定向鉆孔

定向鉆孔，是指可以影響深井方向的方法。 在最簡單的情況下，使用定向鉆孔，您可以確保鉆孔完全垂直。 對于更復雜的系統，可以改變和確定任何方向的鉆孔過程。

在鉆深孔時，空腔、不同密度和硬度的層或其他情況總是會無意中影響孔的方向。 鉆柱通常比 1000 米長得多，但在這個長度的一小部分，它變得非常柔韌，無法通過其剛性保持其方向。 因此，絕對有必要記錄鉆孔過程。 下一步是根據目標糾正路線。 此外，整個鉆柱不必吸收用于傳遞驅動力的力，因此鉆柱可以由更輕但抗扭性更差的材料制成。

歷史上最古老的影響方向的方式如下：傳統的旋轉鉆柱輔以液壓馬達。 它直接位于鉆頭上，相對于鉆桿傾斜約 3°。 在正常鉆進過程中，鉆頭由鉆柱和使用液壓馬達的鉆井液驅動。 因此，鉆頭以 3° 的偏差繞孔的中心軸線旋轉。 這樣，平均沒有偏差，并且孔按常規運行。 如果需要改變方向或進行校正，則鉆柱停止旋轉。 現在鉆孔遵循 3° 的液壓馬達傾斜。 這種方法的挑戰是記錄鉆孔和工具面的路線。 前者可以通過降低到鉆柱內部的測量探頭來確定。 主鉆根據鉆桿的旋轉位置來確定工具面，這需要大量的經驗。 地下不需要電子元件，鉆孔過程通過在指定深度拍攝對點和羅盤的照片來記錄。 該程序經過試驗和測試，而且價格低廉，被全世界的運營商所掌握。 它今天仍在使用。

當今最常用的鉆井渦輪機類型稱為“正排量馬達”(PDM)。 其功能實際上與偏心蝸桿泵相同，只是偏心蝸桿不是由電機驅動，而是通過流過它的沖洗液旋轉并驅動鉆頭。

在鉆井過程中連續記錄鉆井過程（隨鉆測量），將這些測量值傳輸到地面并在必要時自動控制的方法明顯更現代，但技術要求更高。

在最簡單的情況下，這是一個用于創建垂直孔的工具。 這些在采礦中通常是必需的，例如 B. 將新的電梯、通風或供應豎井插入現有豎井系統為此，必須以精確的精度擊中超過 1000 米的隧道。

垂直鉆井系統是最簡單的，因為感官努力僅限于確定鉛垂線。 任何不垂直的運動都必須自動糾正。 為了實現這一點，兩個傳感器/測斜儀就足夠了，它們水平偏移 90° 布置。 如果兩個傳感器都顯示“零信號”，則工具完全垂直。 如果工具向任何方向傾斜，一個或多個傳感器將顯示從零位置開始的正向或負向變化。 這樣的過零測量特別容易和準確，因為這些值可以被大大放大并且零點附近的變化率處于最大值。

用于影響方向的傳感器和組件，即所謂的肋，直接位于圓柱形部件載體中的鉆頭后面，即控制接頭。 它可自由旋轉地安裝在鉆柱上。 控制電子設備使液壓操作的肋條壓在鉆孔壁上，從而施加一個力，使鉆孔過程沿相反方向進行。 通過延伸至少一個控制肋，控制接頭變得不可旋轉地楔入鉆孔中。 只有鉆柱在控制接頭內旋轉。 否則，將無法以所需的精度確定鉛垂線。 鉆具的旋轉部分包含提供電能和水能的渦輪機和發電機。 此外，至少包括一個脈沖發生器，它通過沖洗溶液中的壓力波動將工具和鉆孔過程的重要參數傳輸到地面。

定向鉆井的高等藝術是自由控制鉆井。 這需要三個傳感器來確定傾斜度和三個磁力計來計算地球磁場中的位置。 重力和磁性工具面也可以由此計算。 影響方向的原理與上述垂直鉆井系統相同。 它由 3 到 4 個控制肋組成，它們根據控制電子設備的規格壓在墻上，從而產生一個矢量，相應地影響鉆孔過程。 然而，也經常使用比例可控的肋。 這樣可以更精確地調整和對齊影響矢量。與純垂直控制工具相比，電子和機械工程的工作量要高出許多倍，因為它們必須處理更多的數據，并且對通信的要求也更高。 不僅方向數據必須從地下傳輸到地上，而且還需要相反方向的校正和控制命令。 自由操縱的能力帶來了快速響應地質調查數據和調整井的能力。 因此，此類鉆具通常與物理和化學傳感器結合使用，旨在提供有關圍巖的信息。 這些數據還必須在地面上傳輸或存儲。機械方面的挑戰也相當大，因為整個技術無法針對與地球引力場相關的單一位置進行優化。 這主要影響液壓系統的設計。 向上鉆孔的工具就更復雜了，還有陀螺系統，在鉆頭里有一個完整的硬化慣性導航系統。 這會告訴機器操作員他是否需要轉向更高、更低、向右或向左，并以大約 1 m 的偏差沿著預定義軌跡在 2000 m 的距離內精確地引導鉆頭。 今天使用這些設備可以在定向鉆孔中獲得最準確和環境獨立的結果。

這使得從側面開發原油或天然氣礦床成為可能，定向鉆孔也可用于校正鉆孔和繞過已變得無法使用的鉆孔部分。

今天的主要用途是從一個點向多個方向鉆孔。 因此，在海上生產中，定向鉆孔是通常的開發形式，因為通常可以從幾個（昂貴的）鉆井平臺到達大面積的礦床。

與此同時，定向鉆孔也在全國盛行。 在這里，主要出于環境保護和當地居民保護的考慮，尋求將生產場地集中在少數幾個鉆井場地上。