鉆孔彎曲與測(cè)量kejian

1、 鉆進(jìn)鉆進(jìn)( (井井) )工程施工中由于自然和技術(shù)因素的影響，工程施工中由于自然和技術(shù)因素的影響，實(shí)際鉆孔軌跡往實(shí)際鉆孔軌跡往 往偏離設(shè)計(jì)軌跡往偏離設(shè)計(jì)軌跡稱為鉆孔彎曲或鉆孔偏斜稱為鉆孔彎曲或鉆孔偏斜。 地質(zhì)成果危害地質(zhì)成果危害 歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探網(wǎng)度，影響對(duì)礦歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探網(wǎng)度，影響對(duì)礦 體的評(píng)價(jià)、構(gòu)造的判斷和儲(chǔ)量計(jì)算的精確程度。體的評(píng)價(jià)、構(gòu)造的判斷和儲(chǔ)量計(jì)算的精確程度。 鉆探施工危害鉆探施工危害 鉆具在孔內(nèi)彎曲變形嚴(yán)重，摩擦阻力增加，磨損加劇，鉆桿折斷鉆具在孔內(nèi)彎曲變形嚴(yán)重，摩擦阻力增加，磨損加劇，鉆桿折斷 事故增多，升降鉆具困難，功耗增

2、加和鉆進(jìn)速度下降。事故增多，升降鉆具困難，功耗增加和鉆進(jìn)速度下降。 其他方面的危害其他方面的危害 水井鉆探中深井泵無(wú)法下入或過(guò)早損壞。鉆孔樁施工中，會(huì)引起水井鉆探中深井泵無(wú)法下入或過(guò)早損壞。鉆孔樁施工中，會(huì)引起 樁基傾斜，影響樁基承載力。樁基傾斜，影響樁基承載力。 （一）鉆孔彎曲概念（一）鉆孔彎曲概念 q 頂角（頂角（）鉆孔軌跡某點(diǎn)切線與）鉆孔軌跡某點(diǎn)切線與 鉛垂線之間的夾角。鉛垂線之間的夾角。 q 方位角（方位角（）鉆孔軌跡某點(diǎn)切線）鉆孔軌跡某點(diǎn)切線 在水平面上的投影與真北方向夾在水平面上的投影與真北方向夾 角，按順時(shí)針?lè)较蛴?jì)。角，按順時(shí)針?lè)较蛴?jì)。 q 孔深孔深，孔口到鉆孔軌跡上某點(diǎn)的，孔口

3、到鉆孔軌跡上某點(diǎn)的 鉆孔軸線長(zhǎng)度。鉆孔軸線長(zhǎng)度。 q 垂深，孔口到鉆孔軌跡上某點(diǎn)的垂深，孔口到鉆孔軌跡上某點(diǎn)的Z Z 坐標(biāo)長(zhǎng)度。坐標(biāo)長(zhǎng)度。 1、鉆孔軌跡的基本要素、鉆孔軌跡的基本要素 q 利用鉆孔軌跡基本要素，可算出軌跡上每點(diǎn)的空間坐標(biāo)。設(shè)鉆利用鉆孔軌跡基本要素，可算出軌跡上每點(diǎn)的空間坐標(biāo)。設(shè)鉆 孔軌跡為一斜直線，坐標(biāo)原點(diǎn)為孔口，孔軌跡為一斜直線，坐標(biāo)原點(diǎn)為孔口，X X軸取正北，軸取正北，Y Y軸取正東，軸取正東， Z Z軸鉛垂向下。軌跡上的空間坐標(biāo)計(jì)算如下：軸鉛垂向下。軌跡上的空間坐標(biāo)計(jì)算如下： 式中：式中：x x0 0, ,y y0 0, ,z z0 0孔口坐標(biāo)；孔口坐標(biāo)； x xA A,

4、 ,y yA A, ,z zA A鉆孔軸線上點(diǎn)鉆孔軸線上點(diǎn)A A的坐標(biāo)；的坐標(biāo)； 開孔頂角；開孔頂角； 開孔方位角；開孔方位角； L LA A孔口至測(cè)點(diǎn)鉆孔軸線的長(zhǎng)度?？卓谥翜y(cè)點(diǎn)鉆孔軸線的長(zhǎng)度。 o 為說(shuō)明鉆孔軌跡的彎曲程度，取單位孔身長(zhǎng)度的頂角變化，為說(shuō)明鉆孔軌跡的彎曲程度，取單位孔身長(zhǎng)度的頂角變化， 稱頂角彎強(qiáng)。單位孔身長(zhǎng)度的方位角變化，稱為方位角彎強(qiáng)。稱頂角彎強(qiáng)。單位孔身長(zhǎng)度的方位角變化，稱為方位角彎強(qiáng)。 o 彎強(qiáng)與數(shù)學(xué)上曲率概念等同。前者單位是（彎強(qiáng)與數(shù)學(xué)上曲率概念等同。前者單位是（）/m；后者是；后者是 rad/m。 o 如果把既有頂角變化，又有方位角變化的鉆孔軌跡看成是鉆如果把既有

5、頂角變化，又有方位角變化的鉆孔軌跡看成是鉆 進(jìn)速度向量變化的軌跡，則在某一孔段這種向量方向的變化，進(jìn)速度向量變化的軌跡，則在某一孔段這種向量方向的變化， 可用鉆孔全彎曲角表示。單位孔身長(zhǎng)度的全彎曲角稱全彎強(qiáng)?？捎勉@孔全彎曲角表示。單位孔身長(zhǎng)度的全彎曲角稱全彎強(qiáng)。 全彎強(qiáng)越大，表明鉆孔彎曲程度愈強(qiáng)烈。全彎強(qiáng)越大，表明鉆孔彎曲程度愈強(qiáng)烈。 2、彎曲強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱彎強(qiáng)）的概念、彎曲強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱彎強(qiáng)）的概念 q 及時(shí)測(cè)量鉆孔彎曲，準(zhǔn)確測(cè)知鉆孔的空間位置，在處理地及時(shí)測(cè)量鉆孔彎曲，準(zhǔn)確測(cè)知鉆孔的空間位置，在處理地 質(zhì)資料時(shí)加以校正；質(zhì)資料時(shí)加以校正； q 研究鉆孔彎曲規(guī)律和原因，采取措施進(jìn)行鉆孔彎曲的防治研究

6、鉆孔彎曲規(guī)律和原因，采取措施進(jìn)行鉆孔彎曲的防治 （防斜和治斜）；（防斜和治斜）； q 結(jié)合施工條件采用定向鉆進(jìn)技術(shù)。在進(jìn)行防斜、治斜和定向結(jié)合施工條件采用定向鉆進(jìn)技術(shù)。在進(jìn)行防斜、治斜和定向 鉆進(jìn)時(shí)，都必須定期測(cè)斜。鉆進(jìn)時(shí)，都必須定期測(cè)斜。 3、處理鉆孔彎曲問(wèn)題時(shí)注意事項(xiàng)、處理鉆孔彎曲問(wèn)題時(shí)注意事項(xiàng) （二）（二）鉆孔彎曲的原因和規(guī)律鉆孔彎曲的原因和規(guī)律 1 1、鉆孔彎曲的條件、鉆孔彎曲的條件 存在孔壁間隙，為粗徑鉆具提供偏倒存在孔壁間隙，為粗徑鉆具提供偏倒( (或彎曲或彎曲) )空間；空間； 具備傾倒或彎曲力，為粗徑鉆具偏離鉆孔軸線提供動(dòng)力；具備傾倒或彎曲力，為粗徑鉆具偏離鉆孔軸線提供動(dòng)力；

7、粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定。粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定。 孔壁間隙和傾倒孔壁間隙和傾倒( (或彎曲或彎曲) )力是鉆孔彎曲的必要條件；而粗徑力是鉆孔彎曲的必要條件；而粗徑 鉆具傾斜面方向穩(wěn)定是產(chǎn)生鉆孔彎曲的充分條件。鉆具傾斜面方向穩(wěn)定是產(chǎn)生鉆孔彎曲的充分條件。 q 鉆具傾斜面穩(wěn)定在某一方向時(shí)，鉆柱只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)。鉆具傾斜面穩(wěn)定在某一方向時(shí)，鉆柱只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)。 q 如果鉆柱公轉(zhuǎn)，鉆頭在不同時(shí)刻朝著不同方向鉆進(jìn)，只產(chǎn)生如果鉆柱公轉(zhuǎn)，鉆頭在不同時(shí)刻朝著不同方向鉆進(jìn)，只產(chǎn)生 擴(kuò)壁作用，而不導(dǎo)致鉆孔彎曲。因此，鉆孔彎曲是在鉆柱自擴(kuò)壁作用，而不導(dǎo)致鉆孔彎曲。因此，鉆孔彎曲是在鉆柱自 轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生的。轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生

8、的。 1 1）地質(zhì)因素：）地質(zhì)因素： （1 1）巖石的各向異性）巖石的各向異性 q 垂直于巖層方向碎巖效率高，平行于垂直于巖層方向碎巖效率高，平行于 層理方向效率低，因此，在傾斜巖層層理方向效率低，因此，在傾斜巖層 中鉆進(jìn)極易產(chǎn)生垂直于層面的方向彎中鉆進(jìn)極易產(chǎn)生垂直于層面的方向彎 曲曲（俗稱頂層進(jìn)）（俗稱頂層進(jìn)）。 q 鉆孔彎強(qiáng)與巖石各向異性強(qiáng)弱和鉆孔鉆孔彎強(qiáng)與巖石各向異性強(qiáng)弱和鉆孔 遇層角的大小有關(guān)。遇層角約為遇層角的大小有關(guān)。遇層角約為4545時(shí)，時(shí)， 鉆孔彎強(qiáng)最大。鉆孔彎強(qiáng)最大。 2、鉆孔彎曲的原因、鉆孔彎曲的原因 （2 2）軟硬互層軟硬互層 q 除上述地質(zhì)因素的影響以外，鉆進(jìn)含有卵石、

9、礫石或漂石的除上述地質(zhì)因素的影響以外，鉆進(jìn)含有卵石、礫石或漂石的 巖層時(shí)，鉆孔延伸受到巖石硬塊的阻礙，鉆孔往往朝著容易巖層時(shí)，鉆孔延伸受到巖石硬塊的阻礙，鉆孔往往朝著容易 通過(guò)的方向偏斜。此時(shí)頂角和方位角的彎曲無(wú)一定的規(guī)律。通過(guò)的方向偏斜。此時(shí)頂角和方位角的彎曲無(wú)一定的規(guī)律。 q 鉆孔遇到大裂隙、交角又不大時(shí)，孔身往往沿裂隙面的方向鉆孔遇到大裂隙、交角又不大時(shí)，孔身往往沿裂隙面的方向 延伸。斜孔穿過(guò)較厚的松散巖石或溶洞及老窿時(shí)，孔身則趨延伸。斜孔穿過(guò)較厚的松散巖石或溶洞及老窿時(shí)，孔身則趨 于下垂。于下垂。 （1 1）設(shè)備安裝）設(shè)備安裝 p 鉆機(jī)基礎(chǔ)不平，立軸安裝不正確，未下孔口管或孔口管方向鉆

10、機(jī)基礎(chǔ)不平，立軸安裝不正確，未下孔口管或孔口管方向 不合要求，都會(huì)使鉆孔偏離設(shè)計(jì)軌跡。不合要求，都會(huì)使鉆孔偏離設(shè)計(jì)軌跡。 p 這些因素主要是在開始階段起作用，但鉆孔開始的彎斜會(huì)給這些因素主要是在開始階段起作用，但鉆孔開始的彎斜會(huì)給 以后的鉆孔留下嚴(yán)重的影響。以后的鉆孔留下嚴(yán)重的影響。 （2 2）鉆具結(jié)構(gòu)尺寸）鉆具結(jié)構(gòu)尺寸 粗徑鉆具的剛度粗徑鉆具的剛度：粗徑鉆具直徑較小而長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則剛度：粗徑鉆具直徑較小而長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則剛度 可能不足，會(huì)失穩(wěn)彎曲。粗徑鉆具的臨界長(zhǎng)度：可能不足，會(huì)失穩(wěn)彎曲。粗徑鉆具的臨界長(zhǎng)度： 2） 技術(shù)因素技術(shù)因素 L DDD sin c 1 2 2 1 q 孔壁間隙孔壁間隙-粗

11、徑鉆具外徑與孔徑間的間隙。粗徑鉆具在鉆孔中的粗徑鉆具外徑與孔徑間的間隙。粗徑鉆具在鉆孔中的 偏倒角偏倒角 q Dc-孔徑；孔徑；D1、D-巖心管及鉆頭直徑；巖心管及鉆頭直徑；L-粗徑鉆具長(zhǎng)度。粗徑鉆具長(zhǎng)度。 q 顯然，孔壁間隙顯然，孔壁間隙或粗徑鉆具或粗徑鉆具，都會(huì)使偏倒角，都會(huì)使偏倒角，從而鉆孔彎曲，從而鉆孔彎曲 強(qiáng)度強(qiáng)度 。采用肋骨鉆頭會(huì)增大孔壁間隙。采用肋骨鉆頭會(huì)增大孔壁間隙。 （1） 鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)方法 q 不同鉆進(jìn)方法導(dǎo)致不同的孔壁間隙。一般鋼粒鉆進(jìn)孔斜最大，不同鉆進(jìn)方法導(dǎo)致不同的孔壁間隙。一般鋼粒鉆進(jìn)孔斜最大， 硬合金鉆進(jìn)次之，金剛石鉆進(jìn)最小。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)較低的軸硬合金鉆進(jìn)次之，金剛

12、石鉆進(jìn)最小。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)較低的軸 向壓力和轉(zhuǎn)數(shù)，鉆孔彎曲強(qiáng)度較小。向壓力和轉(zhuǎn)數(shù)，鉆孔彎曲強(qiáng)度較小。 （2 ）鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)）鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù) q 鉆壓過(guò)大鉆壓過(guò)大粗徑鉆具彎曲粗徑鉆具彎曲鉆頭靠壁側(cè)鉆頭靠壁側(cè)偏倒角達(dá)最大偏倒角達(dá)最大鉆鉆 具回轉(zhuǎn)摩擦阻具回轉(zhuǎn)摩擦阻鉆具自轉(zhuǎn)幾率鉆具自轉(zhuǎn)幾率導(dǎo)致鉆孔彎曲。導(dǎo)致鉆孔彎曲。 q 轉(zhuǎn)速過(guò)高轉(zhuǎn)速過(guò)高鉆柱離心力鉆柱離心力橫向振動(dòng)和擴(kuò)壁橫向振動(dòng)和擴(kuò)壁孔壁間隙孔壁間隙。 q 泵量過(guò)大泵量過(guò)大沖刷、破壞軟巖孔壁沖刷、破壞軟巖孔壁孔壁間隙孔壁間隙。 q 鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)不合理，鉆速過(guò)低，鉆具在孔壁長(zhǎng)時(shí)間研磨也鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)不合理，鉆速過(guò)低，鉆具在孔壁長(zhǎng)時(shí)間研磨也 會(huì)擴(kuò)大間隙會(huì)擴(kuò)大間

13、隙 ，增加孔斜。，增加孔斜。 3）工藝因素）工藝因素-可采取措施的主觀因素 1) 1) 均質(zhì)巖石鉆孔彎曲強(qiáng)度不均質(zhì)巖石，巖石各向異性均質(zhì)巖石鉆孔彎曲強(qiáng)度不均質(zhì)巖石，巖石各向異性鉆孔彎曲強(qiáng)度鉆孔彎曲強(qiáng)度 2) 2) 層理、片理發(fā)育的巖石鉆孔層理、片理發(fā)育的巖石鉆孔“頂層進(jìn)頂層進(jìn)” 彎曲。遇層角彎曲。遇層角4545左右鉆孔彎左右鉆孔彎 曲強(qiáng)度最大。曲強(qiáng)度最大。 3) 3) 軟硬互層巖石中鉆孔從軟入硬時(shí)，彎曲強(qiáng)度軟硬互層巖石中鉆孔從軟入硬時(shí)，彎曲強(qiáng)度，雖然從硬進(jìn)入軟巖層時(shí)，雖然從硬進(jìn)入軟巖層時(shí)， 彎曲強(qiáng)度較小，但最終彎曲趨勢(shì)仍與頂層進(jìn)。彎曲強(qiáng)度較小，但最終彎曲趨勢(shì)仍與頂層進(jìn)。 4) 穿過(guò)松散非膠結(jié)巖

14、石、大溶洞時(shí)，鉆孔趨于下垂。鉆孔碰到硬包裹體時(shí)穿過(guò)松散非膠結(jié)巖石、大溶洞時(shí)，鉆孔趨于下垂。鉆孔碰到硬包裹體時(shí) 可能朝任意方向彎曲。可能朝任意方向彎曲。 5) 鉆孔頂角大時(shí)方位角變化??；反之變化大。一般，方位角彎曲與鉆具回鉆孔頂角大時(shí)方位角變化??；反之變化大。一般，方位角彎曲與鉆具回 轉(zhuǎn)方向一致。頂角接近零時(shí)方位變化不定。轉(zhuǎn)方向一致。頂角接近零時(shí)方位變化不定。 6) 在近似水平的巖層中鉆垂直孔，即使巖石各向異性強(qiáng)，軟硬不均，鉆孔在近似水平的巖層中鉆垂直孔，即使巖石各向異性強(qiáng)，軟硬不均，鉆孔 也不會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲。也不會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲。 7) 孔壁間隙大，粗徑鉆具短，鉆具剛度差，鉆孔彎曲強(qiáng)度大。立

15、軸與導(dǎo)向孔壁間隙大，粗徑鉆具短，鉆具剛度差，鉆孔彎曲強(qiáng)度大。立軸與導(dǎo)向 管安裝不正，管安裝不正， 鉆孔朝安裝不正的方向偏斜。鉆孔朝安裝不正的方向偏斜。 3、鉆孔彎曲的規(guī)律、鉆孔彎曲的規(guī)律 1、測(cè)量鉆孔彎曲的原理、測(cè)量鉆孔彎曲的原理 （1） 頂角測(cè)量原理頂角測(cè)量原理 液面水平原理（氫氟酸測(cè)斜）液面水平原理（氫氟酸測(cè)斜） q 把把2030濃度的氫氟酸注入玻璃管中濃度的氫氟酸注入玻璃管中1/3長(zhǎng)長(zhǎng) 度。將試管密裝在接頭內(nèi)。度。將試管密裝在接頭內(nèi)。 q 同鉆桿下孔待測(cè)位置靜止同鉆桿下孔待測(cè)位置靜止1525min，提鉆，提鉆 取出。根據(jù)氫氟酸腐蝕痕跡算出頂角。取出。根據(jù)氫氟酸腐蝕痕跡算出頂角。 q 由于

16、毛細(xì)作用對(duì)算得的頂角必須校正。為避由于毛細(xì)作用對(duì)算得的頂角必須校正。為避 免校正計(jì)算可利用傾斜儀來(lái)直接測(cè)定。免校正計(jì)算可利用傾斜儀來(lái)直接測(cè)定。 q 還可以用顯影液、化學(xué)漿液等。還可以用顯影液、化學(xué)漿液等。 （三）三） 鉆孔彎曲的測(cè)量?jī)x器與數(shù)據(jù)處理鉆孔彎曲的測(cè)量?jī)x器與數(shù)據(jù)處理 重錘原理重錘原理 q 利用地球重力場(chǎng)，框架繞利用地球重力場(chǎng)，框架繞a軸靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，軸靈活轉(zhuǎn)動(dòng)， b軸與軸與a軸垂直，軸垂直，b軸中點(diǎn)是能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)軸中點(diǎn)是能靈活轉(zhuǎn)動(dòng) 的弧形刻度盤，刻度盤轉(zhuǎn)動(dòng)面與鉆孔的弧形刻度盤，刻度盤轉(zhuǎn)動(dòng)面與鉆孔 彎曲平面一致，刻度盤因重力永遠(yuǎn)下彎曲平面一致，刻度盤因重力永遠(yuǎn)下 垂。垂。 q 當(dāng)儀器在垂直孔內(nèi)

17、時(shí)，刻度盤上的當(dāng)儀器在垂直孔內(nèi)時(shí)，刻度盤上的0 對(duì)準(zhǔn)弧形豎板的標(biāo)線頂角為對(duì)準(zhǔn)弧形豎板的標(biāo)線頂角為0； q 當(dāng)儀器在傾斜孔內(nèi)時(shí)，弧形豎板傾斜當(dāng)儀器在傾斜孔內(nèi)時(shí)，弧形豎板傾斜 一個(gè)角度，此角度就是鉆孔頂角一個(gè)角度，此角度就是鉆孔頂角。 q根據(jù)定義，鉆孔方位角測(cè)量必須滿足兩個(gè)條件：該角度是鉆孔軸線某點(diǎn)根據(jù)定義，鉆孔方位角測(cè)量必須滿足兩個(gè)條件：該角度是鉆孔軸線某點(diǎn) 切線方向與地北的夾角；該角度是水平面上的角度。切線方向與地北的夾角；該角度是水平面上的角度。 q在無(wú)磁性干擾或干擾很小的孔段中，可利用地磁場(chǎng)定向原理；在無(wú)磁性干擾或干擾很小的孔段中，可利用地磁場(chǎng)定向原理； q在有磁屏蔽在有磁屏蔽( (如在套

18、管內(nèi)如在套管內(nèi)) )或磁干擾較大或磁干擾較大( (如存在磁性礦體如存在磁性礦體) )的孔段中，因的孔段中，因 為磁針失去定向能力，可用地面定向原理或陀螺原理。為磁針失去定向能力，可用地面定向原理或陀螺原理。 （2）方位角測(cè)量原理）方位角測(cè)量原理 地磁場(chǎng)定向原理地磁場(chǎng)定向原理 q 利用磁針或磁敏感元件利用磁針或磁敏感元件(磁通門磁通門)確定鉆孔確定鉆孔 的方位角。的方位角。 q 測(cè)量時(shí)羅盤處于水平狀態(tài)且測(cè)量時(shí)羅盤處于水平狀態(tài)且0線必須指向線必須指向 鉆孔彎曲方向。鉆孔彎曲方向。 q 為此，羅盤轉(zhuǎn)軸應(yīng)垂直于鉆孔彎曲平面，為此，羅盤轉(zhuǎn)軸應(yīng)垂直于鉆孔彎曲平面， 并使羅盤保持水平。此外，羅盤上并使羅盤保

19、持水平。此外，羅盤上0與與 180連線及框架上的偏重塊都與鉆孔彎曲連線及框架上的偏重塊都與鉆孔彎曲 平面一致，偏重塊與平面一致，偏重塊與180線同側(cè)。這樣線同側(cè)。這樣0 線必定指向鉆孔彎曲方向。線必定指向鉆孔彎曲方向。 q 0線與磁針指北方向的夾角就是鉆孔的磁線與磁針指北方向的夾角就是鉆孔的磁 方位角。方位角。 多點(diǎn)全測(cè)儀多點(diǎn)全測(cè)儀 q 采用非電量電測(cè)法。由羅盤測(cè)量的方位角和用懸錘測(cè)量的采用非電量電測(cè)法。由羅盤測(cè)量的方位角和用懸錘測(cè)量的 頂角通過(guò)電阻（弧形電阻件和環(huán)形電阻件）轉(zhuǎn)換成電量。頂角通過(guò)電阻（弧形電阻件和環(huán)形電阻件）轉(zhuǎn)換成電量。 如如JJX-2JJX-2、JJX-3JJX-3、KXP-

20、1KXP-1、JX641GAJX641GA、SJX77SJX77、SSJX77SSJX77和和CX-CX- 36013601等型號(hào)。等型號(hào)。 q 采用直流平衡電橋測(cè)量電路，將方位電阻和頂角電阻分別采用直流平衡電橋測(cè)量電路，將方位電阻和頂角電阻分別 作為兩個(gè)直流平衡電橋的被測(cè)電阻和一臂，電橋的另三個(gè)作為兩個(gè)直流平衡電橋的被測(cè)電阻和一臂，電橋的另三個(gè) 臂連接標(biāo)準(zhǔn)已知電阻，利用可變電阻調(diào)節(jié)電橋的平衡。臂連接標(biāo)準(zhǔn)已知電阻，利用可變電阻調(diào)節(jié)電橋的平衡。 q 可變電阻（平衡電阻）值的變化及所代表的方位角或頂角可變電阻（平衡電阻）值的變化及所代表的方位角或頂角 值，可由地面儀器面板的刻度盤讀出。值，可由地面

21、儀器面板的刻度盤讀出。 慣性定向法慣性定向法 陀螺儀陀螺儀 p 陀螺支撐于自身轉(zhuǎn)軸及內(nèi)、外環(huán)轉(zhuǎn)軸上，三軸陀螺支撐于自身轉(zhuǎn)軸及內(nèi)、外環(huán)轉(zhuǎn)軸上，三軸 垂直正交于與陀螺重心重合點(diǎn)，陀螺具有三個(gè)垂直正交于與陀螺重心重合點(diǎn)，陀螺具有三個(gè) 方向的自由度。在無(wú)摩擦的情況下，三自由度方向的自由度。在無(wú)摩擦的情況下，三自由度 高速旋轉(zhuǎn)的陀螺在空間的方向保持不變，這個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺在空間的方向保持不變，這個(gè) 特性稱作陀螺儀的特性稱作陀螺儀的定軸性定軸性。 p 陀螺還具有陀螺還具有進(jìn)動(dòng)性進(jìn)動(dòng)性，即外框架轉(zhuǎn)軸上有干擾力，即外框架轉(zhuǎn)軸上有干擾力 矩時(shí)，內(nèi)框架轉(zhuǎn)軸進(jìn)動(dòng)，使陀螺軸發(fā)生傾斜，矩時(shí)，內(nèi)框架轉(zhuǎn)軸進(jìn)動(dòng)，使陀螺軸發(fā)生

22、傾斜， 因此要進(jìn)行水平修正；而內(nèi)框架轉(zhuǎn)軸上有干擾因此要進(jìn)行水平修正；而內(nèi)框架轉(zhuǎn)軸上有干擾 力矩時(shí)，外框架轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使陀螺軸產(chǎn)生漂移，力矩時(shí)，外框架轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使陀螺軸產(chǎn)生漂移， 因此要進(jìn)行漂移量修正。因此要進(jìn)行漂移量修正。 1 1）測(cè)斜誤差的產(chǎn)生與消除）測(cè)斜誤差的產(chǎn)生與消除 q 測(cè)斜目的是求得測(cè)點(diǎn)處鉆孔頂角與方位的真值。但只能以某測(cè)斜目的是求得測(cè)點(diǎn)處鉆孔頂角與方位的真值。但只能以某 種精度逼近。允許誤差：頂角種精度逼近。允許誤差：頂角0. .51方位角方位角45。 q 系統(tǒng)誤差是儀器本身或測(cè)斜方法不正確造成的，服從一定規(guī)系統(tǒng)誤差是儀器本身或測(cè)斜方法不正確造成的，服從一定規(guī) 律。如：零漂和溫漂，儀

23、器軸線與鉆孔軸線不一致。律。如：零漂和溫漂，儀器軸線與鉆孔軸線不一致。 q 隨機(jī)誤差是多因素綜合影響的結(jié)果，多次重復(fù)測(cè)量的隨機(jī)誤隨機(jī)誤差是多因素綜合影響的結(jié)果，多次重復(fù)測(cè)量的隨機(jī)誤 差服從正態(tài)分布。差服從正態(tài)分布。 q 緩慢誤差是電子元件老化和機(jī)械零件內(nèi)應(yīng)力變化引起的。緩慢誤差是電子元件老化和機(jī)械零件內(nèi)應(yīng)力變化引起的。 2、測(cè)斜數(shù)據(jù)處理、測(cè)斜數(shù)據(jù)處理 q 鉆孔測(cè)斜并非連續(xù)測(cè)量，每隔鉆孔測(cè)斜并非連續(xù)測(cè)量，每隔25m一個(gè)點(diǎn)，軌跡是折線。一個(gè)點(diǎn)，軌跡是折線。 q 通常用均角全距法進(jìn)行計(jì)算，即把每一段測(cè)斜間距的兩組測(cè)斜數(shù)通常用均角全距法進(jìn)行計(jì)算，即把每一段測(cè)斜間距的兩組測(cè)斜數(shù) 據(jù)的平均值作為該孔段的頂

24、角和方位角值。據(jù)的平均值作為該孔段的頂角和方位角值。 q 用計(jì)算機(jī)可快速求出各測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并繪出鉆孔軌跡的垂直用計(jì)算機(jī)可快速求出各測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并繪出鉆孔軌跡的垂直 和水平投影圖。和水平投影圖。 2） 在測(cè)斜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上繪制鉆孔軌跡在測(cè)斜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上繪制鉆孔軌跡 3 3）建立礦區(qū)（施工區(qū)）孔斜規(guī)律數(shù)學(xué)模型）建立礦區(qū)（施工區(qū)）孔斜規(guī)律數(shù)學(xué)模型 q 在孔斜規(guī)律明顯的礦區(qū)設(shè)計(jì)自然定向孔是解決孔斜問(wèn)題的有在孔斜規(guī)律明顯的礦區(qū)設(shè)計(jì)自然定向孔是解決孔斜問(wèn)題的有 效途徑；如果已知礦區(qū)孔斜規(guī)律便可預(yù)測(cè)下一個(gè)（批）鉆孔效途徑；如果已知礦區(qū)孔斜規(guī)律便可預(yù)測(cè)下一個(gè)（批）鉆孔 的彎曲趨勢(shì)。的彎曲趨勢(shì)。 ) 2

25、Cos( 1)-(1 ) 2 Sin() 2 Sin( ) 2 Cos() 2 Sin( 1 1 11 1 11 1 ii iii A iiii iii A iiii iii Lzz Lyy Lxx （四）鉆孔彎曲的預(yù)防與糾正（四）鉆孔彎曲的預(yù)防與糾正 1、鉆孔彎曲的預(yù)防、鉆孔彎曲的預(yù)防 1 1）在設(shè)計(jì)鉆孔時(shí)應(yīng)考慮預(yù)防鉆孔彎曲）在設(shè)計(jì)鉆孔時(shí)應(yīng)考慮預(yù)防鉆孔彎曲 按照地層條件設(shè)計(jì)鉆孔：按照地層條件設(shè)計(jì)鉆孔： q 布置鉆孔時(shí)，盡量使鉆孔垂直于巖層層面及巖層走向；布置鉆孔時(shí)，盡量使鉆孔垂直于巖層層面及巖層走向； q 松軟、破碎、厚覆蓋層、裂隙及溶洞地層應(yīng)盡量設(shè)計(jì)垂直孔。松軟、破碎、厚覆蓋層、裂隙及溶洞

26、地層應(yīng)盡量設(shè)計(jì)垂直孔。 按鉆孔彎曲規(guī)律設(shè)計(jì)鉆孔按鉆孔彎曲規(guī)律設(shè)計(jì)鉆孔 q 孔斜規(guī)律明顯、巖層傾角大、無(wú)法垂直鉆孔的地層，應(yīng)利用孔斜規(guī)律明顯、巖層傾角大、無(wú)法垂直鉆孔的地層，應(yīng)利用 地層的自然彎曲規(guī)律，輔以人工控制彎曲措施，設(shè)計(jì)地層的自然彎曲規(guī)律，輔以人工控制彎曲措施，設(shè)計(jì)“初級(jí)初級(jí) 定向孔定向孔”。 q 若彎曲規(guī)律是方位穩(wěn)定而頂角偏離，若彎曲規(guī)律是方位穩(wěn)定而頂角偏離， 有如下幾種設(shè)計(jì)方法：有如下幾種設(shè)計(jì)方法： a. 沿勘探線平移法沿勘探線平移法 由由o點(diǎn)開孔打不到靶點(diǎn)點(diǎn)開孔打不到靶點(diǎn)a，可在勘探線，可在勘探線 上后移孔位。過(guò)上后移孔位。過(guò)a點(diǎn)引點(diǎn)引bo的平行線，的平行線， 與地面交于點(diǎn)與地面交

27、于點(diǎn)o即為后移的孔位。即為后移的孔位。 b. 增大開孔傾角法增大開孔傾角法 當(dāng)移動(dòng)孔位受到地形限制，而按原設(shè)計(jì)又當(dāng)移動(dòng)孔位受到地形限制，而按原設(shè)計(jì)又 無(wú)法鉆至預(yù)定靶點(diǎn)時(shí)，可根據(jù)傾角彎曲規(guī)無(wú)法鉆至預(yù)定靶點(diǎn)時(shí)，可根據(jù)傾角彎曲規(guī) 律，用增大開孔傾角的方法鉆進(jìn)，律，用增大開孔傾角的方法鉆進(jìn)，1是調(diào)整是調(diào)整 后的開孔傾角。后的開孔傾角。 q若已知鉆孔彎曲規(guī)律是頂角基本穩(wěn)定而方若已知鉆孔彎曲規(guī)律是頂角基本穩(wěn)定而方 位角變化較大時(shí)，應(yīng)按方位角變化規(guī)律調(diào)位角變化較大時(shí)，應(yīng)按方位角變化規(guī)律調(diào) 整鉆孔設(shè)計(jì)。整鉆孔設(shè)計(jì)。 2） 保證安裝質(zhì)量，把好換徑關(guān)保證安裝質(zhì)量，把好換徑關(guān) q 安裝地基要平整、堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固。安裝地

28、基要平整、堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)固。 q 鉆機(jī)立軸傾角方向符合設(shè)計(jì)要求，鉆機(jī)立軸傾角方向符合設(shè)計(jì)要求，“三點(diǎn)一線三點(diǎn)一線”。 q 孔口管固定牢，方位和傾角符合設(shè)計(jì)要求?？卓诠芄潭ɡ?，方位和傾角符合設(shè)計(jì)要求。 q 粗徑鉆具要直，長(zhǎng)度要逐漸加長(zhǎng)至粗徑鉆具要直，長(zhǎng)度要逐漸加長(zhǎng)至10m左右。左右。 q 換徑帶導(dǎo)向的綜合式異徑鉆具。換徑帶導(dǎo)向的綜合式異徑鉆具。 3 3）采用合理的鉆具結(jié)構(gòu)）采用合理的鉆具結(jié)構(gòu) 鐘擺鉆具、偏重鉆具和滿眼鉆具等形式的組合鉆具對(duì)防止鐘擺鉆具、偏重鉆具和滿眼鉆具等形式的組合鉆具對(duì)防止 和糾和糾正鉆井彎曲有明顯的效果。正鉆井彎曲有明顯的效果。 （1 1）鐘擺鉆具）鐘擺鉆具 鐘擺力（減斜）為鐘擺力

29、（減斜）為： （2） 偏重鉆具偏重鉆具 q 在普通鉆鋌的一側(cè)鉆一排淺窩造成在普通鉆鋌的一側(cè)鉆一排淺窩造成 偏重，回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力。偏重，回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力。 q 偏重鉆鋌防斜宜用高轉(zhuǎn)速。偏重鉆偏重鉆鋌防斜宜用高轉(zhuǎn)速。偏重鉆 鋌盡量接近鉆頭，鉆鋌的減重部分鋌盡量接近鉆頭，鉆鋌的減重部分 距軸線盡可能遠(yuǎn)。距軸線盡可能遠(yuǎn)。 q 鉆鋌重邊和輕邊的質(zhì)量差為鉆鋌總鉆鋌重邊和輕邊的質(zhì)量差為鉆鋌總 重重0.55，偏重鉆鋌一般，偏重鉆鋌一般9m左左 右就能起到良好的糾斜作用。右就能起到良好的糾斜作用。 （3）滿眼鉆具）滿眼鉆具 q 滿眼鉆具由滿眼鉆具由35個(gè)與鉆頭直徑相近的扶正器和外徑較大的鉆個(gè)與鉆頭直徑相近的扶

30、正器和外徑較大的鉆 鋌組成，可以增大鉆具的剛度減小鉆頭傾斜角，保持鉆具鋌組成，可以增大鉆具的剛度減小鉆頭傾斜角，保持鉆具 在孔內(nèi)居中，能限制由于鉆柱彎曲而產(chǎn)生的增斜力。在孔內(nèi)居中，能限制由于鉆柱彎曲而產(chǎn)生的增斜力。 q 使用滿眼鉆具時(shí)，要注意計(jì)算扶正器的安裝位置，并經(jīng)常使用滿眼鉆具時(shí)，要注意計(jì)算扶正器的安裝位置，并經(jīng)常 檢查扶正器的磨損情況，一般應(yīng)保證扶正器與孔壁的間隙檢查扶正器的磨損情況，一般應(yīng)保證扶正器與孔壁的間隙 小于小于1mm發(fā)揮發(fā)揮“滿眼滿眼”的作用。的作用。 q 滿眼鉆具用于垂孔鉆進(jìn)時(shí)，雖然可以消除或限制工藝因素滿眼鉆具用于垂孔鉆進(jìn)時(shí)，雖然可以消除或限制工藝因素 對(duì)孔斜的影響，削弱

31、地質(zhì)因素的促斜作用，但不能完全避對(duì)孔斜的影響，削弱地質(zhì)因素的促斜作用，但不能完全避 免孔斜，屬被動(dòng)垂孔鉆進(jìn)系統(tǒng)。免孔斜，屬被動(dòng)垂孔鉆進(jìn)系統(tǒng)。 1 1）使頂角下垂的方法）使頂角下垂的方法 q 在松散、溶洞地層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆具具有自然下垂的趨勢(shì)。在松散、溶洞地層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆具具有自然下垂的趨勢(shì)。 而在其他地層，可采用組合式鉆具而在其他地層，可采用組合式鉆具( (鐘擺、偏重鉆鋌鐘擺、偏重鉆鋌) )等。等。 2 2）使頂角上漂的方法）使頂角上漂的方法 q 一般具有自然上漂的傾向。采用短巖心管一般具有自然上漂的傾向。采用短巖心管( (約為普通巖心管約為普通巖心管 的的2/3)2/3)，適當(dāng)加大鉆壓與水量；

32、鋼粒鉆進(jìn)時(shí)可選大鋼粒、，適當(dāng)加大鉆壓與水量；鋼粒鉆進(jìn)時(shí)可選大鋼粒、 增大投砂量；或采用大直徑鉆頭配小直徑巖心管組成塔式增大投砂量；或采用大直徑鉆頭配小直徑巖心管組成塔式 鉆具，擴(kuò)大孔壁間隙，促使鉆具上漂。鉆具，擴(kuò)大孔壁間隙，促使鉆具上漂。 2、鉆孔彎曲的糾正、鉆孔彎曲的糾正 3）方位角偏斜糾正）方位角偏斜糾正 q 在鉆孔方位順鉆頭回轉(zhuǎn)方向偏斜時(shí)在鉆孔方位順鉆頭回轉(zhuǎn)方向偏斜時(shí)(右旋右旋)，采取左旋鉆具的，采取左旋鉆具的 方法糾正。這種方法對(duì)鋼粒鉆進(jìn)具有一定效果。方法糾正。這種方法對(duì)鋼粒鉆進(jìn)具有一定效果。 4）對(duì)頂角和方位角均有較大偏斜時(shí)的糾正）對(duì)頂角和方位角均有較大偏斜時(shí)的糾正 q 采用一般糾斜

33、方式不能奏效時(shí)，可在彎曲異常的孔段灌注采用一般糾斜方式不能奏效時(shí)，可在彎曲異常的孔段灌注 水泥，然后用導(dǎo)向鉆具重新開孔的方法糾斜，此法適用于水泥，然后用導(dǎo)向鉆具重新開孔的方法糾斜，此法適用于 中硬以上巖層。此外，還可以采用在孔內(nèi)下偏心楔或用連中硬以上巖層。此外，還可以采用在孔內(nèi)下偏心楔或用連 續(xù)造斜器的方法糾斜。續(xù)造斜器的方法糾斜。 定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用 國(guó)內(nèi)最大的陸上叢式井在國(guó)內(nèi)最大的陸上叢式井在384m 110m的區(qū)域內(nèi)布置了的區(qū)域內(nèi)布置了6排排42口定向井，口定向井， 叢式井共穿過(guò)叢式井共穿過(guò)550個(gè)油氣層，深達(dá)個(gè)油氣層，深達(dá) 2,046.9m

34、。 海油陸采是在海邊的陸地上鉆延伸到海上油層的水平井。國(guó)內(nèi)目前最大海油陸采是在海邊的陸地上鉆延伸到海上油層的水平井。國(guó)內(nèi)目前最大 位移位移2051.22m2051.22m。 簡(jiǎn)介定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用簡(jiǎn)介定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用 簡(jiǎn)介定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用簡(jiǎn)介定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用 M MW WD D 工工作作房房 脈脈沖沖脈脈沖沖 操操作作間間 MWD MWD 系系統(tǒng)統(tǒng)系系統(tǒng)統(tǒng) M MW WD D 工工作作房房 脈脈沖沖脈脈沖沖 操操作作間間 MWD MWD 系系統(tǒng)統(tǒng)系系統(tǒng)統(tǒng) 泥漿脈沖泥漿脈沖 式式MWD 用于定向用于定向 井鉆井的井鉆井的 舉例。舉例。

35、 簡(jiǎn)介定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用簡(jiǎn)介定向井和隨鉆測(cè)量技術(shù)在油田的應(yīng)用 486m S9-P1井井 S-5井井 芒硝 江蘇開采芒硝的兩井之間在江蘇開采芒硝的兩井之間在2629m處連通。處連通。 MWD用于對(duì)接井采礦舉例用于對(duì)接井采礦舉例 電磁波隨鉆測(cè)量電磁波隨鉆測(cè)量 （MWD）系統(tǒng)）系統(tǒng) 1、測(cè)量鉆孔彎曲的原理、測(cè)量鉆孔彎曲的原理 （1） 頂角測(cè)量原理頂角測(cè)量原理 液面水平原理（氫氟酸測(cè)斜）液面水平原理（氫氟酸測(cè)斜） q 把把2030濃度的氫氟酸注入玻璃管中濃度的氫氟酸注入玻璃管中1/3長(zhǎng)長(zhǎng) 度。將試管密裝在接頭內(nèi)。度。將試管密裝在接頭內(nèi)。 q 同鉆桿下孔待測(cè)位置靜止同鉆桿下孔待測(cè)位置靜止1

36、525min，提鉆，提鉆 取出。根據(jù)氫氟酸腐蝕痕跡算出頂角。取出。根據(jù)氫氟酸腐蝕痕跡算出頂角。 q 由于毛細(xì)作用對(duì)算得的頂角必須校正。為避由于毛細(xì)作用對(duì)算得的頂角必須校正。為避 免校正計(jì)算可利用傾斜儀來(lái)直接測(cè)定。免校正計(jì)算可利用傾斜儀來(lái)直接測(cè)定。 q 還可以用顯影液、化學(xué)漿液等。還可以用顯影液、化學(xué)漿液等。 （三）三） 鉆孔彎曲的測(cè)量?jī)x器與數(shù)據(jù)處理鉆孔彎曲的測(cè)量?jī)x器與數(shù)據(jù)處理 重錘原理重錘原理 q 利用地球重力場(chǎng)，框架繞利用地球重力場(chǎng)，框架繞a軸靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，軸靈活轉(zhuǎn)動(dòng)， b軸與軸與a軸垂直，軸垂直，b軸中點(diǎn)是能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)軸中點(diǎn)是能靈活轉(zhuǎn)動(dòng) 的弧形刻度盤，刻度盤轉(zhuǎn)動(dòng)面與鉆孔的弧形刻度盤，刻度盤轉(zhuǎn)動(dòng)面

37、與鉆孔 彎曲平面一致，刻度盤因重力永遠(yuǎn)下彎曲平面一致，刻度盤因重力永遠(yuǎn)下 垂。垂。 q 當(dāng)儀器在垂直孔內(nèi)時(shí)，刻度盤上的當(dāng)儀器在垂直孔內(nèi)時(shí)，刻度盤上的0 對(duì)準(zhǔn)弧形豎板的標(biāo)線頂角為對(duì)準(zhǔn)弧形豎板的標(biāo)線頂角為0； q 當(dāng)儀器在傾斜孔內(nèi)時(shí)，弧形豎板傾斜當(dāng)儀器在傾斜孔內(nèi)時(shí)，弧形豎板傾斜 一個(gè)角度，此角度就是鉆孔頂角一個(gè)角度，此角度就是鉆孔頂角。 q根據(jù)定義，鉆孔方位角測(cè)量必須滿足兩個(gè)條件：該角度是鉆孔軸線某點(diǎn)根據(jù)定義，鉆孔方位角測(cè)量必須滿足兩個(gè)條件：該角度是鉆孔軸線某點(diǎn) 切線方向與地北的夾角；該角度是水平面上的角度。切線方向與地北的夾角；該角度是水平面上的角度。 q在無(wú)磁性干擾或干擾很小的孔段中，可利用地磁場(chǎng)定向原理；在無(wú)磁性干擾或干擾很小的孔段中，可利用地磁場(chǎng)定向原理； q在有磁屏蔽在有磁屏蔽( (如在套管內(nèi)如在套管內(nèi)) )或磁干擾較大或磁干擾較大( (如存在磁性礦體如存在磁性礦體) )的孔段中，因的孔段中，因 為磁針失去定向能力，可用地面定向原理或陀螺原理。為磁針失去定向能力，可用地面定向原理或陀螺原理。 （2