水平定向钻技术在岩土工程勘察中的应用研究 .pdfVIP

水平定向钻技术在岩土工程勘察中的应

用研究

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摘要：随着建设项目的快速发展，现场的情况越来越复杂。作为了解场地的

一种手段，勘察也受到了更高的要求。在各种调查方法中，勘探可以直接揭示场

地的地理条件，结论直观可靠。它是一种比较常见的、极为重要的地质调查方法。

在勘察中，一般采用垂直勘探孔，根据钻孔的信息内容来推断场地的地质环境。

但是，在实践中发现，选择垂直钻孔推断场地情况后，通常存在以下问题。一方

面，当钻孔距离较大或出现异常地质环境时，无法对两孔之间的地理条件进行分

析和判断，无法正确反映场地条件。另一方面，现场条件不理想。例如，在高度

起伏的山坡上，垂直钻探工程很难施工。此外，在某些情况下，垂直钻探可能会

造成基于低渗透性储层的污染物垂直转移，导致污染物扩散。

关键词：水平定向钻；地质勘察；应用

一、定向钻定义及原理

（一）定向钻定义

地质勘探中定向钻探的概念是指根据施工项目的设计要求，通过全自动弯孔

或手动移动专用工具，将钻探轨迹延伸到所需效果的钻探方法。与基础钻探不同

的是：定向钻探设计方案有不同的运动轨迹，深入分析和应用地质结构偏转和钻

探控制的基本规律。

该技术定义为：选择边钻边观测的方法，采集井底周围的钻孔数据信号，根

据施工项目的设计要求，按照专用倾斜工具，将近水平的钻孔运动轨迹延伸到预

期的整体目标煤巷。即根据井内MWD获得的信息量，将钻井中心线由弧形改为平

行，或由平行改为弧形曲线。

（二）定向钻进原理

在钻探各岩层的地质构造时，由于岩层的强度和结构构造的不同，孔底的深

炸麻花钻头的不平衡力导致孔的弯曲。加工技术要素的整合，即螺杆钻具的手动

偏差和MWD系统软件的实时测量，使钻进轨迹的可控性得到控制和监测，从而确

定项目。在煤炭行业选择螺杆钻具进行近似标准的周期性钻进时，可以采用或调

整不同类型的周期性弯曲和外部结构，以获得不同类型的固定期实际效果。根据

设计方案的运动轨迹，司机根据倾角数据的信息调整螺杆钻具的方位，使司机与

目标的倾角基本达到最终目标。螺旋钻具实现固定钻进的主要因素有三点：一是

螺旋钻具能与炸金花扭钻一起旋转，破岩时螺旋管和炸金花片扭钻杆不旋转；二

是能与各种角度的固定期限或可调弯曲的外管连接；三是带有钻井测量系统软件

的炸金花扭钻能随时随地测量倾角和方位角。

根据合理的计算模型，通过数学过程模型模拟实际钻进运动轨迹，实现数型

集成。将钻孔运动轨迹中心线的空间坐标转换为数学分析模型。估算钻孔中心线

的室内空间偏移量，将中心线切割成多个小段，然后利用每个小段节点的测量数

据，将中心线的每个小段做成平行线或曲线图进行累加计算。

二、水平定向钻在地质勘察中的应用

（一）定向钻技术

1965年，中国钻出了第一口气井，成为世界第二大国。根据大量的工程实践

和研究，定向钻井是分支井技术、大斜度井技术、随动测量技术、旋转导向钻井

技术及其螺杆钻具和涡轮钻具的全方位钻井加工技术和机械设备。经过多年的应

用和探索，定向钻井在钻井设备、随钻测斜仪等设施方面取得了很大的进步。同

时，钻探的基础理论也得到了完善，现在已经成为一项比较完善的技术，为水平

定向钻探向地质勘探行业发展的趋势奠定了良好的理论和实践基础。

（二）水平取芯技术

水平取心是水平定向钻井的一项重要技术。水平钻井技术于20世纪80年代

在石油化工行业开始盛行。由于其在提高油藏产量方面的显著效果，它已被迅速

发展到各个领域。在八五期间，中国组织实施了原油水平钻井技术的新科研

项目。五年内，共有62个油气田进行了水平钻探，平均断面长度为300-500米。

储层改造和天然气开采采用的水平钻探方法是全方位钻探，但地质勘探时需要取

芯钻探。

由于气井取芯和直井取芯的取芯方向不同，导致两种取芯技术存在一定的差

异。对于水平取芯勘探，主要存在以下问题。

(1）在重力作用下，钻井设备有向下倾斜的趋势，危及钻井设备的稳定性。

因此，一方面钻井设备与孔边的滑动摩擦力增大，另一方面影响岩心的形成和入

筒，容易造成岩心变形甚至断裂，导致堵塞和研磨。

(2)在钻探过程中，由于钻头的重量，钻探设备容易弯曲，这不仅导致钻探

设备与孔边的摩擦力扩大，而且不利于岩心进入专用取芯工具中。

(3)煤和岩石容易在孔底堆积，从而形成煤岩层，导致钻进