钻孔弯曲测量的原理及其方位角测量原理

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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，

6、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。