鉆探定向鉆進技術

高勝軍 陳丹（河北省煤田地質局水文地質隊，河北邯鄲 056000）

鉆探定向鉆進技術

高勝軍 陳丹
（河北省煤田地質局水文地質隊，河北邯鄲 056000）

定向鉆進技術是現代鉆探與鉆井工程領域大力發展的前沿性關鍵技術。定向鉆進技術是現代鉆探與鉆井工程領域一次革命性變革，沒有定向鉆進技術作為支撐的鉆探技術將成為一種落后的技術。定向鉆進技術屬于比較先進的鉆探技術，由于其先進的功能和特點，目前在各類生產、施工和災害救助中得到了廣泛的應用，具有顯著的經濟效益和社會效益。本文對定向鉆進的特點、發展、應用及關鍵技術進行了探討。供同行參考，并希望同行給予寶貴的意見。

鉆探 定向鉆進 螺桿鉆具

1 定向鉆進的基本概念

定向鉆進是利用鉆孔自然彎曲規律或采用人工造斜工具使鉆孔按設計要求延伸鉆到預定目標的一種鉆進方法。也可解釋成為了鉆達到一個預定的地下目標，使井眼在特定方向偏斜的工藝和科學。

2 定向鉆進技術的發展

隨著我國深部找礦戰略的實施，深部鉆探所面臨的勘探精度必將成為關鍵問題之一，定向鉆進技術是精確控制鉆孔軌跡及其中靶點必不可少的技術手段。哪些鉆探單位擁有了先進的定向技術也就占領了鉆探市場的前沿。

3 定向鉆進技術的應用

定向鉆進技術在鉆探工程中應用及其廣泛。

（1）鉆孔糾斜；（2）補取巖礦芯；（3）繞過事故孔段或復雜孔段；（4）避開地面障礙；（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采；（8）礦山豎井特定位置區域水文地質與工程地質勘查；（9）開挖鋪設地下管線。

4 定向鉆進關鍵技術

4.1 鉆孔軸線及其有關參數

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

4.2 鉆孔軌跡空間位置計算

鉆孔軌跡空間位置計算的基本原理：將鉆孔軸線分成若干小段，根據每一小段端點的測斜數據，將每一井段軸線看作為直線或曲線進行疊加計算。其計算方法有：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 定向鉆孔設計的原則

（1）滿足定向孔施工目的和要求，據定向孔目的、用途選擇合適的定向孔類型與鉆孔軌跡形式。嚴格按照孔口位置、靶點位置、靶區范圍、見礦遇層角等要求設計定向孔軸線。靶點和靶區，一般有地質部門給定；靶區形狀大小與礦體和勘探網度有關；靶區范圍，一般取靶點的偏線距、沿線距、偏高距分別為線距、孔距或標高距的1/4--l/5。

（2）選擇合理的定向鉆孔軸線的設計順。

（3）充分利用地層的自然彎曲規律。

（4）選擇易于鉆進的鉆孔軸線軌跡剖面型式。

（5）選擇合適的造斜強度。

（6）選擇恰當的造斜（分支）點。

（7）鉆孔結構應考慮孔身剖面形狀和造斜工具類型。

4.4 受控定向鉆井（孔）軌跡設計

為了便于設計與施工，必須將井眼軌跡設計成最簡單的形式，盡量將井眼軌跡設計成二維定向孔，當必須設計成三維定向孔時，亦應設計成平面型三維定向孔。井眼軸線軌跡在垂直平面內或在水平面內的鉆孔稱為二維孔，其中鉆孔軸線在垂直平面的鉆井應用最多，垂直平面內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

一般定向技術都是螺桿彎曲，采用螺桿鉆具有以下特點：

（1）結構簡單，動力機較短，易損件少，工作可靠。

（2）輸出特性過載性能較高，通過改變定轉子尺寸和結構參數，大幅度改變輸出特性參數，且輸出扭矩與鉆壓成正比，輸出轉速與流量成正比（200～800 r/min），在小流量工作時轉速較低，因而鉆頭壽命較長，可用金剛石或硬質合金鉆進。

（3）工作液體壓力降小＜3 Mpa。

（4）在小尺寸時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）鉆桿不轉動，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大，坍塌掉塊及卡埋鉆等井內事故。

（7）與高精度定向儀配合，可精確控制井眼軸線方向。

（8）對地層的適應性廣。

（9）造斜強度均勻，可以根據需要任意調節。

（10）造斜方向和角度穩定。