第八章 钻孔弯曲与定向钻进

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1、工程钻探主讲人：杜振川工程钻探学课件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。工程钻探学课件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

2、、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。工程钻探学课件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。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。工程钻探学课件第

3、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。工程钻探学课件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，

4、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。工程钻探学课件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：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。工程钻探学课件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：工程钻

5、探学课件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。工程钻探学课件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。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。工程钻探学课件第八章钻孔弯曲与定向钻进第三节钻孔弯曲的原因

6、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工程钻探学课件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。工程钻探学课件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

7、斜方向弯曲。工程钻探学课件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小于30°，则钻孔易顺岩层倾斜方向弯曲工程钻探学课件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，但弯曲不大工程钻探学课件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

8、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。工程钻探学课件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