钻孔弯曲测量的原理及其方位角测量原理
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
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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：
第六章 钻孔弯曲与测量
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
吉林大学建设工程学院
2013-8-23
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）
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
吉林大学建设工程学院
2013-8-23
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。
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 。
THANKS
感谢观看
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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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
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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
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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。
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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
钻探工艺技术 第七章 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。
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）。
钻孔角度测量方法
钻孔角度测量方法
一、钻孔倾角的测量：钻机稳钻的过程中，钻孔倾角的测量采用坡度规直面靠在钻机跑道底部或者钻杆上，利用让引线自燃下垂，以坡度规刻度重合处为钻孔倾角。
如图：
二、钻孔偏角的测量：钻机稳钻的过程中，钻孔偏角的测量方法采用直角三角形的斜边与夹角的关系原理，制定钻孔偏角参数表，采用卷尺进行测量对比。
ZDY-750型钻机为例：钻机长2150mm,钻孔偏角参数为：
750型钻机偏角参数
如图所示，机头偏离中线1529mm,机尾偏离中线960mm，1529-960=569mm，对照钻孔参数表偏角为：左偏15°。
钻孔弯曲与定向钻进
工程钻探学课件
第21页/共54页
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
第22页/共54页
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
第12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
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。
第四章钻孔弯曲及测量全解
第一节 钻孔的空间位置 第二节 钻孔弯曲的机理 第三节 钻孔弯曲的原因和规律性 第四节 钻孔弯曲的测量
实际钻孔轨迹偏离设计的钻孔轨迹，称为
钻孔弯曲或钻孔偏斜 hole deviation。
规范规定，钻孔顶角最大允许弯曲度： 垂直孔不超过20/100m；倾斜孔不超过30/100m。
i i 1
cos
i i 1
第一节 钻孔的空间位置
三、钻孔轨迹弯强 顶角弯强 drift deviation intensity ： 单位孔身长度的顶角变化。
B A i L LB L A
第一节 钻孔的空间位置
三、钻孔轨迹弯强 方位角弯强 deviation intensity of azimuth ： 单位孔身长度的方位角变化。
x A x0 L A sin cos y A y0 L A sin sin z A z 0 L A cos
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 对于曲线型钻孔来说，钻孔轨迹上的每一点 可能具有不同顶角和方位角。 钻孔轨迹上任一点的顶角 应理解为该点钻孔轴线的 切线与铅垂线的夹角 ； 方位角则是该点钻孔轴线 切线的水平投影与正北方 向的夹角，从正北方向起 按顺时针方向计算。
第一节 钻孔的空间位置
一、直线型钻孔
方位角 azimuth 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。
方位角变化范围为0～3600。 孔深 L depth of hole 是指孔口到测点钻孔轴 线的长度。
第一节 钻孔的空间位置
一、直线型钻孔 钻孔轴线上任一点的坐标：
《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
《钻孔弯曲与测量LU》课件
2 问题探讨
提出一些问题以促进 学习讨论和思考，帮 助您进一步理解和应 用所学知识。
3 学习心得
分享您在学习本课件 过程中的心得体会和 收获，以及对未来学 习的展望。
《钻孔弯曲与测量LU》 PPT课件
钻孔弯曲与测量LU课件将带领您深入了解钻孔弯曲的原因分析、曲度测量方 法以及LU测量的原理和过程实现。掌握这些知识，您将能够更好地理解并应 用于实际工程中。
简介
1 学习目标
通过本课件，您将学会钻孔弯曲与LU测量的基本概念和方法，并能够实际应用于工程领 域。
2 知识回顾
LU测量
1 原理简介
了解LU测量的定义和原理是学习本课件的重要一环。我们将详细介绍LU测量的基本概念 和LU合理性原则。
2 过程实现
学习如何进行LU测量是课件的重点之一。我们将逐步介绍LU结
1 重点回顾
简要总结本课件的重 要内容，以便您能够 更好地理解和记忆所 学知识。
在学习本课件之前，请回顾一下相关的钻孔和测量知识，以便更好地理解课件内容。
钻孔弯曲
1 原因分析
2 曲度测量方法
了解钻孔弯曲的原因分析对于避免工程 事故以及提高工作效率至关重要。原因 可以包括材料因素、工艺因素和设备因 素。
曲度测量是检测和评估钻孔弯曲程度的 关键。我们将介绍传统方法和现代方法， 并进行比较分析以确定最佳测量方法。
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。
钻孔弯曲影响因素和弯曲机理
2 钻孔弯曲影响因素和弯曲机理钻孔弯曲是打钻施工过程中普遍的、大量存在的现象，用现有的各种方法钻进时钻孔总会在某种程度上必然地偏离预定方向。
要使定向长钻孔顺利钻进，必须对钻孔弯曲的性质和机理作详尽的研究。
掌握了弯曲的原因和规律，在设计定向钻孔时，就能在某种程度上利用它们，减少钻孔偏离预定方向的程度。
2.1 钻孔弯曲影响因素钻进过程中钻孔弯曲是主、客观因素共同作用的结果。
地质因素是钻进时的客观因素，技术和工艺因素是钻进时的主观因素。
在不同的条件下，两类因素对钻孔弯曲的影响程度是不同的，有时地质因素是主导因素，有时技术和工艺因素是主导因素。
2.1.1 钻孔弯曲的地质因素影响钻孔弯曲的地质因素主要是钻进岩层的硬度，研磨性、密度、矿物成份、变质程度及结构构造等。
地质因素的影响主要表现为造成岩石的非均质性，它对钻孔方向及其特征有着多种作用。
岩层的层理、片理、裂隙、断层、软硬互层、溶洞、卵砾石等结构构造使岩层具有不均质性。
在这种岩石中钻进时，钻头在孔底受力不平衡，引起钻孔弯曲。
其中层理、片理和软硬互层对钻孔的弯曲最具影响。
对岩石的大量测定和钻进实践表明，具有层理、片理的岩层，其物理力学性质在各个方向上不同，此种特性称为岩石的各向异性。
在垂直于层理方向的硬度最小，破碎阻力最小，破碎速度最快；在平行于层理方向的硬度最大，破碎阻力最大，破碎速度最慢；与层理斜交方向岩层的硬度、破碎阻力、破碎速度介于两者之间。
最大硬度与最小硬度的比值称为岩石的各向异性指数。
图2-1 为钻头在与地层面的不同方向钻进时的钻孔破碎情况，图中 a 是钻头垂直于地层层面钻进，钻孔为圆形，不发生弯曲；b 是钻头与地层层面斜交，钻头受一个来自地层下倾方向的力──地层造斜力的作用，使钻头轴向力图向垂直于地层层面方向偏移，钻孔呈椭圆形；c 中由于垂直于地层层面方向的硬度小，孔壁岩石易破碎，形成的钻孔直径较大，孔壁间隙大，使钻头稳定性差，钻孔也容易弯曲。
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。
钻孔方位角量取方法
钻孔方位角量取方法为了确保钻孔按照设计参数进行施工，结合现场实践，现介绍几种常用的量取方法，以供参考。
1 用罗盘量取在预施工钻孔的位置（工作面迎头，巷帮，钻场等）定好开孔位置，用罗盘先测量巷道中线的方位角，在定好的孔位处测量钻孔与中线的方位角时，取所量巷道中线的方位角度的度数再加减所确定的钻孔方位角的度数，即钻孔与中线的方位角。
2 用度尺量取目前在我矿用度尺量取方位角比较常见，步骤如下：①找出巷道中线若在工作面迎头施工钻孔时巷道中线吊挂比较方便，只需沿激光线悬挂3根垂线，然后用一条水平线将3根垂线相连即可。
若在巷帮或钻场施工钻孔时，还需要吊挂一条与巷道中线垂直且水平相交的线作为量取巷帮或钻场钻孔方位角的基准线。
②平移中线在钻孔施工位置拉一条与基准线垂直且水平相交的线，用度尺进行校正，在度尺的中心点有一条黑细线，将此条细线与水平线平行相交，则此时度尺的0°线即为平移的中线。
③沿钻孔或与钻孔平行的位置拉线与所平移的中线（即度尺的0°线）相交，此时的夹角即为钻孔的方位角。
3 用确定的钻孔方位角的正弦函数值量取在预施工钻孔的位置，将巷道中线平移至所定孔位处，挂线、连线（方法同2—①，②项），钻杆前端钻头抵至孔位处。
量取钻杆是上距工作面1米点到已平移中线的垂直距离（所确定的方位角的正弦函数值），即钻孔与巷道的方位角。
4 注意事项①平移中线时要准确，平移中线的垂线要尽量避免被风吹动（垂线下端悬挂铅垂）。
②量取方位角所使用的线绳不宜过粗，以免影响测量精度。
③水平线要用度尺进行校正，避免因倾斜影响量取方位角的准确性。
④用罗盘量取预测（效检）钻孔的方位角时，因巷帮金属对罗盘的磁针有影响，量取的角度有偏差。
钻孔投影
实习七钻孔投影一、实习目的钻孔投影（钻孔弯曲度校正）是制作各类剖面图、投投影图时投绘钻孔资料的必要一步。
通过本实习使大学生掌握二、方法原理1、钻孔投影的原始资料钻孔投影是根据系统的孔斜测量结果进行，即根据在一定的孔深所测量钻孔的倾角和方位角进行。
例如下表所提供表VII-1 某钻孔孔斜测量数据2、各测量点的控制深度和控制距离的计算设在 i 点和 i+1 点的测量深度分别为 hi和hi+1 ，（i=1，2，…，n）。
则这两点间的控制深度为其中= 0（地表），= 终孔深度。
控制距离则为相邻控制深度之差。
（表VII-2）表VII-2某钻孔投影计算数据3、钻孔投影的解析法1）控制距离间线段的投影线段投影原理是钻孔投影的基础。
由于勘探线地质剖面垂直于矿体走向布置，所以最常用的是垂直投影。
下面介绍如图7-1所示，AB是空间线段。
A点在与勘探线剖面平行的垂直投影面P上，B点在水平投影面Q上。
A点在Q平角为ω。
AB的倾角为β，顶角为α。
过B点向P、Q两平面的交线引垂线，交于C点。
OC方向为投影面P的方位，方为AC为AB在P平面上的投影。
这样一来，将线段AB分解为在垂直方向上的分量ΔZ（AO），在剖面方向上的分量坐标系统如图7-1所示。
x为剖面方向；y为垂直于剖面的方向（即偏离剖面方向），在x方向左侧为正，右侧为令线段AB的长度为l，由图7-1可得：（VII-1）（VII-2）（VII-3）（VII-4）2）各控制点坐标的计算已知A点的坐标为（xi，yi，zi），欲求B点的坐标（xi+1，yi+1，zi+1）。
如果已计算得到两点间的增量Δx，（VII-5）（VII-6）（VII-7）若孔口坐标已测定，在求得各段的坐标增量后，就可根据式（VII-5）、（VII-6）、（VII-7）依次计算，得到各钻孔在剖面图上的投影。
在平面图上一般不将全部钻孔投影线绘出，只绘矿层中点等特殊点的投影。
3）钻孔中地质界线点的投影地质界线点的投影计算，首先要确定该点落在哪个孔段，也就是要确定用于计算的倾角、方位角的数值。
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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。
二、方位角测量原理
根据钻孔方位角的定义，方位角的测量必须满足两个条件：一是该角度必须是钻孔轴线上某点的切线方向与地北的夹角，其二该角度必须是水平面上的角度。
在无磁性干扰或干扰很小的孔段中，可利用地磁场定向原理；在有磁屏蔽(如在套管内)或磁干扰较大(如存在磁性矿体)的孔段中，因为磁针失去定向能力，可用地面定向原理。
1、地磁场定向原理
地磁场定向原理是利用罗盘磁针的指北特性或磁敏感元件(磁通门)确定倾斜钻孔的方位角。
因此，测量时罗盘必须处于水平状态，并且罗盘上0°线必须指向钻孔弯曲方向。
为了满足这些要求，罗盘的转动轴应垂直于钻孔弯曲平面，并且在其下部装有重块，使罗盘保持水平。
此外，罗盘上0°与180°连线及框架上的偏重块都在框架的垂直平分平面内(即钻孔弯曲平面内)，偏重块与180°线同侧。
这样一来，在倾斜钻孔中180°线必定指向钻孔弯曲方向。
此时，0°线与磁针指北方向的夹角就是钻孔的磁方位角(图17-4)。
图17－4 地磁场定向原理测钻孔方位角示意图
2、地面定向原理
在地面将一定位方向设法传到孔内各个测点。
如图17-5所示，若取地面定位方向为OA，其方位角为α0，OA在圆O′上的投影为O′A′。
钻孔弯曲平面的方向为OB，其方位角为α1，令∠AOB＝α1-α0 ，OB在圆O′上的投影为O′B′。
若令∠A′O′B′＝ф，则此在钻孔横截面上的ф角，即为终点角。
图17－5 地面定向原理测钻孔方位角示意图
根据投影几何，可有以下关系：tgα＝tgфCOSθ
式中：α--已知定位方向与钻孔倾斜方向间的方位角差；
ф-终点角；
θ--测点处钻孔顶角。
目前采用地面定向原理测钻孔方位角的具体方法有钻杆定向法、环测定向法和陀螺惯性定向法。