为研究地壳深部和上地幔地质及矿藏等而进行的钻探工程，称科学钻探(Scientific Drilling)。深孔科学钻探技术是配合地球深部探测科学研究而形成并发展起来的一门新兴技术领域，其作用是为地学研究提供真实而丰富的地下实物资料、信息测试通道和地球物理解释标尺，是进行地球科学研究必不可少的重要手段，对地球科学研究目标能否实现起到决定性作用。
　　 深孔科钻具有深度大、孔斜质量要求高、钻进地层复杂多变、岩层产状陡属于岩石坚硬、难钻的强造斜地层的特点，孔斜指标要求不但远高于普通岩心钻探的孔斜要求，甚至对局部孔段的钻孔弯曲强度（全角变化率），也提出了非常严格的要求。并且以往的科钻实践证明:发生孔斜，甚至是严重孔斜的情况较为普遍。钻孔弯曲的原因归根到底是由于在钻进过程中孔底钻具组合与地层相互作用下造成的，由于自然界岩石种类繁多，不同的岩石其力学参数相差很多即使同一岩石在不同的地质环境下其力学参数也相差悬殊，因而研究钻孔弯曲必须在地层因素已知的情况下;不同钻具的结构和钻进工艺其碎岩机理也不尽相同，因而研究钻孔弯曲必须结合相应的钻具结构和钻进工艺。
　　 此文依托成都理工大学《深孔小口径科学钻探孔斜预测、预防与实验测试》科研课题，以科钻所钻遇的地层、工艺、操作技术等因素对孔斜的影响为研究对象，运用数值模拟与物理模拟相结合的研究方法对科钻钻孔弯曲现象和规律开展研究。首先以特定科钻钻孔所使用的钻具结构为原型建立了孔底钻具组合的非线性静力学模型，综合考虑了下部钻具结构、边界条件和各种载荷，利用ANSYS有限元分析软件对该钻具组合非线性静力学有限元模型进行了分析计算，分别讨论了钻压、开孔顶角和扶正器处的孔壁间隙值等因素对钻头处侧向力的定量关系;其次，建立了地层与孔底钻具组合相互作用的有限元模型，分别对各向同性和各向异性岩石进行静载下有限元数值模拟分析，通过将两类岩石的应力分布状态对比，在静载下各向同性岩石内部应力、位移等值线呈均匀分布状态，然而各向异性岩石其内部的应力状态呈椭圆分布，椭圆长轴方向与层面趋于平行;位移等值线分布也呈椭圆分布其长轴方向与层面垂直;其应力状态和位移的不均匀分布均使钻具产生顺时针的偏倒力矩，从而为柔性钻具组合的孔斜机理提供了理论基础。
　　 对于岩体的非连续性特征，建立了钻进过程中孔底岩石破碎的离散元数值模型，采用UDEC离散元分析软件对静载下岩石的破碎过程进行了详细分析，裂纹沿最大剪应力扩展发育，最终形成锥面形裂纹或硬币状裂纹。受节理面影响，在其上侧产生大量的拉破坏单元，致使岩石产生众多的表面裂纹，且距离节理面越近其差异效果越显著;拉裂斜裂纹与节理方向相交、甚至贯通，易产生大体积破碎，提高碎岩效率。在层面处由于剪应力集中使孔底产生不均匀破碎、出现台阶状沟坎，致使孔底钻具组合在其作用下整体发生偏移产生钻孔弯曲;得出了节理结构面对孔底不均匀破碎的定量影响关系、以及遇层角大小对孔底不均匀破碎程度的定量影响关系。
　　 结合孔底钻具组合、岩石与孔底钻具组合相互作用数值模拟分析，以及孔底岩石破碎过程数值模拟的计算分析，进一步对钻孔弯曲机理进行了物理模拟实验研究。运用相似理论原理推导了岩石与孔底钻具组合物理模拟实验所遵循的静力学与动力学相似准则，并应用上述相似准则建立模拟装置、确定了实验参数（模型与原型相似的钻压比等于1/1024、转速比等于1/16，）;在模型实验基础上完成了钻孔弯曲机理的物理模拟实验，通过扫描仪对模型试件孔壁的扫描分析、整理统计实验数据，得到“节理岩体倾角与孔底不均匀破碎程度曲线”;分析论证了节理岩体孔底不均匀破碎导致钻孔弯曲的机理，并分析了节理岩石的倾角与不均匀破碎程度之间的关系，确定了不均匀破碎关系曲线的两个突变点（极值点）:30°、45°，与数值模拟结果一致。
　　 通过对地层、工艺、操作技术等因素对孔斜的定量分析，建立了钻头与岩石相互作用线性等效力预测模型，并在此基础上对钻孔轨迹进行预测;针对影响孔斜的主要因子提出相应的防斜措施。对今后钻孔弯曲的预测、预防以及其他科钻的实施，具有一定的指导意义。