钻孔轨迹控制
深井顶板水害定向钻孔及控域注浆关键技术
深井顶板水害定向钻孔及控域注浆关键技术深井顶板水害指的是在深井工程中，顶板地层出现水压过高或水的涌入，导致井下工作环境恶劣，危及人员安全。
为了解决这一问题，定向钻孔及控域注浆技术应运而生。
本文将介绍深井顶板水害定向钻孔及控域注浆的关键技术。
一、定向钻孔技术定向钻孔技术是通过控制钻杆和钻头的方向，使钻孔在特定角度和轨迹下进行钻进。
针对深井顶板水害，定向钻孔技术可以用于钻进顶板地层，寻找并放置水源抽水设备。
以下是定向钻孔技术的关键步骤：1. 设计定向钻孔轨迹。
根据井下地质情况和水源位置，确定钻孔的角度和走向。
2. 选择合适的钻孔工具。
根据地层情况选择合适的钻杆和钻头。
3. 控制钻孔方向。
通过旋转钻杆和调整钻头的倾角，使钻孔按照设计轨迹进行钻进。
4. 定期检查钻孔进展。
定向钻孔过程中需要定期检查钻孔进展情况，确保钻孔的准确性和安全性。
定向钻孔技术可以有效地寻找和控制深井顶板水源，为后续的控域注浆提供了可行的解决方案。
二、控域注浆技术控域注浆技术是指在深井顶板地层中，通过注入固化材料，形成隔水屏障，控制井下水源。
以下是控域注浆技术的关键步骤：1. 注浆材料选择。
根据地层性质和井下水源的特点，选择合适的固化材料。
2. 注浆剂配比。
根据注浆材料的要求，按照一定的比例配制注浆剂。
3. 注浆设备准备。
准备好注浆设备，包括搅拌器、注浆泵等。
4. 注浆施工。
根据工程需要，在定向钻孔的基础上，进行注浆施工，将注浆剂注入到顶板地层中。
5. 固化过程控制。
监测注浆剂的固化过程，确保固化效果的达到预期目标。
定向钻孔及控域注浆技术是解决深井顶板水害问题的关键技术。
它们相互配合，能够快速准确地寻找和控制深井顶板地层中的水源。
随着技术的不断创新和发展，定向钻孔及控域注浆技术将为深井工程的安全和可持续发展提供有力的支持。
水平定向钻井轨迹设计
2. 以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计或者欠平衡钻井工艺技术设计。
本文选择以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计。
煤层气，又称煤层甲烷，俗称瓦斯，人们对它爱恨交加。
爱的是它是一种清洁能源，有很大的利用价值；恨的是它是矿难的原因之一。
因此，安全有效地采集煤层气可谓是一举两得的好事。
近些年，部分国家开始用定向钻井技术开采煤层气，取得了良好效果。
定向钻井，简单说就是让向地下竖着打的井拐个弯，再顺着煤层的方向横着打井。
定向钻井采集煤层气的原理同传统方法一样，即通过抽水减压，逼出煤层气，再进行采集。
但两者的区别在于，传统方法只用竖井穿到煤层采集，而横向井顺着煤层的走势大大增加了采气的面积，因而提高了效率。
定向钻井通常在石油和天然气开发中使用较多，但近些年煤炭行业也越来越多地将这项技术用于矿山开采前的瓦斯抽放、排水、矿井探查等方面。
在煤炭领域使用这一技术的主要有美国、澳大利亚、欧洲、南非等国家和地区，而利用这一技术采集、利用煤层气的国家以美国和澳大利亚等国为主。
澳大利亚目前有17个煤矿用定向钻井技术排放井内瓦斯，以确保安全生产。
而悉尼的一家公司在2000年成功地利用这一技术在地下600米深处开出了一口商业用煤层气井。
美国的一些煤矿企业为了矿井安全和开采煤层气也热衷采用定向钻井技术。
在2000年，美国10％的煤层气井都采用了这项技术。
由于这项技术的逐步开发，部分美国和澳大利亚企业的煤层气产量都得到了提高。
资料显示，定向钻井的纵向深度一般在600～1200米，横向煤层钻井长度可达到400米。
据美国某钻探公司的个例统计，采用横井采气比传统的单一竖井采气的初期产量可高出10倍，气井的生产寿命也会增加。
根据对某些项目的估算，运用定向钻井法商业采集煤层气的内部回报率为15～18％，明显高于传统竖井采集法约3％的内部回报率。
1 定向水平井的井身类型井身结构设计原则有许多条，其中最重要的一条是满足保护储层实现近平衡压力钻井的需要，因为我国大部分油气田均属于多压力层系地层，特别是韩城地区，构造复杂，经过大范围地层沉降，上覆地层压力较大，只有将储层上部的不同孔隙压力或破裂压力地层用套管封隔，才有可能采用近平衡压力钻进储层。
地下钻探有线导航控制系统与设计的实现方法
地下钻探有线导航控制系统与设计的实现方法地下钻探有线导航控制系统主要山地下探头部分、二根长距离输电线、地面接收控制显示部分三部分组成。
地下探头采用可以测量地下钻头三维方位角度、温度，通过A/D 转换-CPU数据编码组将编码串行信号送入信号调制放大电路、远程供电接口电路、仅用二根长距离输电线，输送调制输岀信号及给本身供电。
地面接收控制显示部分通过远程供电接口电路、信号放大整形检波电路、CPU 数据解码及显示组、将地下钻头三维方位角度测量并显示出来、并给探头供电。
可广泛用于石油钻探和一些无法实施开挖的地下铺设管线工程钻探作业中。
标签：钻探；有线导航控制系统；铺设管线；远程供电1引言在石油钻探和一些无法实施开挖的地下铺设管线工程钻探作业中，关键技术是利用钻探导航控制系统对钻孔轨迹进行控制。
钻探导航控制系统一般采用无线导航系统，导航仪从地表测定来自地下钻头处内置的探头发出的信号，但这种导航系统、受到地面建筑、地形、钻进深度影响导航精度。
而采用有线导航系统是使用钻杆中的导线将孔底钻具中探测头测得的信号传递到地表，因此不受上述情况的限制，特别是在穿越大江大河的水平定向钻进中必须使用有线导航系统。
所以解决地下钻探有线导航控制系统的技术问题对我国大量推广使用现代化国产化地下钻探有线导航控制系统技术将带来深远的意义。
而从国外的一些公司的技术来看，还不适合我国的国情。
如需要特制的无磁性钻头和钻杆，对操作要求和环境要求很高等；同时其价格也极其昂贵，不利于在我国大量推广使用。
2钻机有线导航控制系统功能设计钻探有线导航控制系统主要山地下探头部分、长距离输电线、地面接收控制显示部分三部分组成，工作时探头置于钻头内，将钻头所处的三维位置角度、温度等工况姿态参数，通过长距离输电线传送给地面接收控制显示部分，让地面操作人员根据所按收的信号参数实时掌握钻孔轨迹，并对轨迹实时控制，及时修正和更改当前的操作，以保证钻头按照设计的路线轨迹完成工作，达到精确定航的目的。
水平定向钻牵引管道施工控制要点
水平定向钻牵引管道施工控制要点一、施工准备阶段的控制1、确定钻进轨迹与选择合理的穿越地层水平定向钻可承担各种不同材质管线的穿越任务，钻机性能的发挥依赖于适宜的地质条件和合理的轨迹设计。
如果地质条件理想，穿越曲线位于黏土、亚黏土、或淤泥等生成浆液效果比较好的地层，施工时可以适当加长曲线长度，且拖拉力不会增加很多，可加快工程进度;如果穿越曲线所在的地层不理想时(例如流沙、钙质层、砾石层)，则会降低穿越成功的可能性，甚至导致钻孔无法完成。
事先充分了解施工地段的地质条件是穿越成功的重要前提。
2、地质要求必须先勘察穿越工程处的地质情况，不同地层需要选用不同的钻具及结构。
穿越地层必须详勘，一般按要求在穿越中心两边各15m，沿中心线方向间距设勘察孔，而对于复杂的地质则勘察孔务必加密。
穿越段地质勘探应提供以下参数值:各层厚度、取样深度、含水量、颗粒度、液性指数、塑性指数、液限、塑限、承载力标准值等数据，并提供水质报告、穿越地段地形和地质钻探剖面图，供施工单位使用参考。
3、集泥池为保证附近环境卫生状况，在钻进前应先在两端挖好集泥浆池，安装好泥浆泵，及时抽出导向钻和扩孔阶段的泥浆。
二、导向孔的施工控制1、导向钻孔钻头内的发射器可以发射钻头的位置、顶角、深度、钻头温度、面向角、发射器内电池状态等参数，并由地面手提定位示踪仪接收，操作人员及时准确地确定钻头的具体位置和深度，并随时通过钻机调整钻机参数，以控制钻头按设计轨迹钻进。
2、卡钻的解决办法在砾石、粉细砂、钙质层钻进中，较容易出现卡钻现象。
发生卡钻时(特别是民居房屋下的地层)，应及时调整泥浆指标，使用大泥浆排量，与挖掘机配合将钻杆撤出卡钻区;通过调整泥浆指标，使用膨润土，增加泥浆切力，并使用扭矩大、推力大的钻机及其匹配的钻头，才能最终完成导向孔的钻进。
3、钻头脱落和钻杆折断问题钻头脱落和钻杆折断是施工过程中常见的孔内事故。
多为孔内地质情况复杂、回转阻力大以及人员操作不当等多种原因引起。
井下定向钻孔轨迹预测研究.
编号：2011XAYQN006类别：青年基金项目2011年度西安院自筹资金项目项目名称: 井下定向钻孔轨迹预测研究承担单位: 钻探技术研究所项目负责人:起止年月：2011年1月2011年12月中国煤炭科工集团西安研究院制2011年2月一、立项的必要性和紧迫性（从国内外发展概况、水平、发展趋势，项目研究对技术进步和产业发展的意义，技术的先进性与创新性等方面论述）：二、主要研究内容、主要研究目标、主要经济技术指标：1、主要研究内容（1）煤矿井下定向钻设备配套的1.25°、1.5°弯角螺杆马达在不同硬度煤层、顶底板岩层中造斜规律，重点研究螺杆马达工具面向角对钻孔轨迹的倾角和方位角变化影响。
（2）建立常见曲率半径钻孔中的钻具力学模型，分析钻具受力情况，探索摩阻力较小的钻孔轨迹，并优化钻孔轨迹控制方法。
（3）选用摩阻力较小的工具面向角组合，预测其钻孔轨迹变化，并计算出最佳工具面组合，供技术人员进行定向钻进轨迹控制参考。
2、主要研究目标为初级煤矿井下定向钻技术人员提供一种定向钻孔轨迹控制参考方法，使其更快而方便地掌握定向钻轨迹控制技术，提高我院对矿方定向钻技术人员培训效率。
3、主要经济技术指标（1）开发一套煤矿井下定向钻轨迹预测软件。
（2）发表1篇关于定向钻轨迹控制研究内容的文章。
三、项目研究基础（项目研究开发基础，技术成熟状态和主要缺陷，项目产品对国家现有标准的符合程度）：钻探技术研究所在参与“井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开发”项目研发与设备推广过程中，积累丰富煤矿井下定向钻技术研发经验，特别是近年来我所技术人员为矿方提供了大量定向钻进现场培训，收集大量现场定向钻技术资料，并不断总结出定向钻孔轨迹施工方法及钻孔轨迹控制经验，为本课题的定向钻轨迹预测研究提供了基础。
本课题已有了前期的技术储备，在课题研究的相关技术方面，进行了大量的调研和资料查询，掌握了课题涉及的技术领域的国内外研究现状和发展趋势，为课题的研究工作做了扎实的技术储备，和其他同类机构相比具有技术上的优势，完全有能力完成课题研究的任务并达到技术指标。
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用
煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用摘要:本文结合煤层的地质条件，采用井下随钻测量定向钻探技术与旋转磁场定位技术相结合的方式，降低井下定向长钻孔轨迹控制误差、提高中靶率，远端对接连通井下定向长钻孔与地面U型井组直井，拟达到改变地面U型井组抽采方式，降低了煤矿区域瓦斯排采成本的目的。
关键词:煤矿井下;复合定向钻进;无线随钻测量;引言为了提高地面煤层气井组抽采效率，通过对煤矿井下复合定向钻进的结构设计、钻孔轨迹控制技术及对接工艺技术等施工技术进行研究，利用泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进技术和主动磁测距技术来实现钻孔轨迹控制、精准对接贯通。
结果表明，主动磁测距技术可以有效的降低定向钻孔轨迹测量累积误差、消除靶点标定误差，实现精确中靶。
井下复合定向钻进与地面U型井组直井成功贯通为煤矿区井下和地面井组抽采系统构建了连通通道，降低了煤矿区域瓦斯排采成本，为井下、地面立体式联合抽采模式的应用提供了技术支持。
近年来，国内大型矿井采用随钻测量定向钻进技术施工井下水平定向长钻孔进行煤矿区域瓦斯预抽、水患探查治理、异常区域超前探测等已经逐步成熟。
研究表明，大功率随钻测量定向钻进装备可以满足煤矿井下2570m和3353m顺煤层超深瓦斯抽采定向钻孔施工要求。
研究表明，井下随钻测量定向钻进技术及配套装备可以精准探测老空水、底板奥灰水等各种隐伏构造，这种探测手段具有精确可控、探测覆盖范围较广等优势，但是此种技术在煤矿井下远端精准对接应用领域尚未做进一步研究。
基于旋转磁场地位技术的地面煤层气井精准对接钻井及完井工艺，并应用于晋城矿区煤层气勘探开发，取得了良好效果，但该技术在煤矿井下对接钻进中应用效果有待进一步检验。
1井下复合定向钻进钻进技术特点煤矿井下复合定向钻进是指煤矿井下水平定向长钻孔与直井井口水平间距大于500m的其他地面井组在目标煤层中进行精准对接连通。
此类钻孔钻进工艺集成了无线随钻测量定向长钻孔钻进、复合定向钻进、旋转磁测距、本煤层定向长钻孔侧钻开分支孔等多项先进技术。
水平定向钻施工规范
水平定向钻进管线铺设工程技术规范（试行）中国非开挖技术协会2001中国非开挖技术协会“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委员会主任委员：李山副主任委员：刘宝林王鹏委员：（以姓氏笔划为序）丁树滋王鹏尹刚乾乌效鸣李山刘宝林刘强朱文鉴陈铁励林家辉贾传岭编写：中国非开挖技术协会“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委员会执笔：中国地质科学院探矿工艺研究所李山目录一、总则 (1)二、技术概述 (2)三、工程投标指南 (6)四、施工合同（示范文本） (14)五、施工场地探测技术指南 (33)六、工程施工技术规范 (37)七、安全操作规程 (53)八、参考文献 (58)前言近年来我国使用非开挖水平定向钻进技术铺设各类管线取得了巨大的进展，在电讯、自来水、污水、燃气、电力和热力等管线铺设中都得到了广泛的应用。
为此，中国非开挖技术协会于2001年初专门成立了水平定向钻进管线铺设工程技术规范编辑委员会。
编委会由十余名专家和具有丰富实践经验的工程技术人员组成。
历经一年多的时间，在收集国内外相关技术资料的的基础上，起草、编辑、出版了这本水平定向钻进技术规范。
规范的出版使水平定向钻进工作有了行规、有了标准。
它使我国今后的水平定向钻进工程有规可循并能更好地与国际接轨，将对保证施工质量、减少各类事故的发生起到积极作用。
该版本规范为试用版，希望设计和施工人员在参考和使用本规范时，如发现有欠妥之处，请将意见函寄中国非开挖技术协会水平定向钻进技术委员会。
本规范仅供行业内部使用，未经允许不得翻印。
编者2002年8月“水平定向钻进管线铺设工程技术规范”编辑委员会主任委员：李山副主任委员：刘宝林王鹏委员：（以姓氏笔划为序）丁树滋王鹏尹刚乾乌效鸣李山刘宝林刘强朱文鉴陈铁励林家辉贾传岭（执笔：中国地质科学院探矿工艺研究所李山朱文鉴）1.城市工程管线综合规划规范中华人民共和国国家标准GB 50289-982.城市地下管线探测技术规程中华人民共和国行业标准CJJ 61-943.建设工程施工合同（示范文本）中华人民共和国建设部4.成功定向穿越工程投标文件指南定向穿越承包商协会（DCCA），1995，张燕译5.成功定向穿越探测规范定向穿越承包商协会（DCCA），1998，李翠先译6.成功中型定向钻进施工指南定向穿越承包商协会（DCCA），1997，李翠先译7.定向钻进合同样本定向穿越承包商协会（DCCA）张燕译8.水平定向钻进技术指南钻井承包商协会，1995，张燕译9.水平钻进安全操作指南定向穿越承包商协会（DCCA），2000，李翠先译10.定向钻进原理回顾P. 海沃德李翠先译管道穿越工程水平导向钻进施工规范天津大力神非开挖工程有限公司企业标准1．总则1.0.1采用水平定向钻进穿越地面及障碍物铺设管线技术正在我国蓬勃发展。
水平定向钻导向控制中的技术要点
资 源 环 境 与 工 程
Ｒｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｉ ｎ ｎ ｓ ｕ ｃ ｓＥ ｖｒ ｍｅ ｔ＆ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｏ ｇｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖｏ． ２． ｅ ． １２ Ｓ ｐ
Ｄｅ ｅ．． ｏ ２ ｏ８
水 平 定 向钻 导 向控 制 中的 技 术 要点
收稿 日期 ：２０ ０ ８—１ —１ １ ５
作者简介 ：晏剑波 （９ １一 ） １８ ，男 ，助理工程 师，土木工程专业 ，从事非开挖 工程施工工作 。Ｅ—ｍａ ：ｙｎｉｇｏ ｑ ｏ ｕ Ｃｒ ｉ ａｊ ｂ ｑ ＠ｓｈ ．ｏ ｌ ｎ ｎ
特刊
晏剑波等 ： 水平定 向钻导 向控制 中的技术要 点
施 工准 备包 括场 地布 置 、 作业 工 作坑 施 工 、 机设 钻 备进场 安装 、 导航 仪标 定 等 。
其 中， 入射作业坑和接 收坑必须布置于设计导向 轨迹的两端点 ， 严格按照设计坐标和标高准确定位后 ， 再 根据 施工 尺寸 要 求 进 行 开挖 ， 时做 好 坑 壁 的 支护 同 和坑 内防 、 水工 作 。 排
中图分类号 ：Ｐ ３ ． ；Ｐ ４ ６４７ ６ ２
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１７ —１１ （ｏ８ Ｓ ０６ ０ ６ １ ２ １ ２ｏ ）４— Ｏ ７— ３
Ｏ 引 言
非 开挖 铺管技 术 在 最 近 ｌ ０年 中得 到 了 突 飞猛 进 的发展 ， 其理 论 和施 工 技术 亦 日臻 完 善 。该 技 术 的主 要优点 是在 非开 挖 条 件 下 实 现穿 越 公 路 、 路 、 流 ， 铁 河 建筑 区的地 下管线 敷设 ， 一种 环境 干 扰小 、 全有 效 是 安 的施工方 法 。作 为非开 挖施 工方 法之 一 的水 平 定 向钻
煤矿井下近水平随钻测量定向钻孔轨迹设计与计算方法
煤矿井下近水平随钻测量定向钻孔轨迹设计与计算方法石智军;许超;李泉新【摘要】On the basis of basic theory of directional drilling and MWD technical characteristic in underground coal mine, design content, computational method and design process of directional borehole trajectory in underground coal mine were studied. By defining the basic parameters of borehole trajectory, building the coordinate system of borehole trajectory design, stipulating representing method of borehole trajectory graph, a method of directional borehole trajec-tory design and calculation, including plane design, section design and check was provided. Practical application proved that the method met the accuracy demands of the directional borehole design and guided drilling.%以定向钻进基础理论为依据，结合煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术特点，研究煤矿井下定向钻孔轨迹设计内容、计算方法及设计流程。
通过定义钻孔轨迹基本参数，建立钻孔设计坐标系以及规定钻孔轨迹图形表示方法，形成一套包括钻孔轨迹平面设计、剖面设计及轨迹参数校核等关键环节的钻孔轨迹设计和计算方法。
定向钻进原理与应用
深度和直径。
技术挑战与解决方案
加强钻屑处理和环保措施
采用环保型的钻屑处理技术，减少对环境的污染，同时加强施工现场的环保措 施。
合理选用和维护设备
根据实际需求选用合适的定向钻进设备，并定期进行维护和保养，确保设备的 正常运行和使用寿命。
06
定向钻进未来发展趋势
技术创新与进步
钻进工艺优化
通过改进钻头设计、优化钻进参数等手段，提高钻进效率，降低 成本。
地下管线施工
地下管线施工
定向钻进技术适用于地下管线施 工，如电力、通讯、燃气等管道
的铺设和维修。
非开挖施工
定向钻进技术可以实现非开挖施工， 避免对地面和建筑物的影响，降低 施工成本和风险。
管道修复
定向钻进技术可以对旧管道进行修 复和更换，提高管道的耐久性和安 全性。
城市非开挖施工
城市非开挖施工
定向钻进技术适用于城市非开挖施工，如地铁、 隧道、桥梁等工程的施工和维护。
定向钻进钻具是用于控制钻孔方向的工具，包括弯接头、无 磁钻杆、减震器等。
弯接头可以根据需要选择不同的弯曲角度，以控制钻孔的方 向。无磁钻杆则可以在磁场干扰较大的区域使用，避免磁力 干扰对定向精度的影响。减震器则可以减小钻孔过程中的震 动，提高钻孔精度。
定向钻进测量仪器
定向钻进测量仪器是用于监测和测量钻孔位置、方向和深度的设备，包括测斜仪、陀螺仪、 GPS定位系统等。
泥浆性能的稳定。
测量与纠偏
测量定位
纠偏措施
使用测量设备对钻孔的位置和角度进 行实时监测，确保钻孔的准确性。
在钻进过程中，如发现钻孔偏离预定 轨迹，采取相应措施进行纠偏，以确 保钻孔质量。
数据记录
记录钻孔的各项参数，如钻进深度、 角度、方位等，为后续分析提供数据 支持。
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钻孔轨迹控制
陈会领*，张礼，沈建，胡晓斌，丁峰，张飞
【摘要】随着钻探技术的发展，地质目的对钻探工艺的要求越来越高，在控制钻孔轨迹方面也需越来越精准。
地质勘探向着定向孔、分支孔的方向发展。
为达到地质目的，在现有钻孔轨迹控制技术的基础之上，还需在分支孔技术上有所突破。
目前控制钻孔轨迹的主要方式是通过连续造斜器、钻压与钻具外径的调节来实现对钻孔顶角的相对控制；但在方位角的控制方面有所欠缺，若解决了对钻孔方位角的相对控制，也就解决了未来分支孔的技术难题。
在近两年的勘探施工中，总结出浅部钻孔的顶角控制及深部方位角控制的设想供同行参考。
【期刊名称】西部探矿工程
【年(卷),期】2014(026)004
【总页数】3
【关键词】钻孔轨迹控制；顶角控制；方位角控制；定向孔；分支孔
1 定向孔技术要求
地质勘探中，高精度受控定向钻探技术相对较困难和复杂，特别是地质钻孔的孔径小，在某些方面比石油定向钻井的难度还大。
施工高精度地质受控定向孔，需要研究解决的技术经济问题主要有以下几个方面：
（1）研究钻孔自然弯曲的原因、规律，预防或利用的有效方法。
（2）精确测量钻孔空间位置的仪器。
（3）快速、准确地设计和计算定向孔轴线轨迹。
（4）高效、可靠的人工造(纠)斜工具，既可改变钻孔顶角，也可改变钻孔的方位角。
（5）准确、快速、可靠的定向器具。
（6）定向孔技术、经济效益的合理评价。
其中主要技术关键是：
（1）根据已知地质条件，合理地设计定向钻孔轴线轨迹。
（2）能可靠地控制人工弯曲工具改变钻孔轨迹，且造斜强度稳定、可调。
（3）能准确、可靠地对造斜工具定向和测量钻孔的顶角，方位角。
2 钻孔轴线空间位置的几何参数
2.1 顶角（井斜角）
轨迹上某点的顶角是该点的切线与铅垂线之间的夹角，一般用θ表示。
2.2 方位角
钻孔轨迹上某点的方位角是该点的切线在水平面上的投影与真北方向之间的夹角，一般用α表示，并且从真北方向开始按顺时针方向计算。
2.3 孔（井）深
轨迹上某点的孔深是孔口到该点钻孔轴线的长度。
根据钻孔轨迹的基本要素，就可以利用一定的计算方法，求出轨迹上每一点的空间坐标。
当钻孔轨迹为曲线时，也可通过相对坐标以此类推来确定空间坐标。
在设计钻孔轨迹时，也可综合考虑各种弯曲因素后，再倒推出开孔顶角和钻孔轨迹。
XA=X0+LAsinθcosα
YA=Y0+LAsinθsinα
ZA=Z0+LAcosθ
式中：X0、Y0、Z0——井口坐标；
XA、YA、ZA——井眼轴线A点的坐标；
θ、α——井眼轴线的顶角、方位角；
LA——井口至测点A井眼轴线的长度。
3 钻孔顶角的控制
3.1 钻孔顶角的影响因素及控制措施
（1）地层情况：从实践经验总结，岩层硬度越小的地层，顶角越容易在钻进中增大；岩层硬度越大的地层，顶角变化幅度较小。
另外遇软硬互层时顶角也比较容易大幅度变化。
遇到较软地层时，一般通过控制班进尺、转速和压力来调节钻孔顶角。
即低压高转速顶角变化幅度较小，反之亦然。
（2）钻具组合：钻杆抗弯强度越高在钻进中顶角变化幅度越小，钻具与孔壁的间隙越小则越容易保直。
近几年施工中使用的Ø71mm加厚墩粗钻杆较标准钻杆，在钻孔保直与事故处理方面就表现出优越的性能；Ø89mm的钻杆，由于韧性好在钻孔保直方面性能良好。
使用Ø71mm钻杆钻进时，主要通过调整扩孔器尺寸和个数以及钻头类型来调节顶角的变化幅度。
即使用同径扩孔器2个甚至3个配二阶梯钻头时，钻孔易保直防斜。
（3）开孔顶角：开孔顶角越小，在后续的钻进中顶角越不容易增大。
特别是在定向深孔钻进时，为防止顶角增幅较大。
在开孔时将开孔顶角调小，若开孔顶角太小又受方位角不易控制的影响，钻孔轨迹就很容易偏离靶心。
实践中总结，设计开孔顶角在3°～5°时，不易再将开孔顶角调小。
设计顶角＞5°时，可根据实际情况适当调整开孔角度。
深孔顶角的控制，是一项实践中的综合控制。
从钻孔的理论设计到实践中的细
节调整都相辅相成，既考虑地层的历史施工经验，也要考虑钻具组合及设备管材的搭配。
3.2 实践中的施工经验
案例1：秋格明塔什矿区ZK1309，设计顶角5°，设计孔深1000m。
理论设计是定向孔，即通过钻孔顶角的控制，来实现对不同埋深两种矿体的取样勘探。
开孔顶角5°，下Ø108mm套管40m，Ø95mm的钻具施工到412m，换Ø75mm钻具施工，测斜数据显示，所有顶角未超过5°，最小顶角4.2°。
主要原因是Ø95mm的钻具钻杆保直性较好，岩层硬度较高，造成钻孔顶角上偏的幅度较小，几乎不造斜。
以往施工经验是Ø75mm钻具组合每百米顶角上浮1°。
为达到地质目的，使用连续造斜器造斜，但效果不明显，又通过缩小上扩孔器的外径，增大钻进压力，最终钻孔顶角有所增大。
同样在该矿区，为了保直防斜，钻具上配备3个扩孔器也达到了良好效果。
钻孔轨迹如图3所示。
案例2：延东矿区ZK3108，设计顶角3°，设计孔深1520m。
由于地质员担心孔深时顶角易增大，实际开孔时以2°开孔，又受仪表误差和钻机施工的影响，钻进至300m时，顶角始终保持在1.5°左右。
考虑地层较稳定，下Ø89mm 套管40m后，换Ø78mm钻具施工。
为了增大顶角，将钻具上部换成75mm 的扩孔器；钻进中增大压力至2t，钻速控制在200r/min。
钻进至400m时，顶角增大了1.8°。
后继续钻进100m后，将钻具回复成正常状态。
通过一系列的调整，钻孔轨迹符合地质要求。
4 钻孔方位角的控制
钻孔方位角控制，在实践中石油系统应用较多，因石油系统定向孔、分支孔应用广泛。
矿产钻探系统方位角控制目前尚不明显，随着固体钻探的深度越来越
深，定向孔、分支孔技术必不可少，虽然目前一些测斜仪可以测量出方位角，但实践证明其精度准度还有待提高。
5 分支孔技术
目前国内固态矿产勘探深度普遍在2000m左右，分支孔技术应用条件还不成熟。
未来探矿深度继续加深，为节约钻探成本，深孔时采用分支孔技术是很有必要的。
那么在钻孔方位角确定与调整上还需要技术支持，指南针原理测量仪在低磁性和钻杆外部可以低成本确定方位角，并配合连续造斜器使用；高成本的电子陀螺测斜仪及螺杆马达钻具都可在深孔分支孔技术上适时采用。
参考文献：
[1]钻探工艺[M].地质出版社，1985.
[2]岩心钻探规程[M].地质出版社，1982.
[3]吴翔，等.定向钻进原理与应用[M].地质出版社.。