第四章钻孔弯曲及测量全解
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第四章 钻孔弯曲及其测量 hole deviation and surveying
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：
第一节 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。 钻探工程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，轨迹线的空间形态代表钻孔的空间形态。
第一节 钻孔的空间位置
关于钻孔轴线的三种不同含意： 1．设计钻孔轴线 2．实际钻孔轴线 3．与实际近似的钻孔轴线 为了确定钻孔轴线的空间位置，一般是把 钻孔轴线置于空间三维直角坐标系中，当钻孔 孔口和轴线上其它点的三维坐标值确定后，钻 孔轴线的空间位置即确定。
B A i L LB L A
第一节 钻孔的空间位置
三、钻孔轨迹弯强
全弯强 total deviation intensity ： 单位孔身长度的全角变化。
cos1 (cos A cos B sin A sin B cos )
i
L
LB L A
第二节
钻孔弯曲的机理
产生钻孔弯曲必要而充分的条件是：
存在孔壁间隙，为粗径钻具提供偏倒(或弯曲)的空间；
具备倾倒(或弯曲)的力，为粗径钻具轴线偏离钻孔轴线提供动力； 粗径钻具倾斜面方向稳定。
第三节
钻孔弯曲的原因和规律性
一、地质因素
岩石各向异性 软硬互层 松散、溶洞地层
二、技术因素
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 ４、 不变， 不变 孔身轴线为直线。
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 钻孔轴线上任一点的坐标：
xn x0 l sin
i 0 n 1
2 2 n 1 i 1 yn y0 l sin i i 1 cos i 2 2 i 0 n 1 i i 1 zn z0 l cos 2 i 0
第一节 钻孔的空间位置
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钻孔。 在钻探过程中，为了按钻孔设计轴线控制钻孔 轨迹以及绘制与实际近似的钻孔轴线，直接在孔内 测量孔口以下钻孔轴线上其它点的坐标值是极其困 难的。 根据测点的顶角、方位角、孔深三个几何参数， 即可用数学计算式算出各测点的三维坐标值。
第一节 钻孔的空间位置
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。
第一节 钻孔的空间位置
一、直线型钻孔 顶角
drift angle 是钻孔轴线与铅垂线之间的夹角。
＝00 垂直孔 ＝900 水平孔 00＜ ＜900 斜直孔
第一节 钻孔的空间位置二、曲线型Fra bibliotek孔 1、
变化， 也变化
孔身轴线为空间曲线。 特例：倾斜平面内曲线。
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 ２、 变化， 不变化 孔身轴线为平面曲线 垂直平面内曲线
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 ３、 不变， 变化 孔身轴线为螺旋线。 特例：水平平面内曲线。
设备安装 钻具结构
三、工艺因素
钻进方法 钻进规程参数 钻杆柱工作状态
第四节
钻孔弯曲的测量
一、顶角测量原理 (1) 液面水平原理 (2) 重锤原理 二、方位角测量原理 (1) 地磁场定向原理
(2) 地面定向原理
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：
第一节 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。 钻探工程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，轨迹线的空间形态代表钻孔的空间形态。
第一节 钻孔的空间位置
关于钻孔轴线的三种不同含意： 1．设计钻孔轴线 2．实际钻孔轴线 3．与实际近似的钻孔轴线 为了确定钻孔轴线的空间位置，一般是把 钻孔轴线置于空间三维直角坐标系中，当钻孔 孔口和轴线上其它点的三维坐标值确定后，钻 孔轴线的空间位置即确定。
B A i L LB L A
第一节 钻孔的空间位置
三、钻孔轨迹弯强
全弯强 total deviation intensity ： 单位孔身长度的全角变化。
cos1 (cos A cos B sin A sin B cos )
i
L
LB L A
第二节
钻孔弯曲的机理
产生钻孔弯曲必要而充分的条件是：
存在孔壁间隙，为粗径钻具提供偏倒(或弯曲)的空间；
具备倾倒(或弯曲)的力，为粗径钻具轴线偏离钻孔轴线提供动力； 粗径钻具倾斜面方向稳定。
第三节
钻孔弯曲的原因和规律性
一、地质因素
岩石各向异性 软硬互层 松散、溶洞地层
二、技术因素
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 ４、 不变， 不变 孔身轴线为直线。
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 钻孔轴线上任一点的坐标：
xn x0 l sin
i 0 n 1
2 2 n 1 i 1 yn y0 l sin i i 1 cos i 2 2 i 0 n 1 i i 1 zn z0 l cos 2 i 0
第一节 钻孔的空间位置
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钻孔。 在钻探过程中，为了按钻孔设计轴线控制钻孔 轨迹以及绘制与实际近似的钻孔轴线，直接在孔内 测量孔口以下钻孔轴线上其它点的坐标值是极其困 难的。 根据测点的顶角、方位角、孔深三个几何参数， 即可用数学计算式算出各测点的三维坐标值。
第一节 钻孔的空间位置
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。
第一节 钻孔的空间位置
一、直线型钻孔 顶角
drift angle 是钻孔轴线与铅垂线之间的夹角。
＝00 垂直孔 ＝900 水平孔 00＜ ＜900 斜直孔
第一节 钻孔的空间位置二、曲线型Fra bibliotek孔 1、
变化， 也变化
孔身轴线为空间曲线。 特例：倾斜平面内曲线。
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 ２、 变化， 不变化 孔身轴线为平面曲线 垂直平面内曲线
第一节 钻孔的空间位置
二、曲线型钻孔 ３、 不变， 变化 孔身轴线为螺旋线。 特例：水平平面内曲线。
设备安装 钻具结构
三、工艺因素
钻进方法 钻进规程参数 钻杆柱工作状态
第四节
钻孔弯曲的测量
一、顶角测量原理 (1) 液面水平原理 (2) 重锤原理 二、方位角测量原理 (1) 地磁场定向原理
(2) 地面定向原理