鉆探定向鉆進(jìn)技術(shù)

高勝軍 陳丹（河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)，河北邯鄲 056000）

鉆探定向鉆進(jìn)技術(shù)

高勝軍 陳丹
（河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì)，河北邯鄲 056000）

定向鉆進(jìn)技術(shù)是現(xiàn)代鉆探與鉆井工程領(lǐng)域大力發(fā)展的前沿性關(guān)鍵技術(shù)。定向鉆進(jìn)技術(shù)是現(xiàn)代鉆探與鉆井工程領(lǐng)域一次革命性變革，沒(méi)有定向鉆進(jìn)技術(shù)作為支撐的鉆探技術(shù)將成為一種落后的技術(shù)。定向鉆進(jìn)技術(shù)屬于比較先進(jìn)的鉆探技術(shù)，由于其先進(jìn)的功能和特點(diǎn)，目前在各類生產(chǎn)、施工和災(zāi)害救助中得到了廣泛的應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文對(duì)定向鉆進(jìn)的特點(diǎn)、發(fā)展、應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。供同行參考，并希望同行給予寶貴的意見(jiàn)。

鉆探 定向鉆進(jìn) 螺桿鉆具

1 定向鉆進(jìn)的基本概念

定向鉆進(jìn)是利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用人工造斜工具使鉆孔按設(shè)計(jì)要求延伸鉆到預(yù)定目標(biāo)的一種鉆進(jìn)方法。也可解釋成為了鉆達(dá)到一個(gè)預(yù)定的地下目標(biāo)，使井眼在特定方向偏斜的工藝和科學(xué)。

2 定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展

隨著我國(guó)深部找礦戰(zhàn)略的實(shí)施，深部鉆探所面臨的勘探精度必將成為關(guān)鍵問(wèn)題之一，定向鉆進(jìn)技術(shù)是精確控制鉆孔軌跡及其中靶點(diǎn)必不可少的技術(shù)手段。哪些鉆探單位擁有了先進(jìn)的定向技術(shù)也就占領(lǐng)了鉆探市場(chǎng)的前沿。

3 定向鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

定向鉆進(jìn)技術(shù)在鉆探工程中應(yīng)用及其廣泛。

（1）鉆孔糾斜；（2）補(bǔ)取巖礦芯；（3）繞過(guò)事故孔段或復(fù)雜孔段；（4）避開(kāi)地面障礙；（5）一孔多分支；（6）勘探陡斜礦體；（7）煤層瓦斯抽放或煤層氣開(kāi)采；（8）礦山豎井特定位置區(qū)域水文地質(zhì)與工程地質(zhì)勘查；（9）開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線。

4 定向鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鉆孔軸線及其有關(guān)參數(shù)

鉆孔軸線的空間要素包括：軸線上各點(diǎn)的頂角、方位角和孔深，靶點(diǎn)的垂深和水平位移，曲線段的曲率或彎曲強(qiáng)度，以及鉆孔軸線的遇層角等。根據(jù)井眼軌跡的基本要素，就可以利用一定的計(jì)算方法，求出軌跡上每一點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

4.2 鉆孔軌跡空間位置計(jì)算

鉆孔軌跡空間位置計(jì)算的基本原理：將鉆孔軸線分成若干小段，根據(jù)每一小段端點(diǎn)的測(cè)斜數(shù)據(jù)，將每一井段軸線看作為直線或曲線進(jìn)行疊加計(jì)算。其計(jì)算方法有：全角全距法、全角半距法、均角全距法、曲率半徑法、最小曲率法。

4.3 定向鉆孔設(shè)計(jì)的原則

（1）滿足定向孔施工目的和要求，據(jù)定向孔目的、用途選擇合適的定向孔類型與鉆孔軌跡形式。嚴(yán)格按照孔口位置、靶點(diǎn)位置、靶區(qū)范圍、見(jiàn)礦遇層角等要求設(shè)計(jì)定向孔軸線。靶點(diǎn)和靶區(qū)，一般有地質(zhì)部門給定；靶區(qū)形狀大小與礦體和勘探網(wǎng)度有關(guān)；靶區(qū)范圍，一般取靶點(diǎn)的偏線距、沿線距、偏高距分別為線距、孔距或標(biāo)高距的1/4--l/5。

（2）選擇合理的定向鉆孔軸線的設(shè)計(jì)順。

（3）充分利用地層的自然彎曲規(guī)律。

（4）選擇易于鉆進(jìn)的鉆孔軸線軌跡剖面型式。

（5）選擇合適的造斜強(qiáng)度。

（6）選擇恰當(dāng)?shù)脑煨保ǚ种Вc(diǎn)。

（7）鉆孔結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮孔身剖面形狀和造斜工具類型。

4.4 受控定向鉆井（孔）軌跡設(shè)計(jì)

為了便于設(shè)計(jì)與施工，必須將井眼軌跡設(shè)計(jì)成最簡(jiǎn)單的形式，盡量將井眼軌跡設(shè)計(jì)成二維定向孔，當(dāng)必須設(shè)計(jì)成三維定向孔時(shí)，亦應(yīng)設(shè)計(jì)成平面型三維定向孔。井眼軸線軌跡在垂直平面內(nèi)或在水平面內(nèi)的鉆孔稱為二維孔，其中鉆孔軸線在垂直平面的鉆井應(yīng)用最多，垂直平面內(nèi)鉆孔軸線軌跡有直線與曲線的多種組合，一般以直線——曲線——直線和直線——曲線——曲線型居多。

5 螺桿鉆具

一般定向技術(shù)都是螺桿彎曲，采用螺桿鉆具有以下特點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力機(jī)較短，易損件少，工作可靠。

（2）輸出特性過(guò)載性能較高，通過(guò)改變定轉(zhuǎn)子尺寸和結(jié)構(gòu)參數(shù)，大幅度改變輸出特性參數(shù)，且輸出扭矩與鉆壓成正比，輸出轉(zhuǎn)速與流量成正比（200～800 r/min），在小流量工作時(shí)轉(zhuǎn)速較低，因而鉆頭壽命較長(zhǎng)，可用金剛石或硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。

（3）工作液體壓力降小＜3 Mpa。

（4）在小尺寸時(shí)也能有較大的扭矩和功率；但其不耐高溫，耐沖蝕性能較差。

（5）鉆桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，減少鉆桿疲勞和磨損，鉆桿折斷事故減少。

（6）防止鉆桿摩擦碰撞孔壁而造成的井徑擴(kuò)大，坍塌掉塊及卡埋鉆等井內(nèi)事故。

（7）與高精度定向儀配合，可精確控制井眼軸線方向。

（8）對(duì)地層的適應(yīng)性廣。

（9）造斜強(qiáng)度均勻，可以根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)。

（10）造斜方向和角度穩(wěn)定。