定向钻探(directional drilling)

工程钻探中，采用专门的造斜工具和工艺措施，使钻孔沿设计的轨迹延伸到预定目标的钻探技术。定向钻探能节省钻探工作量，提高钻探质量，满足特定施工要求；但钻探技术要求高，施工管理严格。

定向钻探起始于20世纪30年代初期，首先用于石油钻井。几十年来，定向钻探的关键技术——造斜工具、定向方法和钻孔偏斜测量技术得到不断发展，特别是70年代以来孔底动力机造斜工艺和电子计算机技术的应用，使定向钻探技术发展成为能够精确控制钻孔延伸方向的先进钻探技术。定向钻探应用于工程钻探是在70年代初期，美国首次利用水平定向钻探技术敷设穿越河流的地下管道，日本大量采用水平定向钻探进行城市下水道等市政工程施工。

应用范围 定向钻探应用广泛，而且还在不断扩大。工程钻探中主要用于：(1)寻找地下裂隙，钻分支孔，增大水井出水量；(2)扩大地热田的开采面；(3)避开地面或地下大型建筑物、地表水域、高山、陡坡等不宜建立钻场的地表条件进行施工；(4)在城市建筑物下或江河等地域钻进敷设各种管道和电缆的孔；(5)施工有特殊要求的取样孔、冻结孔或灌浆孔等。

工作原理 定向钻探是在钻孔的不同孔段，根据钻孔轴线的设计要求和既有钻孔轴线的空间位置，采用造斜工具和相应工艺，人为地使钻具轴线与钻孔轴线一致，保持原来钻孔的顶角和方位角；或者人为地使钻具轴线偏离原钻孔轴线，改变原来钻孔的顶角和(或)方位角，从而使钻孔沿设计的方向延伸。

造斜工具 能够改变钻孔顶角或方位角的专用工具。"grm的有组合钻具、偏斜器、连续偏斜器、孔底动力机造斜钻具和喷射钻头等，生产中依据定向钻探任务、地质情况和施工条件而选择。(1)组合钻具。在常规钻具中增加一些部件，利用支撑或重力作用使钻头上漂或下垂而保持或改变钻孔顶角的造斜工具。(2)偏斜器。能使钻具沿其偏斜槽钻进、从而改变钻孔顶角和方位角的造斜工具。又称偏心楔。(3)连续偏斜器。利用专门机构产生偏斜力和固定偏斜方向的无楔体的具有连续偏斜作用的工具。又称连续造斜器。它可改变钻孔的顶角和方位角，使钻出的钻孔孔身轴线平滑。(4)孔底动力机造斜钻具。由孔底动力机和造斜件组成的造斜钻具。孔底动力机有螺杆马达、涡轮动力机和电动机三种。造斜件有弯钻杆、弯接头、弯外管、偏斜靴和液力斜接头等。此类造斜钻具的造斜准确程度高，可实现遥控钻进。(5)喷射钻头。能利用高速射流冲刷孑L底，造成孔底不均匀破碎，从而改变钻孔延伸方向的造斜工具。

施工工艺 主要包括造斜前钻进、安装造斜工具和造斜钻进等环节。采用常规方法钻进至造斜点或分支点处后，清理孔底或建立人工孔底，为安装造斜工具做好准备。安装造斜工具是定向钻探的关键工序，必须使造斜工具准确定向地固定于造斜点处，也就是使造斜工具的造斜平面与钻孔倾斜平面之间保持设计计算的夹角，以使造斜钻具沿预定方向钻进。使造斜工具在钻孔底定向的方法依其工作原理分为直接定向、间接定向和随钻定向三种。其中直接定向法和间接定向法为钻前定向，需停止钻进，专门进行测斜和造斜工具的定向工作，不能连续了解造斜效果，适用于偏心楔、连续偏斜器和喷射钻头的定向；随钻定向法是在定向钻进过程中，将定向仪器装在造斜钻具内，以随时向地表传送钻进方向的信息，从而随时控制定向钻进方向，适用于孔底动力机造斜钻进。造斜钻进时根据岩石性质选择钻进方法，并采用短粗径钻具和较低钻进参数。经测斜来确认新孔是否符合设计要求。