钻孔偏斜率的计算公式为

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第六章 钻孔弯曲与测量

第六章 钻孔弯曲与测量

第三节 钻孔弯曲的原因和规律
二、钻孔弯曲的原因
形成钻孔弯曲的原因大致可分为三类:
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
地质因素
技术因素
工艺方面的原因
吉林大学建设工程学院
2013-8-23
第三节 钻孔弯曲的原因和规律
二、钻孔弯曲的原因 1. 地质因素
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
液面水平原理(氢氟酸测斜)
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。
钻孔轨迹的基本要素
钻孔轨迹弯曲强度
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2013-8-23
一 钻孔轨迹的基本要素
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
为了解钻孔轨迹在地下空间的位置,表征其空间形态,就必须了 解和控制钻孔轨迹要素。图中0代表开孔点,X轴代表南北,Y轴代表 东西,Z轴代表地下方向,0ABC是钻孔的空间轨迹。其基本要素包括: 顶角(θA)
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
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2013-8-23
第三节 钻孔弯曲的原因和规律
钻孔弯曲与测量 Deflection&Logging
而从硬岩进入软岩时,则钻具轴线有偏离层面法线方向的 趋势。但由于上方孔壁较硬,限制了钻具偏倒,结果基本保 持着原来的方向。 钻孔通过硬岩进入软岩又从软岩进入硬岩时,最终还是沿 层面法线方向延伸。

钻孔纠斜

钻孔纠斜

钻孔纠斜钻孔弯曲产生的原因钻孔轨迹是一空间变化的曲线;钻孔轴心线上任一点的空间坐标,由孔深(L)、顶角(θ)、方位角(α)3个参数确定。

钻孔弯曲:又称孔斜;由于自然地质因素及钻探工艺因素会造成钻孔弯曲,使钻孔偏离原来设计的顶角与方位角。

孔斜不仅会给施工带来困难,降低钻探效率,易诱发孔内事故,而且会歪曲矿体形态与产状,影响勘探结果的准确程度。

所以按一定距离测斜和防斜在钻探施工中是非常重要的。

钻孔纠斜是钻探行业内基本的作业方法,一般的纠斜主是要是纠正超过质量指标的孔段或者岩层;造成钻孔倾斜的原因很多,但是总的归纳起来不外乎两大因素:一是地质因素,二是所采用的钻进工艺和钻探技术欠妥。

一、地质因素的影响(客观因素)地质因素是指促使钻孔弯曲的地质条件,如岩层的产状,物理机械性质,以及由于构造运动所产生的劈理、片理、层理等;研究和分析由地质条件促使钻孔弯曲的原因,一方面是为了在技术上采取相应预防措施来限制钻孔弯曲,另一方面是为了合理的设计钻孔提供依据,尽力减少地质条件对钻孔弯曲的影响,利用地质条件的促斜规律来进行初级定向钻孔钻进;生产实践证明,岩石的软硬互层,岩层的倾角大,片理发育的岩层等是促使钻孔弯曲的普遍原因,而且钻孔弯曲都有一定的规律性。

断层、破碎带、卵石、砾石层、流沙层、溶洞、老窿等,是促使钻孔弯曲的特殊原因,而且钻孔弯曲没有一定的规律。

1、钻进流沙层,因为流沙层具有流散性,孔径往往较大,尤其是在斜孔、流沙层厚,钻孔很容易下垂,直孔无此现象;2、钻进卵石、砾石层时,由于卵石、砾石很不规则,活动性很大,给钻具的挤压力及回转阻力差异很大,钻孔最容易弯曲,并且没有什么规律;3、当钻孔遇到溶洞和老窿时,钻孔严重超径,窿(洞)底又不规则,钻进时粗径钻具易偏离钻孔轴线,造成钻孔弯曲;4、当钻孔穿过具有一定倾角的软硬岩互层时,钻孔的顶角和方位角均会发生变化。

岩石层理走向及倾角过大,钻头在克取岩石时,顶着走向打;地质情况复杂,钻孔地层软硬间错,变化性极大,致使钻具的配合,钻进参数的设定出现偏差;(1)当钻头由软层进入硬岩层时,因孔底软、硬岩石抵抗破碎能力不同,产生不均匀破碎(软岩石破碎快、硬岩石破碎慢),促使钻孔弯曲;钻孔弯曲方向和程度,取决于钻孔与岩层层面的夹角大小和软、硬岩层的硬度差。

基于全角半距法钻孔偏斜距离计算公式的推导

基于全角半距法钻孔偏斜距离计算公式的推导
d i n g a n d f u l l — a n g l e — h a l f - d i s t a n c e me t h o d i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r , wh i c h i s mo s t c o mmo n l y u s e d i n b o r e h o l e b e n d i n g c l— a c u l a t i o n mo d e 1 .B y t h e d e s c ib r t i o n o f t h e s p a i t a l p o s i i t o n f o e a c h me a s u in r g p o i n t o n b o r e h o l e a x i s o n b a s i s o f t h r e e — d i me n — s i o n a l c o o r d i n a t e s y s t e m a n d b y me a n s f o t h r e e — d i me n s i o n l a g e o me t r i c me t h o d,a f o r mu l a a b o u t d e l f e c t i o n d i s t a n c e i n a n y d e p t h o f b o r e h o l e i s d e iv r e d ,a n d t h e i n l f u e n c e d e g r e e o f v e te r x a n g l e a n d a z i mu t h’ S c h a n g e t o t h e d e l f e c t i o n d i s t a n c e i s d i s c u s s e d w i t h a c a l c u l a t i o n e x a mp l e . Ke y wo r d s :g e o l o g i c a l d r i l l i n g;b o r e h o l e d e l f e c t i o n d i s t a n c e ;f u l l — a n g l e — h a l f - d i s t a n c e me t h o d;c a l c u l a t i o n f o mu r l a

精选钻井工程-10-测斜与计算

精选钻井工程-10-测斜与计算
– 为了丛罗盘盘面上直 接读出井斜方位,需 要将N和S位置互换, E和W位置互换。
33
测方位原理—磁北原理
2.磁通门
? 磁通门结构:
– 铁心上绕着两级线圈。
– 初级线圈,先正向缠绕,然 后又反向缠绕。线圈内通交 流电,不管电流大小和变化 如何,线圈感应的磁场互相 抵消为零。
– 次级线圈,仅一个方向缠绕, 且不通电。在没有地球磁场 情况下,也不会感应电流。
? ? ? ?B ? ?A
井斜方位角的变化范围: 0 ~ 360?
6
(3)井斜方位角 ?
井斜方位角的另一种表示方式: 象限角:指井斜方位线与正北方 位线或与正南方位线之间的夹角。 象限角的变化范围:
0 ~ 90? 之间。 磁偏角:
磁北方位与正北方位之间的夹角。 磁偏角校正:
真方位角= 磁方位角 + 东磁偏角 真方位角= 磁方位角 - 西磁偏角
井深增量(井段):下测点井?深Dm与上测点井深之
差。以 表示。
2
3
A
Dma
a
? a
N
a'
?
a
E
4
(2) 井斜角 ( ? ): 指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为 ( ? )
井眼方向线: 过井眼轴线上某测点作井眼
轴线的切线,该切线向井眼前进 方向延伸的部分称为井眼方向线。 井斜角增量( ):
水平长度Lp 、闭合距、井斜方位角 ?
平移方位角 ? 、闭合方位角。
2、垂直投影图 投影面:过设计方位线的铅垂面,即井口和目标点所在的 铅锤面。 坐标系:原点(井口)、横坐标(视平移)、纵坐标 (垂深) 表达的参数:垂深 D ,视平移 V ,井斜的增减趋势 18
3、垂直剖面图

钻孔弯曲度偏离设计距离的两种计算方法的比较

钻孔弯曲度偏离设计距离的两种计算方法的比较

钻孔弯曲度偏离设计距离的两种计算方法的比较发布时间:2022-06-23T08:28:20.065Z 来源:《科学与技术》2022年第2月4期(下)作者:张正文[导读] 钻孔弯曲是指在钻探施工中,钻孔轴线偏离了原设计方位或顶角的现象张正文(广东省核工业地质局二九二大队广东河源 517001)[摘要]钻孔弯曲是指在钻探施工中,钻孔轴线偏离了原设计方位或顶角的现象。

钻孔轴线的空间位置是由钻孔深度、钻孔顶角(或倾角)及钻孔方位角三个因素来决定。

其中顶角是指钻孔轴线与水平面的垂线所夹角,其余角为钻孔倾角;方位角是指从正北方向开始,顺时针到钻孔轴线在水平面上的投影所夹角。

钻孔弯曲是必然的,纯直线的钻孔是不存在的,也正因为这样,将其作为一项质量标准,以免造成假象或歪曲矿体空间形态,必须对钻孔弯曲进行测量。

并计算其偏离设计,才能更准确的计算矿体的情况。

本文旨在对比探矿工作中钻孔弯曲度的两种计算方法,通过测量钻孔的顶角和方位角,计算偏离设计距离,通过对比偏离设计距离大小,得出两种方法的最优项。

[关键词] 钻孔弯曲度;顶角;方位角;偏离设计距离;一前言钻孔弯曲度是钻探施工质量的六大指标之一;在施工过程中受到地质、技术等原因的影响造成钻孔弯曲,使钻孔偏离原来设计的顶角和方位角。

钻孔弯曲虽是正常现象,但它不仅会给施工带来困难,降低钻探效率,易诱发不必要的孔内事故,而且会严重影响钻孔质量,歪曲矿体形态和产状,影响勘探结果的准确程度;为了更准确寻找矿产资源更精准的计算矿产储量,所以按一定距离测斜和防斜在钻探施工是非常重要的。

二钻孔弯曲的有关要求在探矿项目施工中常见的有以下要求:2.1中华人民共和国国土资源部于2010年11月11日发布2010年12月31日实施的《地质岩心钻探规程》(DZ/T 0227-2010)[1]中有关钻孔弯曲的规定如下:(1)钻孔轴线的形态及空间位置的三维坐标由设计部门提出,同时应给出实际轴线与设计轴线偏离的最大允许值。

定向钻井测斜计算

定向钻井测斜计算

根据N 和E ,求A 和θ :
A N 2 E2
1 tg 当 N >0时: N
E
E 当 N <0时: tg 180o N
1
注意:
如果计算出来的θ<0o,则 +360o变成正值;
如果计算出来的θ>360o, 则-360o变成小于360o;
当 N =0且E >0时:θ =90° 当N =0且E <0时:θ=270°
Φc=329.50
Φc=250
当φ1=2850, φ2=950, 则Δφ=1700 φc=100
当φ1=3000, φ2=600, 则Δφ=1200 φc=00
关于测斜计算问题的若干规定
• 9. 还有一种更特殊的情况:一个测 段内,方位角增量正好等于180°。 – 这种情况应该按照+180o,还是180o,这牵扯到井眼轨迹的旋转 方向问题,需要规定。但标准化 委员会尚未对此做出规定。 – 做出规定的必要性:例如: φ1=45o,φ2=225o。若Δφ=1800, 则φc=1350;若Δφ=-1800,则 φc=3150; – 应根据上测段的方位角变化趋势 判断其符号 :
测斜计算方法
圆柱螺线法(曲率半径法)特殊情况处理
第三种情况: α 1 = α2;φ2 = φ1;
即Δα = 0;Δφ = 0。
D L cos 2 S L sin 2 N L sin 2 cos 2 E L sin 2 sin 2
测斜计算方法—校正平均角法
测斜计算方法 曲率半径法计算公式
L(sin 2 sin 1 ) D L(cos1 cos 2 ) S L(cos1 cos 2 )(sin2 sin 1 ) N
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1 钻孔偏斜率的计算公式为: δ= 、即δ=tgθ (7.1) 式中 d——实钻钻孔的水平投影长度,亦即孔底偏距,也可称偏差; L——实钻钻孔的立面投影长度; L1——实钻钻孔的长度。 2001年制定的水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001对于钻孔偏斜率的规定中考虑了帷幕排数因素,见表7-1。

表7-1 帷幕灌浆孔孔底允许偏差 (单位:m) 孔深 20 30 40 50 60

允许偏差 单排孔 0.25 0.45 0.70 1.00 1.30 二或三排孔 0.25 0.50 0.80 1.15 1.50 注:①深孔钻进,孔深20m以内,孔向应尽量保证铅直,偏斜率小于1%。 、保证孔向的主要措施 欲保证钻孔方向,在钻孔工作中应做好以下几项工作: (1)孔口段的孔向要正确,这是保证全孔能按设计孔向钻进的关键,故孔口段或安设的孔口管必须符合设计孔向的要求,可通过测斜来验证。对孔斜精度要求高的钻孔,一般均采取装设孔口管的措施。 (2)钻机立轴方向要正确,机座要稳固,如因需要,钻机需往返移动时,应采取能正确对准原孔位和孔向的可靠措施。 (3)钻进时,使用长的钻具。钻铅直孔,必要时,还可使用钻铤。 (4)变孔径时,采用导向设施。 (5)在岩石比较完整、孔内很少掉块的情况下,可在每一根或每两根钻杜间加用“导向箍”。 (6)在钻进工艺操作上,要正确地控制压九适量地给水,钻具超过一定重量时,还需考虑减压措施。 七、钻孔工作中应注意的事项 (1)按照设计规定定好孔位,孔位的偏差一般不宜大于10cm。当遇到难于依照设计要求布置孔位阶情况时,应及时与设计部门或有关部门联系,若允许变更孔位时,则应依照新的通知,重新布测孔位。在钻孔原始记录中一定要注明新钻孔的桩号和位置,以便分析查用。 (2)在钻孔工作进行中,要严格按照规定的孔向钻进,并采取一切措施保证钻孔方向正确。 ( 3)孔径力求均匀,不要忽大忽小, 以免灌浆或压水时灌浆塞堵塞不严,漏水返浆,造成施工困难。 (4)在各钻孔中,均要计算岩芯采取率。第Ⅱ、Ⅲ次序孔和检查孔中,要注意采取岩芯,并观察岩芯裂隙中有无水泥结石、其填充和胶结的情况如何,以便逐序反映灌浆质量和效果。 (5)检查孔的岩芯可暂于保留。保留时间长短,由设计单位确定,一般讲,时间不宜过长。灌浆孔的岩芯,在描述,即可进行处理,是否要有选择性的保留,应在灌浆技术要求文件中加以说明。 (6)凡未灌完的孔,在不工作时,一定要把孔口盖住,并保护好,以免掉入物件。 (7)应准确、详细、清楚地记好钻孔记录。

d L 2 1.单孔冲洗

单孔冲洗仅能冲净钻孔本身和钻孔周围较小范围内裂隙中的填充物,因此,这种冲洗方法适用于较完整的、裂隙发育程度较轻的、充填的泥质俏况不严重的岩层。单孔冲洗有三种方法。 (1)高压冲洗 冲洗时,尽可能地升高压力,使整个冲沈过程在大的压力下进行,以便将裂隙中的充填物向远处推移或压实。在冲洗过程中,要注意控制压力,防止岩层抬动变形。 在地质条件比较好、岩石也较完整的情况下,常采用高压冲洗,冲洗压力为灌浆压力的80%,借用压力水进行冲洗,直至返出的水洁净,延续10~20min为止。 (二)计算透水率q。 我国1990年以后岩石渗透性改用透水率q,其单位为Lu。 1.压水试验的阶段。分为一级压力的单点法和三级压力五个阶段的五点法。灌浆施工多采用单点法,先导孔和质量检查孔可采用五点法。 2.压入流量的稳定标准.在稳定的压力下每3min~5min测读一次压入流量,连续四次读数中最大值与最小值差小于最终值的10%,或最大值与最小值之差小于1L/min时,本阶段试验即可结束,取最终值作为计算值。 3.压水试验成果的表示。压水试验的成果以透水率q表示,单位为吕荣(Lu)。在1Mpa压力下,每米试段长度每分钟注入水量为1L时,q=1Lu。 4.单点法压水试验的成果的计算方法。 单点法压水试验的成果按式(7.3-6)计算:

q= 式中:q——试段透水率,Lu; Q——压入流量,L/min; P——作用于试段内的全压力,MPa; L——试段长度,m. 5.五点法压水试验成果计算和表示的方法。 (1)以压水试验三级压力中的最大压力值(P)及相应的压入流量(Q)代入公式(7.3-6)中求算透水率q。 (2)根据五个阶段的压水试验资料绘制P—Q曲线,并参照表7-6确定P—Q曲线类型。 (3)五点法压水试验的成果用透水率和P—Q曲线的类型表示。例如,2.3(A)、8.5(D)等,2.3和8.5为试段的透水率(Lu);(A)和(D)表示该试段P—Q曲线A(层流)型和D(冲蚀)型。 6.压水试验压力的选用 根据灌浆工程类别、钻孔类型、地质条件和工程需要等参考表7-7,选用适当的压力。但检查孔各孔段压水试验的压力应不小于灌浆施工时该孔段灌浆压力的80%。 7.压水试验全压力的组成和计算。 (1)压力表安设在孔口处的进水管道上(图7-14),按式(7.3~7)计算压水试验压力。压力表安设在孔口处的回水管上(图7-15),按式(7.3~8)计算压水试验压力。

Q PL 3

表7-6 五点法压水试验的P—Q曲线类型及特点表 类型名称 A(层流)型 B(紊流)型 C(扩张)型 D(冲蚀)型 E(充填)型

P~Q曲线

曲线特点 升压曲线为通过原点的直线,降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向Q轴,降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向P轴,降压曲线与升压曲线基本重合 升压曲线凸向P轴,降压曲线与升压曲线不重合,呈顺时针环状

升压曲线凸向Q轴,降压曲线与升压曲线不重合,呈逆时针环状

表7-7 压水试验压力值选用表 灌桨工程类别 钻孔 类型 坝高 m 灌桨压力MPa 压水试验压力

备注

单点法 五点法

帷幕 灌桨 先导孔 — ≥1 1(Mpa) 0.3,0.6,1.0,0.6,0.3 (Mpa) Ho、H为坝前水头,以正常蓄水位为准,分别从河床基岩面和帷幕所在部位基岩面高程算起; 1.5H大于2Mpa时,采用2Mpa

— <1 0.3(Mpa) 0.1,0.2,0.3,0.2,0.1, (Mpa) — <0.3 灌桨压力 —

检查孔 <70 — H0或1.5H0(m) 单点法试验压力的0.3,0.6,1.0,0.6,0.3倍 70~100 — 1(Mpa)

>100 — 1(Mpa)或1.5H(m)

坝基及隧洞固结灌桨

灌桨孔和检查孔 1~3 1(Mpa) — 灌桨压力大于3Mpa时,压水试

验压力由设计按地质条件和工程需要确定

≤1 灌桨压力的80%

S=S1+S2-Sf S=S1+S2-Sf′ 式中:S——作用于段内的全压力,MPa; S1——压力表指示压力,MPa; S2——压力表中心至压力起算零线的水柱压力,Mpa; Sf、Sf′——压力损失,MPa,一般情况下忽略不计。 4

(2)压力起算零线的确定。 当地下水位在试段以上时,压力起算零线为地下水位线。 当地下水位在试段以下时,压力起算零线为通过试段中点的水平线。 当地下水位在试段以内时,压力起算零线为通过地下水位以上的试段的中点的水平线,见图7-16。 图中x=(L-l)/2,S=H+x。 8.地下水位的观测和确定。 一个单元工程内的灌浆工程开始前,可利用先导孔测定地下水位。稳定标准为每5min测读一次孔内水位,当连续两次测得水位下降速度均小于5cm/min,以最后的观 测值作为本单元工程的地下水位值。 孔口有涌水时应测定涌水压力。 (三)简易压水 1900年以前多以单位水量的ω表示,以后则改为以透水率q表示。 本书于1976年第一版中即提出“简易压水”一词,其主要目的是将其与“压水试验”区分开。“简易压水”实施方法原则上可依照灌浆工程具体情况由设计单位自行制定,而不受压水试验规程中各项规定的约束,故仅称其为“简易压水”而不用“简易压水试验”一词。 “简易压水”采用单点法,压水压力可为该段灌浆压力的80%,但不大于1Mpa。无严格限制。压水时间短,可为10~20min。流量不求稳定,采用最后值也可采用平均计算透水率q。为节省时间。“简易压水”也可结合孔段裂隙冲洗进行,利用冲洗记录,计算透水率q。 例如:某工程帷幕灌浆孔孔是8-5-3第3段段长5m,简易压水20min,压力0.8Mpa,每5min记录注入水量一次,四次记录分别为8.1、7.2、6.6、6.4L/min,求其透水率q。 利用本节公式(7.3-6)

q= =1.6Lu 6.4 0.8×5 5

三、压力损失 1. 压力损失的计算与实测。 水在管中流动必然产生能量损失,也就是磨擦压力损失。水力水电工程钻孔压水试验规程中规定: ①工作管内径一致,且内壁光滑变化不大时,管路压力损失可用下式计算:

gvdLps22

式中 PS——匀径沿程损失(MPa); λ——摩阻系数(λ=2×10-4~4×10-4Mpa/m); L——匀径管长(m); d——工作管内径(m); V——管内流速(m/s); g——重力加速度(9.8m/s2)。

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