第六章2钻孔弯曲与定向钻进
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
01
02
03
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
定向钻进原理与应用
深度和直径。
技术挑战与解决方案
加强钻屑处理和环保措施
采用环保型的钻屑处理技术，减少对环境的污染，同时加强施工现场的环保措 施。
合理选用和维护设备
根据实际需求选用合适的定向钻进设备，并定期进行维护和保养，确保设备的 正常运行和使用寿命。
06
定向钻进未来发展趋势
技术创新与进步
钻进工艺优化
通过改进钻头设计、优化钻进参数等手段，提高钻进效率，降低 成本。
地下管线施工
地下管线施工
定向钻进技术适用于地下管线施 工，如电力、通讯、燃气等管道
的铺设和维修。
非开挖施工
定向钻进技术可以实现非开挖施工， 避免对地面和建筑物的影响，降低 施工成本和风险。
管道修复
定向钻进技术可以对旧管道进行修 复和更换，提高管道的耐久性和安 全性。
城市非开挖施工
城市非开挖施工
定向钻进技术适用于城市非开挖施工，如地铁、 隧道、桥梁等工程的施工和维护。
定向钻进钻具是用于控制钻孔方向的工具，包括弯接头、无 磁钻杆、减震器等。
弯接头可以根据需要选择不同的弯曲角度，以控制钻孔的方 向。无磁钻杆则可以在磁场干扰较大的区域使用，避免磁力 干扰对定向精度的影响。减震器则可以减小钻孔过程中的震 动，提高钻孔精度。
定向钻进测量仪器
定向钻进测量仪器是用于监测和测量钻孔位置、方向和深度的设备，包括测斜仪、陀螺仪、 GPS定位系统等。
泥浆性能的稳定。
测量与纠偏
测量定位
纠偏措施
使用测量设备对钻孔的位置和角度进 行实时监测，确保钻孔的准确性。
在钻进过程中，如发现钻孔偏离预定 轨迹，采取相应措施进行纠偏，以确 保钻孔质量。
数据记录
记录钻孔的各项参数，如钻进深度、 角度、方位等，为后续分析提供数据 支持。
《岩土钻掘工程学》课程教学大纲
《岩土钻掘工程学》课程教学大纲（2013年修订，58学时）该课程是一门实践性非常强的主干专业本课程。
因此，该课程教学分三大部分：课堂（理论）教学46学时、伴随课堂教学的实验教学12学时、实训教学（课堂教学前的教学实习3周、课堂教学后的生产实习7周，课外执行）。
本大纲主要针对课堂教学和实验教学部分。
一、课程的性质与任务1、性质：专业课2、目的和任务：本课程主要讲述钻探过程中的的基本工艺原理、各主要钻进方法的工艺技术及保证钻探质量的各种工艺原理及方法。
通过本课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理，基本掌握各种工艺方法。
通过实践教学环节使学生掌握一个机台的基本组成情况（人员及技术力量、设备、钻具、仪器、材料等）。
从生产技能上讲应具有能组织一个机台生产的能力，具有一个熟练班长的基本技能。
从技术水平上讲，应对一个矿区的钻探生产起到一个工程师的作用，应能根据地质、岩层等情况和地质要求进行整个矿区的钻探工艺设计和钻探施工管理，保证钻探六大质量指标全面完成。
二、课程的基本内容：第一章绪论第1节岩土钻掘工程的发展和应用第2节钻进的基本过程第3节钻进方法分类第二章岩土的物理力学性质及其破碎机理第1节岩石的物理力学性质概述第2节外载作用下岩石的应力状态第3节岩石在外载作用下的破碎机理第4节岩石的可钻性指标及坚固性系数第三章钻掘设备及管具第1节钻机第2节钻塔第3节泵及钻井液处理装置第4节空气压缩机第5节钻杆及套管第四章回转钻进钻头与工艺第1节钻进效果指标及钻进规程参数间的关系第2节硬质合金钻进碎岩过程及钻进工艺第3节金刚石钻进碎岩过程及钻进工艺第4节牙轮钻进碎岩过程及钻进工艺第5节钢粒钻进碎岩过程及钻进工艺第6节全面钻头及其钻进工艺第五章冲击、振动载荷作用下的钻进技术第1节概述第2节冲击碎岩机理第3节冲击回转概述第4节液动冲击器及其原理第5节气动潜孔锤原理第6节冲击回转钻头第7节冲击回转钻进规程第8节钢丝绳冲击钻井第9节振动及声波钻井第六章钻井液第1节钻井液的功用与分类第2节泥浆性能及其测试方法第3节造浆粘土与处理剂第4节钻井泥浆配方设计第5节无粘土与气体型钻井液第6节钻井液的循环与固控第七章护壁堵漏第1节复杂地层分类及治理方法综述第2节井壁稳定性及漏涌地层分析第3节水泥护壁堵漏第4节化学浆材及特殊护壁堵漏工艺第八章钻孔弯曲与防治第1节钻孔弯曲及其危害第2节钻孔弯曲的原因及规律第3节钻孔弯曲度测量及仪器第4节钻孔轨迹的描述方法第5节钻孔弯曲的预防与纠正第九章钻探取样第1节钻探取样概述第2节常用取心工具及方法第3节绳索取心工具第4节反循环钻进取心第5节水平井钻进取心钻具第6节岩粉采集和岩样补取第7节特种取心技术三、课程的基本要求注重基础性、系统性和实用性，突出理论联系实际和工程理念。
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。
定向钻进a讲解
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
第四节 钻孔弯曲的测量及仪器
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
一、顶角测量原理
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。
二 钻孔轨迹弯曲强度
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
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。 顶角弯强：钻孔轴线单位长度上顶角的变化量；
钻孔弯曲与测量
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
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。
钻孔弯曲与定向钻进
工程钻探学课件
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第四节 钻孔弯曲的测量方法与仪器 一、钻孔弯曲测量原理 1、顶角测量原理 重锤测量钻孔顶角的原理
当仪器在垂直孔内时，刻度盘上 的0°正对准弧形竖板T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
工程钻探学课件
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5）软、硬岩层换层时， 钻孔的顶角和方位角易发 生变化。当钻头由软岩层 进入硬岩层时，如钻孔轴 线与岩层层面夹角小于 30°，则钻孔易顺岩层倾 斜方向弯曲
工程钻探学课件
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第八章 钻孔弯曲与定向钻进
第三节 钻孔弯曲的原因和规律 1、地质方面
5）软、硬岩层换层时， 钻孔的顶角和方位角易发 生变化。当钻头由硬岩层 进入软岩层时，钻孔向硬 岩层倾斜方向弯曲，但弯 曲不大
第四节 钻孔弯曲的测量方法与仪器
二、钻孔轨迹的绘制
一般把钻孔轨迹表示在垂直平面和水平平面上。 在垂直平面上绘制剖面图，而且，第一，使图上每一点的 孔深与空间钻孔轴线对应点的孔深一致；第二，使图上每 一点的顶角与空间钻孔对应点的顶角一致。 在水平平面上绘制钻孔水平投影。水平投影反映空间钻孔 每点方位角的变化。
钻孔在软硬互层的倾斜岩层中钻进时，因钻头在同一个接触 面上，有不同可钻性的岩石存在，由于钻进时压力和速度的 不同，使钻头的钻进方向发生改变而造成钻孔偏斜。
工程钻探学课件
第8页/共54页
第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第三节 钻孔弯曲的原因和规律 1、地质方面
1）钻头在松软地层中遇到 大砾石时，钻孔易沿砾石 斜面弯曲
第三节 钻孔弯曲的原因和规律 1、地质方面
5）软、硬岩层换层时， 钻孔的顶角和方位角易发 生变化。当钻头由软岩层 进入硬岩层时，如钻孔轴 线与岩层层面夹角大于 30°，钻孔向垂直于岩层 倾斜方向弯曲。
《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
定向钻方案
定向钻方案定向钻方案1. 引言定向钻是一种在地下进行水平或斜向钻探的技术，广泛应用于油井、煤矿及地质勘探等领域。
本文将介绍定向钻的基本原理、设备要求以及操作流程，帮助读者了解定向钻方案的实施过程。
2. 定向钻的基本原理定向钻的基本原理是利用转动钻头产生的旋转力和下压力，通过合理调整钻头的位置和倾斜角度，使钻孔沿着设定的方向进行钻探。
定向钻主要通过以下几个要素来实现钻孔的定向：- 钻头倾斜- 钻头旋转- 钻杆压力及转动控制通过合理地控制这些要素，可以实现在地下进行水平或斜向钻探。
3. 定向钻的设备要求实施定向钻的过程中，需要使用到以下几种设备：3.1 定向钻机定向钻机是实施定向钻的关键设备，它需要具备以下要求：- 机身坚固，能承受钻探过程中产生的大压力和弯曲力。
- 高精度的方向控制系统，能准确控制钻孔的倾斜角度。
- 强大的钻进能力，能够钻探各种类型的地层。
3.2 定向测斜工具定向测斜工具用于测量钻孔的倾斜角度和方向，一般由测斜仪和旋转传感器组成。
测斜仪用于测量钻孔的倾斜角度，旋转传感器用于测量钻孔的方向。
3.3 钻杆组件钻杆组件用于连接钻头和定向钻机，以传递旋转力和下压力。
钻杆组件需要具备足够的强度和刚度，以满足定向钻的要求。
4. 定向钻的操作流程实施定向钻需要按照以下流程进行：4.1 准备工作在开始定向钻之前，需要进行一系列的准备工作，包括选择合适的定向钻机和钻杆组件，准备定向测斜工具，检查设备是否正常工作，确保施工现场的安全等。
4.2 钻井设计钻井设计是定向钻的关键环节，需要根据工程要求和地质条件确定钻孔的方向、倾斜角度和钻进路径等参数。
一般情况下，钻井设计需要借助计算机软件来进行模拟和优化。
4.3 定向钻施工定向钻施工是按照钻井设计要求进行钻井的过程。
在施工过程中，需要严格控制钻头的倾斜角度和方向，通过实时监测钻井参数和测斜数据，及时调整钻进路径。
4.4 完井操作定向钻完成后，需要进行完井操作，包括固井、完善井筒完整性、安装套管等。
钻孔弯曲与定向钻进共57页PPT
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
定向钻井复习资料
1、何为定向钻进与定向钻孔，他与常规钻井的区别是什么?1）定向钻进的含义石油钻井中对定向钻进技术的定义为沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层位的钻井方法。
地质勘探中对定向钻进技术的定义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设计要求进行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。
国外有文献认为是为了钻达到一个预定的地下目标，使井眼在特定方向偏斜的工艺和科学。
2）定向钻孔的含义。
定向钻井是指用定向钻进方法控制井眼轨迹钻到预定目标的钻井。
3）它与常规钻井的区别定向钻井设计有特殊的轨迹，钻进中必须研究和利用地层自然弯曲规律、井眼控制理论或人工造斜工具控制井眼轨迹，最终钻达预定目标要求。
2、自然弯曲定向孔与人工弯曲定向孔的含义是什么？1）自然弯曲定向孔：利用地层在一定钻进条件下的自然弯曲规律设计钻孔轴线，通过移动井位或改变开孔顶角、方位角，采用常规钻进技术工艺，必要时利用井斜控制理论辅以一般的增斜、减斜措施，达到基本按设计的钻孔轴线钻达目的层的钻孔。
自然弯曲定向孔又称初级定向孔。
2）人工弯曲定向孔：采用人工造斜技术强制进行人工弯曲，并克服钻孔自然弯曲的影响，或利用钻孔自然弯曲规律与人工造斜工具强制进行人工弯曲相结合，使钻孔按设计轨迹钻达目的层的钻孔。
又称受控定向孔。
3、何为钻孔轴线，它有哪三种表述形式？1）钻孔轴线：是表征井眼空间形态的轨迹线2）三种表述形式：a、设计钻孔轴线：钻井施工前，根据地质目的、工程要求和施工条件，对所要施工的钻井进行轴线轨迹设计并绘制出设计轴线的轨迹。
b、实际钻孔轴线：钻头沿孔底破碎面中心移动时形成的点的实际几何轨迹。
它仅具有抽象意义c、近似钻孔轴线：对钻孔轴线有限点进行测量和计算，并以测量计算的数据为依据，用直线或曲线的形式描述井眼轴线在空间的形态变化。
它并不是实际井眼轴线，仅与实际井眼轴线近似，但却具有实用意义。
4、钻孔轴线的空间要素包括哪些？其定义是什么？1）定向钻孔轴线的空间要素包括：钻孔轴线上各点的井斜角、方位角和孔深，靶点的垂深和水平位移，曲线段的曲率或弯曲强度，以及钻孔轴线的遇层角等。
其它钻进方法分解课件
定向钻进的优势与挑战
优势
定向钻进技术具有高精度、低成本、低污染等优势，能够提高施工效率、降低 工程成本，同时减少对周围环境的影响。
挑战
定向钻进技术需要专业的技术人员和设备，同时需要严格控制施工过程，以确 保钻孔精度和施工质量。此外，在复杂地质条件下，定向钻进施工难度较大， 需要采取相应的技术措施。
优势
井筒钻进技术具有高效率、低成 本、高精度等优点，能够满足大 规模地下工程建设的需求。
挑战
井筒钻进技术需要面对复杂的地 质条件和施工环境，对技术和设 备的要求较高，同时需要严格控 制施工质量和安全。
04
顶驱钻进
顶驱钻进技术介绍
顶驱钻进是一种利用顶部驱动系统进 行钻井作业的技术。该技术通过顶部 驱动系统提供动力ห้องสมุดไป่ตู้带动钻杆、钻头 等钻井工具进行钻井作业。
顶驱钻进技术具有高效、安全、环保 等优点，广泛应用于石油、天然气、 地热等领域的钻井作业。
顶驱钻进的应用场景
01
顶驱钻进适用于各种类型的钻井 作业，包括陆地钻井、海洋钻井 、沙漠钻井等。
02
在深水、超深水、极地等复杂环 境中，顶驱钻进技术具有较高的 适用性和可靠性。
顶驱钻进的优势与挑战
顶驱钻进的优势在于高效、安全、环保，能够提高钻井作业的效率和安全性，减 少对环境的影响。
连续管钻进的优势在于提高钻井效率、 降低钻井成本、减少环境污染等方面。
连续管钻进能够适应复杂地层和环境， 连续管钻进面临的挑战包括高成本、技
减少钻井事故和复杂情况。
术难度和特殊地层的适应性等问题。
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02
水平钻进
水平钻进技术介绍
水平钻进是一种钻井技术，通过 定向钻井和水平井技术实现。
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-43/41.0-3.42.4320500682-412522023/8TBG23/8TBG5LZ90×3.59031/241/2-61.0-
3.42.860080010153-8100-18027/8TBG23/8REG
第六章 孔斜控制与定向钻进技术
一、深孔钻进方向控制的意义
防止孔斜超差是钻探质量的一项重要指标， 是钻探获取准确地质资料的基本要求。
定向钻进是钻探、钻井工程领域近来迅速 发展的新技术方法。它的优势体现在越来 越广泛的用途上。
纠正钻孔弯曲 绕过事故钻具 斜孔、弯曲孔达到的地质和工程目的 多底分支孔（垂直和水平），节约勘探成本 水平孔钻采石油天然气 可溶性矿床钻采对接孔 煤层气羽状孔 非开挖水平定向钻进铺管
78 口井中共钻 535主分支（legs），钻出100万英尺 分支井，主支井中最多达 12 个分支(lateral)地点： Galveston, Texas 公司：Larry Comeau andCurtis
Cheatham Larry Precision Drilling
二、钻孔轨迹三维量化
角值，从而得到钻孔顶角和钻具控向面角。其测试精度高，测试速 度快，是现代钻探孔斜测试的发展方向。
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X A
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图17 二维和三维传感器正交安装示意图
3、电子罗盘
电子罗盘由三维磁阻传感器、两个倾角传感器和MCU 构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是 在磁力仪非水平状态时进行补偿；MCU处理磁力仪和倾角 传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。用它可以 准确、迅速地测试钻孔方位角。
由空间几何学和计算机图形技术结合，形 成钻孔轨迹三维量化可视化程序，大大提 高了快速分析钻孔弯曲情况的能力。
方位角 钻孔顶角（井斜角、俯仰角）
三、孔斜测试技术
1、传统测斜仪 重锤式、氢氟酸玻管式、机械磁针罗盘式、照
相记录式、钻杆定向式等均为上世纪80年代以前 的测斜仪型式。
2、加速度计测斜仪 其原理是由2个相互正交安放的微型电子加速度传感器获得的2个重 力加速度分量进行合成计算，得到唯一的1个倾斜角值和1个工具面
弯外管是带有一定偏转角度的一段弯钻杆，使钻头（孔底钻具）与钻 杆间形成一定的偏角，两端分别连接钻杆和孔底钻具。在水平定向钻 进中，当钻杆不回转时，利用该偏转角提供的扭矩，使钻孔按照弯外 管弯曲的方向发生偏斜，是定向钻进中控制钻孔弯曲的关键部件。其 弯曲的程度决定了造斜强度。
无磁钻具是为使用电子罗盘或罗盘进行方位角测量而设计的。电子罗 盘或罗盘进行方位角测量的原理是利用地球磁场，以地球磁场作为参 考，从而确定钻具的方位角。一般的钻具都是钢铁制成的，对地磁场 有严重的屏蔽作用，如果将电子罗盘传感器放入钢铁制成的钻具里， 是无法测出钻具此时的方位角的。为了解决钢制钻杆屏蔽地磁场问题， 在使用电子罗盘时，必须配套使用一段无磁钻具。无磁钻具是由非磁 性材料制成，同时具有一定的强度，能够传递扭矩和钻压。
(2)钻机钻塔要对正，立轴倾角、方位要符 合开孔的设计要求。钻进过程中要经常检 查和校正立轴方向。
(3)保证按设计方向开孔，开孔粗径钻具要 直，孔口管要按设计方向固定牢。
3、采用合理的钻进方法和规程参数 (1)尽可能采用小口径钻进，避免钢粒钻进，恰当
选用冲击回转钻进。
(2)钻进规程参数的合理选择应能保证较高机械钻 速，减小孔壁间隙，减小下部钻具弯曲。
它的最大应用特点之一是不受地磁影响。
四、防斜保直钻进技术要点
（一）、造成孔斜的原因 地质因素：斜向构造，层理、片理发育，
软硬互层，破碎、溶洞、卵砾石 工艺技术因素：开孔垂直度、下部弯曲、
下部重力、扶正性差、孔壁超径、孔壁软 弱、粗径钻具、钻进方法、轴压过大、转 速与泵量
（二）、一般防斜措施
1、按照地层条件布置和设计钻孔 (1)按勘探网布置钻孔时，尽可能使钻孔垂直于岩
由加速度计和电子罗盘组成的 岩心钻探回动物体方位的仪器。其原理是：一个高速旋转物 体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。
陀螺仪由3个相互正交的高速电机组成，一般能达到每分钟几万转以上，从而始 终保持既定方向，安装在定向钻头上，能随钻测试钻具三维方向。
孔底钻具内部有一套方向检测仪器，可以随钻检 测孔底钻杆倾斜角、钻具方位角和钻具面向角三 个关键参数。在非开挖定向钻进中，多通过有缆 方式将所测得的信号经钻杆传至地面。也可以用 泥浆脉冲方式传输信号。
信号到达地面后，反映孔底钻具方向的三个关键 参数可以直接读出，并经过对钻杆倾角和钻具方 位角的累加计算获得当前孔底钻头所在的地下空 间位置。再通过调整钻具面向角来确定接下来的 钻进方向。
对钻具位置是从入土点开始，根据钻具倾角
和方位角的变化，间接计算出钻具位置的变 化，进行累加计算获得。
D1 D2 D3
z
o
x
D4 Di
y
D i+1
螺杆钻具主要技术参数 例1
钻具型号外径尺寸井眼尺寸in钻头水眼压降MPa马 达压降MPa工作扭矩N.M最大扭矩N.M推荐钻压 KN最大钻压KN马达流量L/S钻头转速r/min连接 螺纹mmin上下5LZ65×3.56529/1631/8-41.0-
五、定向钻进原理与钻具
1、偏心楔人工弯曲
2、机械式连续造斜
3、螺杆马达造斜定向
螺杆马达（又称泥浆马达）的又一功能就 是定向钻进。孔底钻具由一弯接头和一孔 底动力钻头构成，动力钻头内有一液力螺 杆马达。钻杆和弯接头固为一体，动力钻 头与弯接头之间可相对转动（如图3-1-9）。 造斜时，钻井液通过钻杆进入动力钻头， 驱动螺杆马达旋转，带动钻头碎岩，而钻 杆和弯接头不回转，只传递轴向给进力， 由此钻出弧形造斜孔。
4.正确选用钻具 (1)钻具应直而圆、不弯曲、不偏心、连接后同心
度好.粗径钻具应有足够长度。 (2)应尽可能采用钻锭加压，钻挺重量应大于孔底
所需钻压，使中和点落在钻挺上。
(3)扩孔或换径时，钻具必须带有导向。
（三） 钟摆、钻铤、满眼钻具
（四）主动垂钻系统 基本原理：孔底钻具径向顶推
层层面及岩层走向，尽可能避免穿过溶洞、老窿， 尽量减少破碎、松软、 卵砾石层的工作量。
(2)必须穿过松软、破碎、厚的砂卵砾石覆盖层、 裂隙及 溶洞地层时，应尽可能设计垂直孔。
〔3)对软硬不均，层理、片理发育的地层，所设 计钻孔的方向应力求与层理面垂直。
2、确保设备安装和开孔质量
〔1)设备安装前，地基要平整、坚实，基台 木要水平、稳固。