CN105909237A - 用岩心取代测斜仪的钻孔随钻测斜法 - Google Patents

Abstract

用岩心取代测斜仪的钻孔随钻测斜法，包括如下步骤：①采样：由钻探现场或岩心库采取圆柱状岩心；②按已知天顶角数据和方位角数据校准，并在岩心上标记重力方向的母线，定为初母线；③测量岩心的弓高和弦长，计算出过弦长两端切线的锐角夹角；划出相对应的母线，则为终母线，终母线与初母线在岩心横截面上对应的中心角值，即为终点角；上块岩心的终母线就是下块岩心的初母线；重复此②、③步骤，由孔口至孔底对每块岩心进行测量；④计算获得各块岩心所对应孔深处的天顶角和方位角值。本发明只需用测斜仪测定孔口以及孔内岩心缺失段末端的天顶角和方位角，测斜仪不再下入孔内，取消了测斜工序，具有精度高，可随钻测量和费用低的优点。

Description

用岩心取代测斜仪的钻孔随钻测斜法

技术领域

本发明涉及一种用于地球科学和地下工程的取心钻孔测斜方法，具体地说，是涉及一种不用测斜仪器下井，随钻孔取心过程在地面测量岩心，计算钻孔相应深度的天顶角和方位角，即用岩心在地面实施钻孔弯曲的测量方法。

背景技术

现有测斜仪，有单点测斜仪、多点电测仪、陀螺仪等多种，在这三种测斜仪中，单点测斜仪价格较低，多点电测仪价格居中，陀螺仪价格最高，它们都存在精度较低的缺点，即使单点测斜仪，且费用也均不低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用岩心代替测斜仪，取消测斜作业，精度高，费用低，可随钻测斜的取心钻孔测斜方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，用岩心取代测斜仪的钻孔随钻测斜法，包括如下步骤：

①采样：由钻探现场或岩心库采取圆柱状岩心，所述圆柱状岩心为上下顺序未颠倒、长径比大于5-10的完整岩心；有岩心所在孔段的孔深、钻孔孔口和孔内岩心缺失段末端的方位角数据和天顶角数据；标记有结构面特性和标志；在运输和加工检测过程中保持岩心原有状态；若各块岩心间的断口完全吻合，断口吻合面处的孔斜数据相同，视为产状相同的同一岩样，但各块的天顶角和方位角大小均会有较大变化，应分块进行测量；

②将定盘测斜仪放置在测斜仪校验台的岩心间同轴式夹具一端内固定，在岩心间同轴式夹具另一端固定岩心；按已知天顶角数据和方位角数据校准，并在岩心上标记重力方向的母线，定为初母线；

③取下被测岩心，放置在平台上，用游标卡尺测量岩心的弓高和弦长，计算出过弦长两端切线的锐角夹角，即全弯曲角；用千分表以此位置划出相对应的母线，则为终母线，终母线与初母线在岩心横截面上对应的中心角值，即为终点角；上块岩心的终母线就是下块岩心的初母线；重复此②、③步骤，由孔口至孔底对每块岩心进行测量；

④ 已知岩心的初始值：天顶角θ₁，方位角α₁、终点角φ₁和全弯曲角γ₁，用按球面三角公式编制的计算机程序可得岩心全长终了改变值，也就是下块岩心的初始值：天顶角θ2和方位角改变值Δα₁=α₂—α₁，则α₂=α₁+Δα₁，还有终点角φ₂和全弯曲角γ₂，从而获得各块岩心所对应孔深处的天顶角和方位角值。

本发明之技术方案是基于岩心轴心与钻孔轴心一致，钻孔弯曲形态完全与岩心柱一致。它与生产中用的定向下偏心楔导斜原理一致，假设每块岩心就是一个偏心楔，全孔岩心柱就是连续下的偏心楔。

本发明通过对山东蓬莱市大柳行镇大柳行金矿的5个岩心样和内蒙赤峰市北东县赤峰山金红岭矿的8个岩心样的测量，证实了岩心具有更丰富更精确的孔斜信息数据，全弯角值围绕孔轴曲线上波动变化着。同一岩心样都有较大变化。

本发明随钻进过程中取出岩心，随即获得钻孔弯曲数据，不用测斜仪，取消了测斜生产工序，数据精度要比现用测斜仪高一个数量级以上，每20cm可以取得一组数据，测斜费用降低，实现随钻测斜。这对地球科学具有重大科研和生产价值。

附图说明

图1为本发明所用孔斜六元素的球面三角说明图。

图2为本发明原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，PP^，为过球心0的直立直径，OP^，AP和OP^，BP为二直立大圆，OAB为倾斜大圆。

OA和OB为钻孔的相邻上、下二岩心，θ₁和θ₂为天顶角，γ₁为全弯曲角，二直立大圆的二面夹角Δα为方位角的改变值，二直立大圆与倾斜大圆的二面夹角φ₁和φ₂为上、下岩心的终点角特殊值。

球面三角形ABP的三个边为θ₁、θ₂和γ₁，三个角为π—φ₁、φ₂和Δα。可用球面三角的正弦、余弦和万能正切公式，按已知任意的3个参数可求另外3个。

用测斜仪测得天顶角和方位角，天顶角θ是孔轴方向（曲线切线）与铅垂线间的夹角，方位角α是孔轴方向在水平面的投影与北方向（N）间的夹角，由N起顺时针计量。

相邻上、下二点相应地测得数据（θ₁、α₁）和（θ₂、α₂），则二点的切线间夹角叫全弯曲角γ₁，由余弦公式算得，函数式为γ₁=f(θ₁、θ₂、Δα)，Δα=|α₁—α₂|，这意味钻孔发生弯曲。

在磁性岩矿体中使用定盘测斜仪的连环测斜法，需测定两点的终点角（φ₁和φ₂），也就是定向下偏心楔导斜时的楔子扭转角，函数式为Δα= f(θ₁、θ₂、Δφ)，Δφ=|φ₂—φ₁|。

球面三角形投影在赤道平面上，三个边仍是大圆，三个边和三个角保值不变，且小圆的投形仍为圆。如图2所示，θ₁所在面和θ₂所在面是垂直面，应为过球心的直线，若已知θ₁和γ₁，随φ₁在0-360⁰间变化，则θ₂的轨迹就是以γ₁为半径的球面小圆，小圆的投影仍是圆，γ₁所在面为倾斜大圆投影。举一图算算例：已知θ₁、γ、φ₁和φ′₁，可得φ₂、Δα、θ₂和φ′₂、Δα、θ′₂两组数据。对导斜作业，γ为楔顶角，φ₁和φ′₁指上孔段对下孔段的楔子扭转角。而所得φ₂和φ′₂指下孔段对上孔段的楔子扭转角，对本例无用。

本发明用岩心取代测斜仪的钻孔随钻测斜法，包括如下步骤：

①采样：由钻探现场或岩心库采取圆柱状岩心，所述圆柱状岩心为上下顺序未颠倒、长径比大于5-10的完整岩心；有岩心所在孔段的孔深、钻孔孔口和孔内岩心缺失段末端的方位角数据和天顶角数据；标记有结构面特性和标志；在运输和加工检测过程中保持岩心原有状态；若各块岩心间的断口完全吻合，断口吻合面处的孔斜数据相同，视为产状相同的同一岩样，但各块的天顶角和方位角大小均会有较大变化，应分块进行测量；

②将JJG-1定盘测斜仪放置在JJG-1测斜仪校验台的岩心间同轴式夹具一端内固定，在岩心间同轴式夹具另一端固定岩心；按已知天顶角数据和方位角数据校准，并在岩心上标记重力方向的母线，定为初母线；

③取下被测岩心，放置在平台上，用游标卡尺测量岩心的弓高和弦长，计算出过弦长两端切线的锐角夹角，即全弯曲角；用千分表以此位置划出相对应的母线，则为终母线，终母线与初母线在岩心横截面上对应的中心角值，即为终点角；上块岩心的终母线就是下块岩心的初母线；重复此②、③步骤，由孔口至孔底对每块岩心进行测量；

④ 参照图2，已知岩心的初始值：天顶角θ₁，方位角α₁、终点角φ₁和全弯曲角γ₁，用按球面三角公式编制的计算机程序可得岩心全长终了改变值，也就是下块岩心的初始值：天顶角θ2和方位角改变值Δα₁=α₂—α₁，则α₂=α₁+Δα₁，还有终点角φ₂和全弯曲角γ₂，从而获得各块岩心所对应孔深处的天顶角和方位角值。

本发明通过对山东蓬莱市大柳行镇大柳行金矿的5个岩心样和内蒙赤峰市北东县赤峰山金红岭矿的8个岩心样的测量，证实了岩心具有更丰富更精确的孔斜信息数据，全弯角值围绕孔轴曲线上波动变化着。同一岩心样都有较大变化

本发明随钻进过程中取出岩心，随即获得钻孔弯曲数据，不用测斜仪，取消了测斜生产工序，数据精度要比现用测斜仪高一个数量级以上，每20cm可以取得一组数据，测斜费用降低，实现随钻测斜。这对地球科学具有重大科研和生产价值。

Claims (1)

1.用岩心取代测斜仪的钻孔随钻测斜法，其特征在于：包括如下步骤：

①采样：由钻探现场或岩心库采取圆柱状岩心，所述圆柱状岩心为上下顺序未颠倒、长径比大于5-10的完整岩心；有岩心所在孔段的孔深、钻孔孔口和孔内岩心缺失段末端的方位角数据和天顶角数据；标记有结构面特性和标志；在运输和加工检测过程中保持岩心原有状态；若各块岩心间的断口完全吻合，断口吻合面处的孔斜数据相同，视为产状相同的同一岩样，但各块的天顶角和方位角大小均会有较大变化，应分块进行测量；

②将定盘测斜仪放置在测斜仪校验台的岩心间同轴式夹具一端内固定，在岩心间同轴式夹具另一端固定岩心；按已知天顶角数据和方位角数据校准，并在岩心上标记重力方向的母线，定为初母线；

③取下被测岩心，放置在平台上，用游标卡尺测量岩心的弓高和弦长，计算出过弦长两端切线的锐角夹角，即全弯曲角；用千分表以此位置划出相对应的母线，则为终母线，终母线与初母线在岩心横截面上对应的中心角值，即为终点角；上块岩心的终母线就是下块岩心的初母线；重复此②、③步骤，由孔口至孔底对每块岩心进行测量；

④ 已知岩心的初始值：天顶角θ₁，方位角α₁、终点角φ₁和全弯曲角γ₁，用按球面三角公式编制的计算机程序可得岩心全长终了改变值，也就是下块岩心的初始值：天顶角θ2和方位角改变值Δα₁=α₂—α₁，则α₂=α₁+Δα₁，还有终点角φ₂和全弯曲角γ₂，从而获得各块岩心所对应孔深处的天顶角和方位角值。