钻孔弯曲测量的原理及其方位角测量原理.pdf

钻孔弯曲测量的原理及其方位角测量原理 钻孔弯曲测量的原理及其方位角测量原理 为了随时掌握与控制钻孔空间位置的变化 预防与纠正钻孔弯曲 在钻进中 必须测量钻孔轨迹各孔段上的基本参素即 顶角 方位角和孔深 这一工作称为 钻孔弯曲度测量简称测斜 一 钻孔弯曲测量的原理 钻孔弯曲的测量原理包括顶角测量原理和方位角测量原理 孔深测量一般只 是借助电缆 测绳 或钻杆将测斜仪下入到指定深度来控制 一 顶角测量原理 根据钻孔顶角定义 测量顶角度必须符合两个条件 一是该角度代表测点钻 孔轴线与铅垂线的夹角 其二是该角度在钻孔弯曲平面内 目前 顶角测量原理 是利用地球的重力场 有液面水平原理和悬锤原理等 1 液面水平原理 氢氟酸测斜 氢氟酸测斜仪就是利用液面水平原理来测量钻孔的顶角 把 2 0 3 0 浓度的 氢氟酸注入长度为 1 0 0 1 5 0 m m 内径为 1 5 2 5 m m 的玻璃试管中 注入量为试管长 度的 1 3 左右 然后 将盛有氢氟酸的玻璃试管装在特制的接头内 用橡胶塞加 以密封 用钻杆将其下到孔内待测位置 静止停留 1 5 2 5 m i n 后 提钻取出试管 由于氢氟酸对玻璃的腐蚀作用 在试管上留有液面痕迹 根据液面的高低 就可 算出顶角 图 顶角校正关系图 图 倾斜仪 1 量角器 2 悬锤 3 半园盘 4 固定架 5 转动轴 6 玻璃管 由于有毛细管的作用 试管形成了如图 2 4 2 7 所示的蚀痕曲面 由此测出的 顶角必须校正 按下式可求出实际顶角 E 式中 钻孔的实际顶角 玻璃试管上实测顶角 E 校正角 为了避免计算和校正上的麻烦 可以利用倾斜仪来直接测定 2 悬锤原理 悬锤测量钻孔顶角的原理如图 图 悬锤测量钻孔顶角的原理示意图 框架可绕 a 轴灵活转动 b 轴与 a 轴垂直相交 在 b 轴中点 0 悬挂一能灵活 转动的弧形刻度盘 刻度盘转动面与钻孔弯曲平面一致 刻度盘因重力作用永远 下垂 当仪器在垂直孔内时 刻度盘上的 0 正对准弧形竖板了上的标线 即顶 角为 0 当仪器在倾斜孔内时 弧形竖板倾斜一个角度 此角度就是钻孔顶角 二 方位角测量原理 根据钻孔方位角的定义 方位角的测量必须满足两个条件 一是该角度必须 是钻孔轴线上某点的切线方向与地北的夹角 其二该角度必须是水平面上的角 度 在无磁性干扰或干扰很小的孔段中 可利用地磁场定向原理 在有磁屏蔽 如 在套管内 或磁干扰较大 如存在磁性矿体 的孔段中 因为磁针失去定向能力 可用地面定向原理 1 地磁场定向原理 地磁场定向原理是利用罗盘磁针的指北特性或磁敏感元件 磁通门 确定倾斜 钻孔的方位角 因此 测量时罗盘必须处于水平状态 并且罗盘上 0 线必须指 向钻孔弯曲方向 为了满足这些要求 罗盘的转动轴应垂直于钻孔弯曲平面 并 且在其下部装有重块 使罗盘保持水平 此外 罗盘上 0 与 1 8 0 连线及框架 上的偏重块都在框架的垂直平分平面内 即钻孔弯曲平面内 偏重块与 1 8 0 线 同侧 这样一来 在倾斜钻孔中 1 8 0 线必定指向钻孔弯曲方向 此时 0 线 与磁针指北方向的夹角就是钻孔的磁方位角 图 1 7 4 图 1 7 4 地磁场定向原理测钻孔方位角示意图 2 地面定向原理 在地面将一定位方向设法传到孔内各个测点 如图 1 7 5所示 若取地面定 位方向为 O A 其方位角为 0 O A 在圆 O 上的投影为 O A 钻孔弯曲平面的 方向为 O B 其方位角为 1 令 A O B 1 0 O B 在圆 O 上的投影为 O B 若令 A O B 则此在钻孔横截面上的 角 即为终点角 图 1 7 5 地面定向原理测钻孔方位角示意图 根据投影几何 可有以下关系 t g t g C