受控定向鑽探

　　用專用的鑽探造斜工具及相應的鑽探工藝，按設計軌跡進行人工控制鑽孔方向，使鑽孔按最終設計的空間座標鑽到預定目的層的鑽探方法。用這種方法完成的鑽孔稱為受控定向鑽孔（簡稱定向鑽孔），按鑽孔在空間形態可分為單定向孔、分支孔、垂直平面羽狀孔和集束孔。

　　20世紀30年代，定向鑽探首先用於石油鑽井。50年代初開始用於地質鑽探。隨著新式連續造斜器和小口徑螺桿鑽（馬達）研製成功，金剛石鑽頭和隨鑽測斜儀器的應用，使受控定向鑽探發展成為現代先先進的鉆探技術之一。

　　因受控定向鉆探技術能提供精確的地質資料、節省鉆探現場場地和鉆探工作量，而加快地質勘探速度，從而獲得廣泛推廣和應用（圖1）。

　　受控定向鉆探的主要技術要素有定向鉆孔設計、造斜和定向器具、隨鉆測量和施工技術等。

　　定向鉆孔設計　首先必須規定鉆孔預定要達到目的層的中靶點和靶區，然後選擇定向鉆孔孔身剖面型式。型式有曲線型、直線-曲線-直線型、直線－曲線－曲線型3種。隻有頂角變化而方位角基本不變的平面彎曲型鉆孔在金剛石受控定向孔中應用最廣。定向鉆孔的設計方法有繪圖法和計算法兩種，兩者並無實質區別。

　　造斜工具　其作用是控制鉆孔頂角和方位角。造斜工具主要有如下幾種：

　　①偏心楔。用鋼制楔體強制改變鉆孔頂角、方位角的工具。其主要參數是楔子頂角和導斜槽直徑，楔子頂角通常為3°。楔體在孔內固定後不能回收的為固定式偏心楔，中國有JGX-56、PK-56等型號；楔體在孔內固定後，造斜完畢還能從孔內取出的稱回收式偏心楔，中國有MD-76等型式。

　　②連續造斜器。由內轉動部件和外不轉動部件組成（圖2）。

不轉動部件（包括外管3、上楔體4、滑塊5、下楔體6等）通過滑塊與孔壁定位卡固以後，在軸向壓力下沿鉆孔軸向移動的同時，轉動部件帶動鉆頭7回轉。由於楔形滑塊與對孔壁的作用，使鉆頭產生側向造斜力 N，實現連續改變鉆孔方向的目的。中國有LZ-54、LZ-73、CK-54和CK-73等型號的連續造斜器。

　　③有孔底動力機配合的造斜工具。其孔底動力鉆具有渦輪鉆、電鉆和螺桿鉆。用於受控定向鉆探的最好工具是螺桿鉆，其鉆桿不轉動，可隨鉆監測鉆孔方向變化，不受地層變化的限制。與它配合使用的定向工具有彎接頭、彎外殼等，可按定向孔的設計需要加以選擇。中國用於受控定向鉆探的螺桿鉆有 YL-54、YL-65、YL-85和YL-100等型號。

　　定向器具　是對造斜工具進行準確定向，以便使鉆孔軸線按設計方向延伸的器具。定向方法有：①直接定向法，用鉆桿直接定向，可在頂角小於3°鉆孔中采用；②間接定向法，在已知造斜點鉆孔的傾斜平面方向上，按需要將造斜工具的對稱面相對於鉆孔傾斜平面實行定向，從而最終達到造斜工具相對於子午線的定向。此法適用於頂角大於3°的鉆孔，常用儀器有 BD-14、DD-1和GZ-18等。

　　隨鉆測量　又稱遙測系統。當采用孔底動力機造斜鉆探時，裝置在造斜鉆具內的傳感器能在鉆進過程中隨時測出鉆具的實際軌跡，即其頂角和方位角，指示出鉆頭的空間位置，並根據鉆孔設計靶區，計算出鉆具應有的新的空間位置，並迅速校正造斜工具的方向。所有數據能及時在地表顯示和記錄。隨鉆測量儀一般包括傳感器、傳導系統、微型電子計算機和讀出顯示等組成部分。國際上廣泛應用的隨鉆監測系統有 DOT、EYE、BJ-休斯系統等。中國的有ZS-1型、YS-1型兩種。

　　造斜鉆頭　通常用“牛鼻”式和盤式金剛石鉆頭，在軟巖層中用硬質合金鉆頭。造斜鉆頭不取巖心，為避開鉆頭中心的速度“零”區，中心作一個直徑為6～8毫米小孔。鉆頭側刃要有優良的保徑金剛石並能克取巖石。

　　施工技術　施工時宜合理選擇造斜點，計算造斜工具的安裝角，用測斜儀正確給造斜工具進行定向，根據造斜強度控制造斜進尺長度，及時測量鉆孔頂角和方位角。鉆進分支孔時，應建好人工孔底，即在放置造斜器具處，把舊鉆孔牢固堵塞，常用的辦法是用水泥塞或液壓金屬制的孔底塞。新孔底形成後，即可按定向孔施工工藝進行。

　　提高造斜工具的耐用性，提高定向儀的精度是今後研究工作的重點任務。隨著科學技術的發展，計算機已在受控定向鉆探的設計、施工、繪圖中得到廣泛應用。

　　

參考書目

雲南、四川、廣東省地質局編：《巖心鉆探定向鉆進》，地質出版社，北京，1979。