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定向钻进

/directional drilling/
条目作者胡汉月

胡汉月

最后更新 2022-01-20
浏览 178
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利用地层造斜规律或人工造斜工具使钻孔按设计轨迹要求钻达预定目标的钻进方法。

英文名称
directional drilling
所属学科
地质学/地质资源与地质工程

定向钻进通过调整顶角、方位角和曲率半径等参数,控制钻孔轴线的延伸方向,使钻孔最终钻达矿体预定的靶区。

在定向钻进被广泛应用之前,钻孔方向基本上是不可控的。20世纪30年代,定向钻探首先用于石油钻井,50年代初开始用于地质钻探。中国定向钻进技术始于20世纪50年代,70年代开始应用于地质钻探。80年代以后,随着连续造斜器、螺杆马达和随钻测斜仪器的研发成功,以及旋转导向钻进技术和地质导向钻进技术的成熟,受控定向钻进已成为现代先进的钻探技术之一。

按照造斜方式不同,定向钻进可分为自然弯曲钻进和人工造斜钻进两类。自然弯曲钻进是指利用地层所具有的自然致斜特性,采用常规钻进技术、工艺使钻孔基本按设计轨迹钻进的方法;人工造斜钻进则利用特殊设计的井底工具如偏心楔、连续造斜器、螺杆马达、孔底涡轮马达等控制钻进方向,使钻头按设计轨迹到达靶区。定向钻进主要是采用随钻测量技术和人工造斜方式进行受控定向钻进。

定向钻进主要通过造斜工具控制钻孔顶角和方位角实现定向钻进。造斜工具主要有如下几种:①偏心楔:采用钢制楔体引导钻头强制改变钻孔顶角、方位角的工具,又分为固定式偏心楔和回收式偏心楔两类。楔体在孔内固定后不能回收的为固定式偏心楔;楔体在孔内固定后,造斜完毕还能从孔内取出的称回收式偏心楔。②连续造斜器:在孔内定向后能连续弯曲钻孔的造斜工具,由定子和转子两大部分组成,定子通过楔形滑块与孔壁定位卡固,使钻头产生侧向造斜力,实现连续改变钻孔方向的目的。③孔底动力钻具造斜工具:孔底动力钻具包括螺杆钻具、涡轮钻具、电钻等,配合定向直接头、定向弯接头和弯外壳等造斜工具构成孔底动力造斜工具,结合随钻测量技术,可实现实时连续测量、控制和造斜的目的。

定向钻进技术能按照设计轨迹精确钻进,可节省钻井场地,减少钻探工作量,加快勘探和开发速度。定向钻进技术在石油开采、煤层气开采、资源溶浸开采等钻探中获得了广泛应用(见表)。

定向钻进方法的应用领域一览表

应用领域

应用内容

固体矿产地质钻探

①用定向钻进方法进行定向纠斜、补取岩矿心、绕过事故孔段等施工

②用定向钻进方法完成急倾斜(陡立)矿体、自然造斜严重矿区的勘探施工

③受地形、地面条件限制而无法安装钻探设备时,可采用定向钻进完成钻探施工

④为保护生态环境、减少钻探设备搬迁、节省钻探工作量,在勘探网度密、矿体埋藏深等情况下,可采用定向钻进方法进行分支孔或集束孔施工

石油、天然气钻采

在海洋钻井平台钻集束定向孔以节省钻探工作量并扩大勘探和开采区域

施工多底定向孔、水平孔及丛式孔等,提高勘探效果、增加油井产量

发生断钻、卡钻以及井喷着火等钻井事故时,侧钻分支孔或救援井

采用平行定向井实施蒸汽辅助重力泄油开采(SAGD)

其他工程领域

①为了增加地热田的热水开发量和回灌补给,钻分支孔或两口倾斜方向相反的定向孔

②钻对接井形成地下封闭回路,用于开发盐、天然碱等矿产和地壳深部“干热岩”

③用定向钻孔实施硫矿热熔开采,铀、铜等矿的溶浸开采,铁、磷、石英砂等矿的钻孔水力开采

④用定向钻孔抽采煤层瓦斯,在煤层中建造地下燃炉,实施地下煤气化开采(UCG)

⑤用定向钻孔实施非开挖铺管,实施地下核爆炸后的快速取样


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