近水平定向钻孔设计与计算

αB —— A、B两点的钻孔倾角，(º)；
18
三、钻孔轴线及相关参数
6
一、基本概念
磁方位角＝真方位角+ （－东磁 东磁） 磁方位角＝真方位角+西磁 （－东磁）
θc =θz ± λ
例 ： 西安地区磁偏角为 西磁2 29´ 西磁 2º29´, 真方位角为 120º ， 磁方位角 ？ 若再 120º 磁方位角？ 已知坐标纵线磁方位角 100º 坐标方位角？ 为100º，坐标方位角？
θ 2）从磁子午线算起的称之为“磁方位角 c ” ，主要用 从磁子午线算起的称之为“ 于航空、 于航空、航海 ；
3）从坐标系纵线算起的称之为“坐标方位角 ” ，主 从坐标系纵线算起的称之为“ θ 要用于科研生产中，简单、直观。 要用于科研生产中，简单、直观。 4）角度值介于0°—360°之间。 角度值介于0 360°之间。
4
一、基本概念
4、方位角（azimuth） 从广义上讲，方位角的概念是 方位角（azimuth） 从广义上讲， 指目标方向与基准方向所夹的水平角。 指目标方向与基准方向所夹的水平角 。 在测量中通常 种方向被采用，分别为真子午线、 有3种方向被采用，分别为真子午线、磁子午线和坐标 纵线。 纵线。 1）从真子午线算起的称之为“真方位角 z ”，主要用 从真子午线算起的称之为“ θ 于精密测量； 于精密测量；
2
一、基本概念
1、定向钻进
石油钻井中对定向钻进技术的定义为沿着预先设计的孔眼轴线 钻达目的层的钻孔方法。 钻达目的层的钻孔方法。 地质钻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。 一种钻进方法。 国外有文献认为是为了达到一个预定的地下目标， 国外有文献认为是为了达到一个预定的地下目标，使孔眼在特 定方向偏斜的工艺和科学。 定方向偏斜的工艺和科学。 定义的内涵本质是定向钻进有预定目标的。根据设计要求， 定义的内涵本质是定向钻进有预定目标的。根据设计要求，该 目标可以是地下某一点，也可以是孔眼轴线或特定方向和角度， 目标可以是地下某一点，也可以是孔眼轴线或特定方向和角度， 采用一些科学的人为可以控制的技术方法与机具有目的地将钻孔 轴线由弯变直或由直变弯，使之钻进达到目标要求。 轴线由弯变直或由直变弯，使之钻进达到目标要求。
14
三、钻孔轴线及相关参数
（三）确定钻孔轴线空间位置的几何参数 1、倾角(α)：钻孔轨迹上某点的切线与水平面之间的 倾角(α)： 夹角。 夹角。 2、磁方位角 (θc)：钻孔轨迹上某点切线在水平面上 磁方位角(θc) 的投影与磁北方向 之间的夹角, 的投影与 磁北方向之间的夹角 , 并且从磁北方向开始 按顺时针方向计算。 按顺时针方向计算。 3、孔深(L)：孔口到钻孔轨迹上某点的钻孔轴线的长 孔深(L)： 度。
10

二、定向钻孔的类型
（1）一级分支定向孔。所有分支孔从同一主孔分 一级分支定向孔。 支。 a．平面型一级分支定向孔。如单向羽状孔、双 平面型一级分支定向孔。如单向羽状孔、 向羽状孔。 向羽状孔。b．空间型一级分支孔。分支孔从主孔按 空间型一级分支孔。 任一选定顺序向几个方向弯曲到达预定目标， 任一选定顺序向几个方向弯曲到达预定目标 ， 它又 称空间型集束孔。 称空间型集束孔。 （2）多级分支定向孔。 主干孔中有分支孔，分支 多级分支定向孔。主干孔中有分支孔， 孔中再有分支孔。 孔中再有分支孔。
13
三、钻孔轴线及相关参数
（二）钻孔轴线空间要素（参数） 钻孔轴线空间要素（参数） 钻孔轴线的空间形态可以用轴线上的一些参数来 表征。定向钻孔轴线的空间要素包括： 表征。定向钻孔轴线的空间要素包括：钻孔轴线上各 点的倾角 磁方位角和孔深，钻孔垂深、水平位移和 倾角、 点的倾角、磁方位角和孔深，钻孔垂深、水平位移和 左右偏差，以及曲线段的曲率或弯曲强度等。 左右偏差，以及曲线段的曲率或弯曲强度等。 根据钻孔轨迹的基本要素， 根据钻孔轨迹的基本要素，就可以利用一定的计 算方法，求出轨迹上每一点的空间坐标。 算方法，求出轨迹上每一点的空间坐标。
8
二、定向钻孔的类型
（二）按设计钻孔轴线形状分类
1、两维平面定向孔。是指孔眼轴线轨迹 两维平面定向孔。 只在某个铅垂平面（水平平面） 只在某个铅垂平面（水平平面）上变化的定 向孔，倾角（方位角）是变化的， 向孔，倾角（方位角）是变化的，而方位 角（倾角）是不变的。 倾角）是不变的。 2、三维定向孔。指孔眼轴线轨迹在三维 三维定向孔。 空间中变化的定向孔。 空间中变化的定向孔。孔眼轴线可以是任意 三维空间内， 三维空间内，也可以在三维空间的某个倾斜 平面上。既有倾角的变化，又有方位角的变化。 平面上。既有倾角的变化，又有方位角的变化。 轨迹型式有曲线型、折线型、直线与曲线的多种组合。 轨迹型式有曲线型、折线型、直线与曲线的多种组合。
17
三、钻孔轴线及相关参数
∆α αB −αA （1）倾角弯曲强度 iα ：α = ） i = ∆L LB − LA
（2）方位角弯强 iθ ： ） 式中： , α
A
∆θ θB −θA iθ = = ∆L LB − LA
θA ，θB —— A、B两点的钻孔方位角，(º)；
LA , LB —— A、B两点的孔深，m；
井下千米定向钻进装备与工艺培训——
近水平定向钻孔设计与计算
主讲人：胡振阳
煤炭科学研究总院西安研究院 2011年9月17日 年 月 日
1
主 要 内 容
一、基本概念 二、定向钻孔类型 三、钻孔轴线及相关参数 四、钻孔轴线空间位置计算 五、定向钻孔设计的原则、内容和方法 定向钻孔设计的原则、 六、受控定向钻孔轨迹设计 七、近水平定向孔设计与计算方法一（以亭南矿为例） 近水平定向孔设计与计算方法一（以亭南矿为例） 八、近水平定向孔设计与计算方法二（以汝箕沟矿为例） 近水平定向孔设计与计算方法二（以汝箕沟矿为例）
9
二、定向钻孔的类型
（三）按钻孔孔底结构分类 1、单底定向孔。只有一个主干孔的定向孔。 单底定向孔。只有一个主干孔的定向孔。 2、多底定向孔。主干孔(首先完成的钻孔)钻进后， 多底定向孔。主干孔(首先完成的钻孔)钻进后， 再从主干孔内开出其他分支孔的定向孔。 再从主干孔内开出其他分支孔的定向孔。它又分一级 和多级分支定向孔。 和多级分支定向孔。
3
一、基本概念
2、定向钻孔（简称定向孔） 定向钻孔（简称定向孔） 运用定向钻进方法控制钻孔轨迹沿着预先设计的倾角 和方位（钻孔轴线）钻达预定目标的钻孔方法， 和方位（钻孔轴线）钻达预定目标的钻孔方法，成为定 向钻孔。 向钻孔。 3、倾角（α） 钻孔轨迹 倾角（ 某点切线与水平面之间的 夹角。 夹角。
12
三、钻孔轴线及相关参数
2 、 实际钻孔轴线 。 钻头沿孔底破碎面中心移动时形成的 实际钻孔轴线。 点的实际几何轨迹。 实际钻孔轨迹十分复杂， 点的实际几何轨迹 。 实际钻孔轨迹十分复杂 ， 不可能与设计 轴线完全吻合。 只能是与设计钻孔轴线接近。 轴线完全吻合 。 只能是与设计钻孔轴线接近 。 由于实际钻孔 轨迹是由无穷多个点连续组成， 轨迹是由无穷多个点连续组成 ，轨迹点空间位置的连续测定 极为困难， 也没有必要（ 即使测量也有误差） 极为困难 ， 也没有必要 （ 即使测量也有误差 ） ， 因而实际钻 孔轴线是无法绘制的，它仅具有抽象意义。 孔轴线是无法绘制的，它仅具有抽象意义。 与实际近似的钻孔轴线。 3 、 与实际近似的钻孔轴线 。 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， 和计算 ， 并以测量计算的数据为依据 ， 用直线或曲线的形式 描述钻孔轴线在空间的形态变化。 它并不是实际钻孔轴线， 描述钻孔轴线在空间的形态变化 。 它并不是实际钻孔轴线， 仅与实际钻孔轴线近似，但却具有实用意义 仅与实际钻孔轴线近似，但却具有实用意义。 具有实用意义。
11
三、钻孔轴线及相关参数
（一） 钻孔轴线 钻探工程中， 钻探工程中，各类钻孔的特征通常是在空间用一条线来描 述，这条线代表钻孔轴线，是钻孔轴线的轨迹线，所以， 我 这条线代表钻孔轴线，是钻孔轴线的轨迹线，所以， 们把表征钻孔空间形态的轨迹线称之为钻孔轴线 们把表征钻孔空间形态的轨迹线称之为钻孔轴线。 表征钻孔空间形态的轨迹线称之为钻孔轴线。 l、设计钻孔轴线。钻孔施工前，根据地质目的、工程要求 设计钻孔轴线。钻孔施工前，根据地质目的、 和施工条件， 和施工条件，对所要施工的钻孔进行轴线轨迹设计并绘制出 设计轴线的轨迹。 设计轴线的轨迹。设计钻孔轴线一般是采用数学的原理设计 成各种连续的轨迹线，一般为直线、曲线的不同组合。 成各种连续的轨迹线，一般为直线、曲线的不同组合。设计 钻孔轴线要能达到工程目的要求， 钻孔轴线要能达到工程目的要求，且在工程施工中容易被实 现，对钻孔施工起指导作用。 对钻孔施工起指导作用。
5
一、基本概念
5、磁偏角λ（Declination） 磁偏角λ Declination） 在地磁学中， 在地磁学中，指地上任 意一点的真子午线与磁子午线间的夹角， 意一点的真子午线与磁子午线间的夹角，亦即真北与 磁北之夹角。 磁北之夹角。 各个地方的磁偏角不同，而且， 各个地方的磁偏角不同，而且，由于磁极也处在运动 之中，某一地点磁偏角会随时间而改变。 之中，某一地点磁偏角会随时间而改变。 在我国除部分磁力异常的地方外， 在我国除部分磁力异常的地方外，一般磁偏角都是西 磁北比真北偏左，加上磁偏角；磁北比真北偏右， 偏。磁北比真北偏左，加上磁偏角；磁北比真北偏右， 减去磁偏角；在我国一般是加上。 减去磁偏角；在我国一般是加上。 太原的磁偏角是： 太原的磁偏角是：4º11 "（西磁）
15
三、钻孔轴线及相关参数
（三）确定钻孔轴线空间位置的几何参数 4、钻孔垂深(Z)：定向钻孔的孔底相对于开孔点（孔 钻孔垂深(Z)：定向钻孔的孔底相对于开孔点（ 口）的垂直深度。 的垂直深度。 5、水平位移(X)：定向钻孔的孔底向水平面投影后再 水平位移( 向X轴上投影所得到的长度。 轴上投影所得到的长度。 6、左右偏差(Y)：定向钻孔 左右偏差( 的孔底向水平面上投影后 再向Y 再向Y轴上投影所得到的长 度。