地面受控定向鑽進

地面受控定向鑽進又稱側向水平鑽進、橫向鑽進、水平鑽進、導向鑽進。其施工步驟獨特：先垂直鑽進（直線段），然後偏斜鑽進，形成曲線孔段，再以水平方向沿礦層（如煤層）或目標層鑽進，根據需要，此水平孔段可短可長。

基本介紹

• 中文名：地面受控定向鑽進
• 外文名：Ground controlled directional drilling
• 學科：水利工程
• 別稱：側向水平鑽進
• 特點：水平孔段可短可長
• 領域：鑽進

簡介

地面受控定向鑽進方法是由常規定向鑽進（多頭鑽進）發展起來的。由於採用了計算機輔助鑽進和長度短、扭矩大的螺桿鑽具以及隨鑽測量等新工藝和新設備，使這種鑽進技術已從早期的長曲率半徑（大於300m）的側向水平鑽進，發展到中半徑（100m左右）的側向水平鑽進（20世紀80年代中期）和短半徑（10-30m）的側向水平鑽進（20世紀80年代末期）。側向水平鑽進與常規定向鑽進的區別是，前者造斜率大，水平孔段長；而後者水平孔段很短，或只與礦層（煤層）接觸，礦層裸露面有限。美、英、德等國曾用側向水平鑽進孔排放瓦斯和勘探煤層，我國煤炭系統僅能施工常規定向鑽孔或長半徑側向水平孔，用於勘探和注漿。

地面受控定向鑽進方法原理

側向水平鑽進主要採用孔底發動機（或稱井下動力鑽主要是螺桿鑽）鑽進的方法。螺桿鑽安裝在鑽頭上部，在鑽進過程中鑽桿柱不旋轉，沖洗液或壓縮空氣通過鑽桿壓入螺桿鑽，迫使其中的轉子旋轉，然後將旋轉扭矩傳送給鑽頭，進行鑽進。螺桿鑽結構簡單，易損件少，鑽具長度短，適於大斜度定向鑽進。由於鑽桿柱不迴轉，易於控制鑽孔的頂角和方位；能連續造斜；可在地面通過鑽桿柱來控制造斜角度和穩定造斜方位。

按設計曲線軌跡準確鑽進至目標層位是側向水平鑽進的關鍵步驟。在這一階段除了採用專門設計的孔底發動機外，還要採用合適的造斜方法和器具以及測斜儀器。近年來，造斜方法和器具發展迅速，現已從原始的偏斜楔發展到無楔連續造斜；對於孔底發動機鑽進，已從採用普通彎接頭定向發展到採用可調式彎外管裝置；從普通穩定器糾斜發展到使用偏心可調式穩定器糾斜。

測斜儀器

測斜儀器可以說是定向鑽進工作者的眼睛，是控制鑽孔軌跡必不可少的工具。早期是採用單點或多點照相測斜儀，後來使用陀螺儀定向測斜。到20世紀80年代，隨鑽測量儀器的投入使用，給定向鑽進工藝帶來了一次新的飛躍，因為隨鑽測量能實時地監視孔斜、方位、工具面方向和孔底溫度等參數，不用把儀器提到地面就可控制鑽孔的軌跡，這不僅大大減少了定向造斜的時間，而且因地層和其它原因所造成的軌跡偏移也易於糾正。

總結

隨鑽測量儀器很多，它們大多利用重力加速度計做傾角感測器，用磁通門做方位參數感測器，用積體電路溫度感測器提供孔內溫度參數。這些信號的傳輸，大多採用電纜或泥漿壓力波，正在研究聲波傳輸和大地電磁波傳輸技術。