八章钻孔弯曲与定向钻进
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
定向钻进复习资料
某矿区设计受控定向钻孔采用垂直平面内直线—曲线—直线型 孔身轨迹如图所示。已知矿层倾角η，开孔点O，靶点T垂深H和水平 位移S，开孔顶角θ0，曲线段弯强iθ和造斜点D深度L1，。
填空题举例：
1、定向钻孔轴线各点的______、______和______称为定向钻孔的 基本要素。
2、可以保持钻孔原来的方向的工作原理是_______和_______。
3、用标准曲线法设计初级定向孔的实质就是利用这些标准曲线 确定新孔的__________和__________。
名词解释举例：
（1）如何合理选择造斜点D？
答：1、首先保证实现地质目的； 2、尽可能利用自然造斜规律， 减少人工造斜工作量； 3、造斜点应选在孔壁完整和稳定部位； 4、造斜点地层不宜太硬也不宜太软。
某矿区设计受控定向钻孔采用垂直平面内直线—曲线—直线型 孔身轨迹如图所示。已知矿层倾角η，开孔点O，靶点T垂深H和水平 位移S，开孔顶角θ0，曲线段弯强iθ和造斜点D深度L1，。
（2）计算曲线段弯曲角γ，靶点 顶角θt，钻孔遇层角δ和 钻孔深度L。
曲线段弯曲角γ ：
2 tan1 HM HM 2 (2R SM ) SM 2R SM
其中：
HM
H
cos0
L1 (S
H tan0 ) sin0
SM S cos 0 H sin 0
R 57.3 i
E F
某矿区设计受控定向钻孔采用垂直平面内直线—曲线—直线型 孔身轨迹如图所示。已知矿层倾角η，开孔点O，靶点T垂深H和水平 位移S，开孔顶角θ0，曲线段弯强iθ和造斜点D深度L1，。
第八章钻孔弯曲与定向钻进
2、方位角测量原理
1）地磁场定向原理
测量时罗盘处于水平状态，并且罗盘 上0°线指向钻孔弯曲方向。为此在 罗盘下部装有重块，使罗盘保持水平。 偏重块与180°线同侧，这样，在倾 斜钻孔中0°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
如图，框架可绕aaˊ轴灵活转动， bbˊ轴与aaˊ轴垂直相交，两轴构 成框架平面。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱbbˊ轴中点o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。
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°；
第四节 钻孔弯曲的测量方法与仪器
二、钻孔轨迹的绘制
目前，通常是按一定测距测量钻孔顶角和方位角，而不是连 续测斜。因此，只能根据各测点的测斜数据计算出各测点的 空间坐标，然后画出钻孔轨迹。采用的计算方法主要有：全 角半距法、均角全距法、曲率半径法和最小曲率法等几种。 钻探中常用的是均角全距法和曲率半径法。
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
2）钻孔遇到裂隙，而裂隙 方向与钻孔方向相近时， 钻孔沿裂隙方向弯曲
3）钻孔遇溶洞或老窿时易发生 弯曲。 4）断层、节理发育，岩脉穿插 多的地方钻孔易偏斜，且递增幅 度大。
OABC是钻孔的空间轨迹。 此时，0°线与磁针指北方向的夹角就是钻孔的磁方位角 空间弯曲定向钻孔特别适用于岩层造斜作用强烈、钻孔顶角和方位角自然弯曲规律都很明显的矿区。 对于地质成果来说，由于未按预定目标点穿过矿体或其他地质层位，就有可能歪曲矿体产状、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。 第三节 钻孔弯曲的原因和规律 而且增加了人力、动力和材料的消耗和浪费，从而大大增加钻探成本。
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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
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。
煤矿井下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 专用工具使近水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进至预定目标的一种钻探方 法，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或由直变弯。
垂直层理
编辑课件
第一节 定向钻孔的弯曲机理
定向钻进原理与应用
Deflection&Logging
A . 钻头垂直于层面，钻孔为圆形，不发生弯曲；
B . 钻头与地层面斜交，钻头轴线力图向垂直于地层层面方向偏斜，钻孔呈 椭圆形；
C . 钻头平行于层面硬度较小，孔壁易岩石易破碎，形成的钻孔较大，孔壁 间隙大，钻头稳定性差，钻孔容易弯曲。
定向钻进原理与应用
Deflection&Logging
4、避开地表障碍物。勘探和开发障碍物下方的油气田。 5、纠正已斜的井眼或绕过井内堕落物而进行侧钻。（g） 6、打定向井探采盐丘突起下部的油气层。含油构造有时与盐丘构造共 生，部分盐丘可能直接覆盖在油藏上面，直井钻遇盐层可能导至冲蚀、钻 井液漏失和腐蚀等问题(d)。
1 P
2
钻头作用力方向偏离钻孔轴线示意图
FA A
vc vA
P
vp c
钻头轴向和径向同时受力示意图
2021/8/17
编辑课件
第二节 定向钻孔的弯曲条件
定向钻进原理与应用
Deflection&Logging
2、空间条件
定向钻进实验指导书
《定向钻进》实验指导书一、各类型钻孔轴线人工弯曲工具的参观（一）、目的与要求结合课堂教学，通过参观目前国内常用的比较典型的各类型人工强制改变钻孔轴线轨迹的人工弯曲工具，进一步了解和掌握各类型人工弯曲工具的组成结构、工作原理、作用特点及使用方法、应用范围。
（二）、参观内容1．固定式偏心楔人工弯曲工具2．可取式偏心楔人工弯曲工具3．无楔机械式连续造斜人工弯曲工具4．液动螺杆钻人工弯曲工具（三）、实验器具1．简易空心偏心楔2．JGX固定式偏心楔3．PK-56可取式偏心楔4．LZ-54机械式连续造斜器5．LF-65液动螺杆钻（四）、参观组织与要求1．以班为单位组织参观，以老师讲解为主，学生必须认真听讲并注意观察；2．爱护实验室的设备器具，学生动手拆卸器具必须经指导老师许可，并在老师的指导下进行，拆卸的器具应及时装配还原。
（五）、参观报告1．每人交一份参观报告；2．简述各类型人工弯曲工具的结构组成、工作原理及特点、适用范围；3．根据老师的介绍与讲解，结合本专业谈谈自己的参观感想。
二、液动螺杆钻具工作原理及回转试验（一）、实验目的1．全面清晰地了解液动螺杆钻具工作原理及各组成部件的结构、作用特点；2．熟悉掌握液动螺杆钻具拆卸、组装及易损件的更换、保养；3．了解液动螺杆钻具的输出特性参数及操作使用方法。
（二）、实验内容1．用于人工弯曲钻孔轴线轨迹时液动螺杆钻具的结构组成形式；2．液动螺杆钻具的拆卸组装：观察分析各部件的组成零件、结构、工作原理及装配质量检测（液流阀、螺杆马达、驱动轴总成、万向节总成及配合使用的造斜件）；3．地表回转实验：观察液动螺杆钻具的输出特性参数。
（三）、实验设备器具1．LF-65螺杆钻具及其配合使用的各种造斜件2．BW-250水泵3．拧卸钻杆工具：常用五金工具（四）、实验步骤方法1．观察液动螺杆钻具的总体结构组成以及在人工弯曲钻孔轴线轨迹时造斜件的装配形式；2．拆卸螺杆钻具，观察分析各部件的结构、工作原理。
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。
8第八篇定向钻进
孔底动力机造斜钻具的反扭距对安装角的影响
孔底动力机造斜钻具部存在着反扭矩问题。此反扭矩 使钻杆柱发生扭转变形，因而带动造斜件(如弯接头、弯外 壳、偏心短节等)朝反时针方向(从孔口往孔底看)扭转一个 角度，从而改变了造斜工具原来的安装角。 为了消除这一影响，把根据造斜需要计算出来的安装角 ω，加进扭转角φ后，作为造斜工具的实际安装角ωp。即： ωp= ω+ φ 而钮转角φ等于由反扭矩产生的扭转角φT减去因钻杆 柱与孔壁摩擦阻力矩而减小的扭转角φM 。即: φ= φT- φM
技术效果
(1)在采用石油大泵施工丛式井的基础上，结合我们自身的实 际情况，因地制宜，采用TBW-1200/7B两台并泵施工丛 式井，发展到现在的TBW-850/5两台并泵，目前正在采用 单台TBW-1200/7B施工丛式井，为盘活设备做了有益的 尝试。 (2)从初期采用YSJ-2000施工丛式井的基础上逐年采用TSJ1000施工丛式井，并且取得较好的效果。 (3)首次在TSJ-1000钻机采用127DP、159DC钻进，在机具 配置上做了有益的尝试。 (4)反扭矩控制方法从最复杂的转盘控制到现在采用闸带控制。 (5)实现了高压喷射钻进。在石油大泵的基础上采用了高压喷 射钻进，压力达到6～8MPa，效率提高了25％。 (6)大钻具的事故预防及处理得到极大的改进。 首次将丛式井引人煤层气施工。已完成4个井组施工， 节约了土地占用和管线铺设为业主节约了开采成本。
泥浆情况： 煤系地层主要采用PHP(水解聚丙烯酰胺)，起 到絮凝泥浆中的钻屑、劣质粘土，改善泥浆流动 性，减小摩阻，提高钻速。采用钠羧甲基纤维素 (CMC)降失水剂来降低泥浆失水，抑制泥岩水化 膨胀和巩固井壁；提高泥浆悬浮和携带岩粉能力。 采用R59钻井液提高泥浆的润滑携砂能力，减少 钻具回转阻力。 指标： 粘度18s； pH值7～8； 比重1.04；失水30L／30min； 含砂<1％。
岩土钻掘工程学第八章.ppt
2019/10/11
中国地质大学勘查与基础工程系
第二节 钻孔弯曲的原因和规律
3.工艺因素--可采取措施的主观因素 3.1 钻进方法 不同钻进方法导致不同的孔壁间隙。一般钢粒钻进孔斜最大，硬合金钻
进次之，金刚石钻进最小。冲击回转钻进较低的轴向压力和转数，钻孔 弯曲强度较小。
3.2 钻进规程参数 钻压过大→粗径钻具弯曲→钻头靠壁侧→偏倒角达最大→钻具回转摩擦
一、钻孔轨迹的基本要素 顶角（θ ）钻孔轨ห้องสมุดไป่ตู้某点切线与铅垂线之
间的夹角。石油称为井斜角。 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。
2019/10/11
中国地质大学勘查与基础工程系
2019/10/11
中国地质大学勘查与基础工程系
第三节 钻孔弯曲的测量仪器与数据处理
2. 多点全测仪
采用非电量电测法。由罗盘测量的方位角和用悬锤测量的顶角通过电阻 （弧形电阻件和环形电阻件）转换成电量。如JJX-2、JJX-3、KXP-1、 JX641GA、SJX77、SSJX77和CX-3601等型号。
失稳弯曲。粗径钻具的临界长度：
2019/10/11
中国地质大学勘查与基础工程系
第二节 钻孔弯曲的原因和规律
2）钻头唇部形状 钻进各向异性岩石遇层角为锐角时，钻头唇
部形状影响： 钻头唇部为平面形状或椭圆形状时，孔底向
碎岩阻力最小方向偏移。同时
随着椭圆度的增大而加剧，因为钻孔向碎岩阻力最小侧破碎加快了。 钻头唇部为外锥形时，钻头唇面右部破岩阻力小，而左部破岩阻力大。因
《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。
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。
钻孔定向钻进钻孔弯曲的预防
油气、地矿、电力设备管理与技术1132017年7月上 第13期 总第265期煤田地质钻探的每个钻孔的设计都要从地质要求出发,按照地层特点及施工条件,合理设计钻孔。
钻孔弯曲度是衡量钻孔质量指标之一,必须保证使它符合设计的要求。
钻孔偏离设计轴线的现象叫钻孔弯曲。
由于地质和工艺因素影响,钻孔弯曲可能发生,必须把弯曲控制在允许范围内。
钻孔偏离设计轴心线过大,容易造成各种危害。
1 钻孔弯曲的原因分析1.1 地质因素(1)岩层产状的影响。
岩层各向异性,垂直层面方向抗压入强度最小,易于破碎;平行层理方向抗压入强度最大,最难破碎;斜交于层理的方向强度及破碎难易程度居中。
(2)软硬互层的影响。
岩石不但可能有层理,而层与层的硬度也可能有差异,岩石软硬变化对钻孔弯曲的影响与遇层角有关。
钻孔轴线与其在地质界面上投影的夹角即遇层角。
岩石由硬到软,由于孔壁间隙小等原因,钻孔弯曲不大,趋势不明显。
在软硬互层中钻进,钻孔弯曲总趋势与地层由软到硬时相同。
(3)松软、松散及破碎地层的影响。
此类地层中钻进,孔径易扩大,直孔不易斜,斜孔易下垂,总趋势是使顶角减小。
有些地区覆盖层深达200m 以上,采用钻杆直接连接三翼钻头钻进直孔,到达基岩前,钻孔基本保持垂直。
为什么最易造成孔斜的钻具组合却获得最好的防斜效果呢？因为这类地层中钻进,钻孔只要略往上漂,就会产生靠向下帮的分力,扩大下帮并使钻孔下垂。
如果采用导向性能很好的钻具组合,反而会限制其自动纠斜的作用。
此外,松软、松散段较长时不宜施工斜孔,除钻孔会下垂外,还会使下套管困难。
(4)老窿、砾石、断层等的影响。
钻具进入老窿、断层破碎带,可以将其视作松软、松散地层,钻具会有下垂趋,势。
而达断层面或老窿底板后,可视作地层由软到硬。
溶洞底部形态不规则,和钻遇大砾石一样,钻孔将向阻力小的方向“跑”,如沿砾石侧面下滑,因而事先无法预知钻孔趋向亦即没有确切的弯曲规律。
1.2 工艺技术因素(1)设备及安装。
第六章2钻孔弯曲与定向钻进
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。
3.42.4180240471-21502501.900IBG1.900IBG5LZ73(78)×3.573(78)27/831/2
-43/41.0-3.42.4320500682-412522023/8TBG23/8TBG5LZ90×3.59031/241/2-61.0-
3.42.860080010153-8100-18027/8TBG23/8REG
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。
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
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
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八章钻孔弯曲与定向钻进
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
钻孔偏斜的危害性 ①降低钻探效率
在钻探过程中，由于孔斜，常常使钻具不能快速回转，钻 具压力不能有效地传递到孔底，而消耗在弯曲的钻具和歪 斜的孔壁上。孔斜给升降钻具带来困难，同时也增加了非 钻进时间。从而大大地降低了钻探效率。
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八章钻孔弯曲与定向钻进
第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第二节 钻孔空间位置要素
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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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 钻孔弯曲的原因可分为地质、技术和工艺3个方面。
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第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第二节 钻孔空间位置要素
钻孔在空间的轨迹基本要
素是顶角、方位角和孔深。
如图所示，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轴代表向
下方向。OABC是钻孔的
空间轨迹。
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第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第二节 钻孔空间位置要素 其基本要素为：
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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 2、钻探技术上的原因
钻探技术上原因主要指钻塔、钻机安装不合格，立轴角度不 符合设计要求，天轮，立轴、孔口三者不在同一中心线上。 或使用弯曲钻具，钻具组合垂直性、稳定性差，粗径钻具短， 导向性差。加重钻具数量不够，钻头使用不当等原因使钻孔 发生偏斜。
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。
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第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第二节 钻孔空间位置要素
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：
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
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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
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。
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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
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。
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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
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第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第一节 钻孔弯曲与定向钻进的概念
钻孔弯曲给地质成果和钻探施工标点穿过矿体或其他 地质层位，就有可能歪曲矿体产状、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。
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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 3、钻探操作上的原因
主要指操作不一致，给压不均匀，忽大忽小。遇有变层， 如由软变硬时，没有及时采取减压钻进，如由硬变软时， 没有及时提动钻具，采取重新扫孔钻进。钻机转速选用不 当，给水量掌握不好以及钢粒钻进时投砂量不合理等。
钻孔弯曲超过允许范围而达不到地质目的时，则需要纠斜或 重新钻孔。这就要耗费大量人力、物力和时间，增加经费开 支，延误工期，推迟地质勘探进度。
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第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第一节 钻孔弯曲与定向钻进的概念
钻探生产实践表明，绝大多数钻孔都有不同程度的弯曲。但 是应当采用一切可能的措施，把钻孔弯曲程度控制在允许的 范围之内。现行规范规定，钻孔顶角最大允许弯曲度是：垂 直孔不超过2°/100m，倾斜孔不超过3°/100m，随着钻孔加 深允许递增计算。钻孔方位角最大允许弯曲度，则可根据孔 深和矿床类型等情况具体确定。
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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
2）钻孔遇到裂隙，而裂隙 方向与钻孔方向相近时， 钻孔沿裂隙方向弯曲
3）钻孔遇溶洞或老窿时易发生 弯曲。 4）断层、节理发育，岩脉穿插 多的地方钻孔易偏斜，且递增幅 度大。
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第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第一节 钻孔弯曲与定向钻进的概念
在钻探工作中，为了达到一定的地质目标，必须根据地质 要求和施工条件，合理设计钻孔轨迹（即孔身在地下空间延 伸的路径）。但是，在施工过程中，由于种种因素的影响， 实际的钻孔轨迹往往偏离设计的钻孔轨迹。这种现象称为钻 孔偏斜或钻孔弯曲。
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八章钻孔弯曲与定向钻进
第八章 钻孔弯曲与定向钻进 第一节 钻孔弯曲与定向钻进的概念 钻孔弯曲给地质成果和钻探施工都会带来不良后果。
对于钻探施工来说，由于孔身偏斜或过分弯曲，钻具在孔内 弯曲变形严重，钻具与孔壁摩擦阻力增加，必然导致钻杆磨 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。