受控定向鑽探

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。隨着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進的鑽探技術之一。

因受控定向鑽探技術能提供精確的地質資料、節省鑽探現場場地和鑽探工作量，而加快地質勘探速度，從而獲得廣泛推廣和應用。

隨着科技水平的進展，微型計算機和導航技術的引用；小口徑孔底動力機(螺桿鑽)、隨鑽測量系統等已達到實用的程度；地表設備配套已經完善，現已達到全方位“受控”定向鑽探的高水平，特別是世界範圍內側向水平鑽進很風行，也表明定向鑽探技術已進入高級階段。高級的主要標誌是中靶精度高、可靠。由於微機的應用，使定向孔的設計與數據處理既直觀又快速，隨鑽、隨測、隨調，並可對多種方案快速加以對比，隨時選出最優的參數以控制鑽孔的頂角和方位角，如此連續優化造斜，能獲得鑽孔軸線軌跡非常光滑的高質量鑽孔，顯著地提高了經濟效益。由此，受控定向鑽探的應用範圍越來越廣。除了為定向鑽進的目的而進行的鑽孔造斜外，在處理孔內事故時，也常採用造斜的方法，避開難以處理的事故段，使孔身偏斜而繼續鑽進。當礦心採取率不高或未取得礦心時，也常用造斜的方法對礦層補取礦心。

受控定向鑽探的主要技術要素有定向鑽孔設計、造斜和定向器具、隨鑽測量和施工技術等。

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

其作用是控制鑽孔頂角和方位角。造斜工具主要有如下幾種：

①偏心楔。用鋼製楔體強制改變鑽孔頂角、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，在軸向壓力下沿鑽孔軸向移動的同時，轉動部件帶動鑽頭7迴轉。由於楔形滑塊與對孔壁的作用，使鑽頭產生側向造斜力N，實現連續改變鑽孔方向的目的。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。其孔底動力鑽具有渦輪鑽、電鑽和螺桿鑽。用於受控定向鑽探的最好工具是螺桿鑽，其鑽桿不轉動，可隨鑽監測鑽孔方向變化，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。中國用於受控定向鑽探的螺桿鑽有 YL-54、YL-65、YL-85和YL-100等型號。

是對造斜工具進行準確定向，以便使鑽孔軸線按設計方向延伸的器具。定向方法有：①直接定向法，用鑽桿直接定向，可在頂角小於3°鑽孔中採用;②間接定向法，在已知造斜點鑽孔的傾斜平面方向上，按需要將造斜工具的對稱面相對於鑽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°的鑽孔，常用儀器有 BD-14、DD-1和GZ-18等。

又稱遙測系統。當採用孔底動力機造斜鑽探時，裝置在造斜鑽具內的傳感器能在鑽進過程中隨時測出鑽具的實際軌跡，即其頂角和方位角，指示出鑽頭的空間位置，並根據鑽孔設計靶區，計算出鑽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。隨鑽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鑽監測系統有 DOT、EYE、BJ-休斯系統等。中國的有ZS-1型、YS-1型兩種。

通常用“牛鼻”式和盤式金剛石鑽頭，在軟岩層中用硬質合金鑽頭。造斜鑽頭不取岩心，為避開鑽頭中心的速度“零”區，中心作一個直徑為6～8毫米小孔。鑽頭側刃要有優良的保徑金剛石並能克取岩石。

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，及時測量鑽孔頂角和方位角。鑽進分支孔時，應建好人工孔底，即在放置造斜器具處，把舊鑽孔牢固堵塞，常用的辦法是用水泥塞或液壓金屬製的孔底塞。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。隨着科學技術的發展，計算機已在受控定向鑽探的設計、施工、繪圖中得到廣泛應用。 ^[2]