(壹)可控定向鉆井技術
1.定向鉆井軌跡控制過程
可控定向鉆的軌跡可以設計成單孔底、多孔底、羽毛狀、傘狀、“U”形和“S”形等不同類型，各種定向鉆的軌跡控制過程基本相同，如圖7-22所示。
2.鉆井軌跡控制機
目前人工控制鉆井軌跡的工具主要有:液壓螺桿鉆具、渦輪鉆具、機械連續造斜器等。其中，液壓螺桿鉆具在受控定向鉆進中應用最為廣泛，下面主要以螺桿鉆具為例進行介紹。
3.鉆井軌跡彎曲強度的控制
鉆井軌跡的彎曲強度包括單位長度頂角和方位角的變化率。頂角和方位角的變化率之和稱為鉆孔的總抗彎強度。它的表述是:
圖7-22定向鉆軌跡控制過程
I =γ/δL(7-39)
cosγ= cosθacosθB+sinθasinθBcos(αB-αA)(7-40)
式中:I為鉆孔的總抗彎強度；γ為鉆孔的全彎曲角度；δ l是孔段的長度；θA、θB、αA和αB分別為δ l井段上下測點的頂角和方位角。
在軌跡控制過程中，同等條件下，糾傾機的彎曲角度越大，鉆孔糾傾的全彎曲強度越大；彎曲點離鉆頭越近，矯正的力度越大。液壓螺桿鉆具的糾斜鉆具，往往采用彎曲外管形式的糾斜部件(萬向節外的直管設計成不同角度的彎曲)。彎曲外管的角度分別為0.5，1，1.2，1.5，2。彎曲外管的角度應根據設計鉆井軌跡的控制強度來選擇，選擇原則是:
1)鉆孔的初始分支點應為大角度彎曲的外管(壹般為1.5)，以增加鉆具的側向力。
2)軟巖地層糾偏選用較小角度的彎管，較大角度的彎管選用。
3)相同直徑鉆孔糾偏時，選擇角度較大的彎曲外管，較小口徑糾偏時，選擇角度較小的彎曲外殼。
4)當連續校正進尺較長時，選擇小角度彎曲外管，當連續校正進尺較小時，選擇大角度彎曲外管。
5)根據不同的鉆孔方法選擇彎管的角度。常規鉆桿鉆進選用角度稍大的彎管外管，繩索取心鉆進選用角度較小的彎管外管。壹般情況下，普通小直徑金剛石鉆進軌跡的曲率半徑控制在≥300m，可以保證安全鉆進。
實際應用的例子:
1)華南杜愚-贛縣礦集區科學鉆探選址預研究；NLSD-1孔使用螺桿鉆彎外管糾斜鉆具，在1700m井段糾斜85次，累計糾斜進尺138.13m..選用1彎曲外管，平均糾斜強度0.1 ~ 0.15/m，鉆孔曲率半徑控制在286 ~ 573 m之間，使用H、N系列直徑繩索取心金剛石鉆進，對鉆具旋轉阻力和內管打撈影響小，孔內鉆桿斷裂事故少。
2)霍邱集集鐵礦ZK44孔設計為定向鉆孔，選擇1.25的彎曲外管作為糾偏孔段，糾偏強度為0.3 ~ 0.35/m，最大強度可達0.5/m，平均曲率半徑為156.2m，最小為110。鉆孔最終孔徑為76mm，采用50mm外絲普通鉆桿鉆進，采用交替鉆進法糾斜(螺桿鉆具糾斜2 ~ 3m，然後常規鉆進3 ~ 5m)。在鉆井軌跡的曲率半徑下，鉆桿很少斷裂，能夠滿足施工要求。
因此可以得出結論，為保證控制定向鉆進的經濟性和安全性，H、N口徑系列電纜取心鉆進的彎曲強度應控制在0.2/m以內，鉆進曲率半徑不小於300m常規鉆探應分別控制在0.4/m以內和不小於150m。
4.矯正機工作面角度與鉆孔頂角和方位角的關系。
鉆井軌跡控制經常出現三種情況:壹是鉆井頂角變化，方位角不變；二是鉆孔方位角變化，頂角不變；第三，鉆孔頂角和方位角同時變化。鉆孔頂角和方位角的控制與糾偏機的工具面對角(安裝角)有關，其關系如圖7-23所示。
圖7-23工具面角度和鉆孔彎曲角度的關系
圖中，刀具的面對角度順時針旋轉；β為工具面向角，δ θ為鉆孔頂角增量，δ α為鉆孔方位角增量；↑↓分別表示增加和減少的變化趨勢；Max和-max分別代表傾斜度增加和傾斜度減小的最大量。
從圖7-23可以看出，在不同的象限中，與矯正工具的面角(β)相對應的鉆孔頂角(θ)和方位角(α)是不同的。定向鉆井應根據糾斜參數快速確定糾斜工具的方位角。
校正工具的方位角可通過以下公式計算:
深巖心鉆探技術與管理
式中:β為刀具面向角；δ α為校正後鉆孔的方位角增量；θ1和θ2分別是矯正前後的頂角。
液壓螺桿鉆具產生的反扭矩會使鉆柱發生扭轉變形，由此產生的扭轉角稱為反扭轉角。反扭角與螺桿鉆具的工作扭矩、孔深、鉆桿剛度和WOB有關，對工具面角有壹定影響，在定向鉆井中應予以消除。通過理論計算很難確定抗扭角。在實際施工中，抗扭角可根據經驗估算或隨鉆定向儀檢測。如果華南杜愚-贛縣礦集區NLSD-1孔在1700m深度用63mm螺桿鉆具糾斜，預計反扭角在30° ~ 40°左右，則工具面角應提前增加此度數。
(2)鉆井軌跡避障技術應用實例
在鉆井施工(尤其是深井鉆井)中，孔內事故是不可避免的。當出現不方便處理的事故或無法逾越的局部復雜地層時，需要借助避障技術改變鉆井軌跡。繞障鉆孔技術與分支定向孔技術基本相似。
例如，在汶川地震斷裂帶WFSD 3孔的科學鉆探中，由於地層破碎和縮徑，導致無法處理孔內的鉆鋌和套管，發生了兩次鉆井事故。鉆井分別在孔深788米和1096米處進行(圖7-24)，因此鉆井軌跡按要求延伸至目標孔深1502.30米。
圖7-24 WFSD 3孔鉆井軌跡避障示意圖
圖7-25 NLSD-1井側鉆糾斜圖
中國南方杜愚-贛縣礦集區科學鉆探選址預研究:NLSD-1孔在950 ~ 1070 m孔段頂角上浮5.3/100 m，如果在原孔底部糾斜，孔會出現狗腿彎曲，不利於下壹步繩索取心鉆進。為此，采用水泥封井至940米深度進行定向側鉆，將井眼軌跡控制在設計要求內，繼續擴鉆，如圖7-25所示。