7.1.1 斜掌钻头的控向原理
斜掌钻头是一种水平定向钻用于软－中硬地层先导孔钻进的导向钻头，钻头为斜面钻头（图7－1）。该钻头由探头盒和斜面钻头体组成，高压液流经过喷嘴形成高压射流辅助切削和导向。探头盒用来放置探头，其上开有通磁槽，并用非金属材料密封，以防止屏蔽电磁波并阻止泥砂的进入。
图7－1 导向钻头
先导孔的导向过程是由钻头、钻机和导向仪的相互配合完成的。若同时给进和回转钻杆柱，钻头的斜面在旋转作用下达到各向受力均匀则失去方向性，达到直线钻进的效果；若只给进而不回转钻杆柱，作用于斜面的反力使钻头改变方向，实现变向造斜钻进。导向仪的探头用于测量钻头在地层中的倾角、方位角和深度等控向参数，并通过孔底发射器将信号发送到地面接收器，地表探测器接收并显示位于钻头后面的探头发出的信号（深度、倾角、方位角等），供操作人员掌握孔内情况，以便随时进行调整。
7.1.2 硬岩中的导向技术
水平定向钻在硬岩中的导向比软土地层要复杂，一般采用定向钻井技术中常用的“随钻测量系统”（measure while drilling，缩写为MWD）和孔底泥浆马达配合弯接头进行导向。泥浆马达分为螺杆马达和涡轮马达两大类。
泥浆马达的组成和工作原理如图7－2所示，泥浆马达由旁通阀、动力机、万向轴和输出传动轴等部分组成，并且在紧靠钻头上部连接一个泥浆马达。钻头的回转依靠泥浆马达带动，而上部的钻杆不回转。泥浆马达是由地表泥浆泵通过钻杆输送的高压冲洗液来驱动回转。由于钻杆不回转，因此在弯曲钻孔和长距离水平钻井中可以避免因回转钻杆造成的大的回转阻力，可以减少钻杆的磨损和疲劳破坏，减少振动和碰撞对钻孔孔壁的破坏。此外泥浆马达钻进只有马达转子、传动轴和钻头回转，长度较小，有利于采用高转速钻进提高钻进效率。
图7－2 泥浆马达组成结构示意图
动力部件是泥浆马达的核心部分，由定子和转子两部分组成。定子和转子具有特定的螺旋型齿面和齿数比，并相互啮合形成密封腔，高压冲洗液推动转子回转，带动下部万向节、传动轴和钻头回转而实现钻进碎岩。由于转子回转时具有一定的偏心距，因此依靠万向节连接转子和传动轴。传动轴主要起导正和传递钻压的作用，使回转平稳，其关键是轴承的性能和寿命。定子齿形部分一般是硫化橡胶，通过模压硅胶成型，具有一定的弹性，可以较好地与转子形成密封。转子为刚性杆（管），齿形通过机加工或模具成型，一般外表面镀硬铬，提高耐磨性。
导向钻进依靠弯接头、弯钻杆或弯螺杆来实现（图7－3）。当需要进行造斜钻进时，通过缓慢转动钻杆，MWD系统随时测量工具面向角并在司钻仪上显示出，使弯接头的弯曲方向（工具面向角）达到指定方向，开泵输送冲洗液推动泥浆马达带动钻头回转实现导向造斜钻进。MWD的信号可以采用有线传输方式，优点是信号衰减小，传输速度快，而且地下探头的电源可以通过电缆供给；缺点是电缆的连接和密封比较复杂和困难。
图7－3 孔底马达钻进导向原理
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