定向鉆探(directional drilling)

工程鉆探中，采用專門的造斜工具和工藝措施，使鉆孔沿設計的軌跡延伸到預定目標的鉆探技術(shù)。定向鉆探能節(jié)省鉆探工作量，提高鉆探質(zhì)量，滿足特定施工要求；但鉆探技術(shù)要求高，施工管理嚴格。

定向鉆探起始于20世紀30年代初期，首先用于石油鉆井。幾十年來，定向鉆探的關鍵技術(shù)——造斜工具、定向方法和鉆孔偏斜測量技術(shù)得到不斷發(fā)展，特別是70年代以來孔底動力機造斜工藝和電子計算機技術(shù)的應用，使定向鉆探技術(shù)發(fā)展成為能夠精確控制鉆孔延伸方向的先進鉆探技術(shù)。定向鉆探應用于工程鉆探是在70年代初期，美國首次利用水平定向鉆探技術(shù)敷設穿越河流的地下管道，日本大量采用水平定向鉆探進行城市下水道等市政工程施工。

應用范圍定向鉆探應用廣泛，而且還在不斷擴大。工程鉆探中主要用于：(1)尋找地下裂隙，鉆分支孔，增大水井出水量；(2)擴大地熱田的開采面；(3)避開地面或地下大型建筑物、地表水域、高山、陡坡等不宜建立鉆場的地表條件進行施工；(4)在城市建筑物下或江河等地域鉆進敷設各種管道和電纜的孔；(5)施工有特殊要求的取樣孔、凍結(jié)孔或灌漿孔等。

工作原理定向鉆探是在鉆孔的不同孔段，根據(jù)鉆孔軸線的設計要求和既有鉆孔軸線的空間位置，采用造斜工具和相應工藝，人為地使鉆具軸線與鉆孔軸線一致，保持原來鉆孔的頂角和方位角；或者人為地使鉆具軸線偏離原鉆孔軸線，改變原來鉆孔的頂角和(或)方位角，從而使鉆孔沿設計的方向延伸。

造斜工具能夠改變鉆孔頂角或方位角的專用工具。"grm的有組合鉆具、偏斜器、連續(xù)偏斜器、孔底動力機造斜鉆具和噴射鉆頭等，生產(chǎn)中依據(jù)定向鉆探任務、地質(zhì)情況和施工條件而選擇。(1)組合鉆具。在常規(guī)鉆具中增加一些部件，利用支撐或重力作用使鉆頭上漂或下垂而保持或改變鉆孔頂角的造斜工具。(2)偏斜器。能使鉆具沿其偏斜槽鉆進、從而改變鉆孔頂角和方位角的造斜工具。又稱偏心楔。(3)連續(xù)偏斜器。利用專門機構(gòu)產(chǎn)生偏斜力和固定偏斜方向的無楔體的具有連續(xù)偏斜作用的工具。又稱連續(xù)造斜器。它可改變鉆孔的頂角和方位角，使鉆出的鉆孔孔身軸線平滑。(4)孔底動力機造斜鉆具。由孔底動力機和造斜件組成的造斜鉆具。孔底動力機有螺桿馬達、渦輪動力機和電動機三種。造斜件有彎鉆桿、彎接頭、彎外管、偏斜靴和液力斜接頭等。此類造斜鉆具的造斜準確程度高，可實現(xiàn)遙控鉆進。(5)噴射鉆頭。能利用高速射流沖刷孑L底，造成孔底不均勻破碎，從而改變鉆孔延伸方向的造斜工具。

施工工藝主要包括造斜前鉆進、安裝造斜工具和造斜鉆進等環(huán)節(jié)。采用常規(guī)方法鉆進至造斜點或分支點處后，清理孔底或建立人工孔底，為安裝造斜工具做好準備。安裝造斜工具是定向鉆探的關鍵工序，必須使造斜工具準確定向地固定于造斜點處，也就是使造斜工具的造斜平面與鉆孔傾斜平面之間保持設計計算的夾角，以使造斜鉆具沿預定方向鉆進。使造斜工具在鉆孔底定向的方法依其工作原理分為直接定向、間接定向和隨鉆定向三種。其中直接定向法和間接定向法為鉆前定向，需停止鉆進，專門進行測斜和造斜工具的定向工作，不能連續(xù)了解造斜效果，適用于偏心楔、連續(xù)偏斜器和噴射鉆頭的定向；隨鉆定向法是在定向鉆進過程中，將定向儀器裝在造斜鉆具內(nèi)，以隨時向地表傳送鉆進方向的信息，從而隨時控制定向鉆進方向，適用于孔底動力機造斜鉆進。造斜鉆進時根據(jù)巖石性質(zhì)選擇鉆進方法，并采用短粗徑鉆具和較低鉆進參數(shù)。經(jīng)測斜來確認新孔是否符合設計要求。