
造斜强度越大，曲率半径越小，曲线段长度也越小，有利于节省进尺； 若造斜强度太大，则钻具、甚至造斜钻具本身难以通过曲线段孔段。 通常造斜强度以0.5º/ｍ为宜。
单位孔身长度上顶角的变化量。
A、B两点顶角的增量
i L
B
A
LB LA
（º/m）
A、B两点弯曲孔段的长度
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
三、孔身轴线弯曲强度或曲率
弯曲强度与曲率概念相同，都反映单位长度上角度变化。 是为了说明定向孔曲线段的弯曲程度。 2、方位弯强
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
一、空间要素
钻孔轴线各点的顶角、方位角、孔深 见矿点（靶点）的垂深和水平位移 定向钻孔的空间要素 曲线段的曲率和弯曲强度 钻孔轴线的遇层角
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
一、空间要素
1、基本要素 定向钻孔轴线各点的顶角、方位角和孔深称为基本要素。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第四节 初级定向孔孔身轨迹设计方法
一、研究钻孔自然弯曲趋势的方法
1、统计作图法 实质：获得孔身自然弯曲趋势的孔身轨迹的垂直投影和水平投影。 步骤： （1）对矿区已竣工的钻孔进行分组统计，计算每组中钻孔每隔25ｍ 或50ｍ的顶角和方位角； （2）求出每组钻孔各点的平均角度； （3）建立坐标系：开孔点为坐标原点，地下方向为z轴方向，x轴方向 为勘探线方向，y轴方向为垂直于勘探线方向；
第一章 定向钻孔轨迹设计
第四节 初级定向孔孔身轨迹设计方法
一、研究钻孔自然弯曲趋势的方法
2、相关分析法（回归分析法） 利用数理统计原理，求出反映钻孔弯曲趋势的回归方程（即数学模型）。 一般设孔深为自变量，顶角、方位角为因变量，建立回归方程式：
f1 ( L )
f2 (L)
以此反映钻孔顶角、方位角随孔深而变化的规律。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
一、定向钻孔的类型
1、按施工技术和方法不同分类 （2）受控定向孔 controlled directional hole （人工造斜定向孔 ） 特点：采用人工造斜手段和工艺措施，钻达目的层的钻孔， 需采用专门的定向造斜工具和配套技术。
适应于岩层无造斜作用或造斜作用不够， 以及克服造斜影响的矿区。
弯曲强度与曲率概念相同，都反映单位长度上角度变化。 是为了说明定向孔曲线段的弯曲程度。 2、全弯强
i

total deviation intensity
单位孔身长度的全弯曲角变化量。
i

L

LB LA
（º/m）
sin B cos )
cos
1
(cos
A
cos B sin
2、确定定向钻孔靶点、靶区和遇层角
钻孔靶点、靶区和遇层角由地质部门或工程委托方提出。 靶区形状、大小、位置按施工目孔：首先穿越目的层的钻孔。 分枝孔：从主孔中某点开始分岔，穿越目的层的钻孔。 施工方案 （1）从上往下：分枝孔在主孔之下 （2）从下往上：分枝孔在主孔之上
第一章 定向钻孔轨迹设计
第四节 初级定向孔孔身轨迹设计方法
一、研究钻孔自然弯曲趋势的方法
研究钻孔自然弯曲趋势通常采用统计作图法和相关分析法。 进行统计作图法和相关分析，下列条件应该基本相同： （1）岩石性质和岩层产状 （2）钻孔结构和开孔角度 （3）钻探设备和管材 （4）钻进方法和碎岩工具 （5）钻进规程参数和工艺技术措施 研究结果只适应于同类条件。
在三维坐标系中，原点O代表开孔点； X轴代表南北方向； Y轴代表东西方向； Z轴指地一下方向。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第一节 定向钻孔的空间要素
一、空间要素
1、基本要素 定向钻孔轴线各点的顶角、方位角和孔深称为基本要素。 顶角 drift angle
钻孔轴线上某点沿轴线延伸方向的切线与铅垂线之间的夹角。 方位角 azimuth
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
二、孔身轨迹形式
孔身轨迹常见形式： （1）直线—曲线形式 上直下弯状 开孔施工直线段
曲线段，利用自然造斜或人工造斜钻达靶区。
第一章 定向钻孔轨迹设计
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
二、孔身轨迹形式
孔身轨迹常见形式： （2）直线—曲线—直线形式 直—弯—直型 造斜段
第二节 定向钻孔的类型和孔身轨迹形式
二、孔身轨迹形式
孔身轨迹常见形式： （4）直线—曲线—直线—曲线—直线形式 直—弯—直—弯—直型 稳斜孔段 主要用来施工探采结合油层的丛式井， 降斜孔段 以及特殊要求的集束孔。 直线孔段 直线孔段 增斜孔段
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 一、设计的一般原则
第一章 定向钻孔轨迹设计
第三节 定向钻孔孔身轨迹设计的原则和内容 二、设计的主要内容
6、确定定向孔孔身轨迹参数
在靶点、靶区和范围、遇层角、造斜点、分枝点、曲线段 曲率半径等初步确定的情况下，可进一步确定定向孔其它 轨迹参数。 这些参数包括 ： （1）各孔段长度； （2）各孔段起点和终点的顶角、方位角； （3）各孔段起点和终点的垂深和水平位移； （4）靶点的孔深、顶角、方位角。