随钻测量系统——探管部分
煤矿井下定向钻孔施工工艺及技术研究
煤矿井下定向钻孔施工工艺及技术研究【摘要】煤矿井下施工定向钻孔相对于施工常规钻孔在工艺方面更复杂，要求条件更为苛刻。
为了在煤矿井下应用好定向钻孔施工技术，提高瓦斯抽采能力和解决地质问题，文中先简要介绍了定向钻孔施工工艺原理，然后以顶板瓦斯抽采钻孔为例介绍了煤矿井下定向钻孔的设计方法及施工工艺技术，并且提出了定向钻孔推广应用时应注意的一些事项，总结了当前限制煤矿井下限制定向钻进技术推广的主要因素，最后分析了煤矿定向钻进工艺应着力改进的地方。
【关键词】定向钻进；钻孔设计；施工工艺；限制因素；改进1、定向钻孔施工的工艺原理煤矿井下定向钻进是采用水力排渣、随钻测量的一种钻孔施工工艺，是利用泥浆泵将静压水通过加压后，通过钻杆内侧供水通道送达孔底，驱动孔底螺杆马达旋转，为钻头旋转切削煤岩提供动力，水沿着钻杆与孔壁之间的间隙排除孔内钻屑。
施工过程中通过随钻测量系统实时测出孔底钻具空间姿态参数（倾角、方位角、工具面向角等），操作人员通过对比施工参数与设计参数，调整孔底钻具工具面向角，进行下一次钻进，依次按照此步骤施工直至实际钻孔轨迹沿着设计轨迹钻进至终孔。
2、定向钻孔的设计定向钻孔施工前必须预先设计好钻孔轨迹，定向钻孔轨迹的设计应考虑到以下因素：钻孔的类型，施工钻孔的个数及预计孔深、钻孔分支孔的数量、孔深及分支位置等，轨迹设计前，尽可能多的收集到能准确反映钻孔布孔平面和空间区域的地质测量资料（包括煤层顶底板等高线图、综合柱状图，采掘工程平面cad 图、局部探眼或钻孔柱状图等），分析布孔区域煤层瓦斯含量及压力、煤层顶底板岩性变化及煤厚变化情况。
下面以顶板瓦斯抽放钻孔设计为例说明如何进行定向钻孔轨迹设计：2.1钻孔方位角设计。
设计钻孔方位角时，必须先明确工作面顶底板等高线图的真方位角a，然后再确定钻孔施工的主方位角b，顶板瓦斯抽采钻孔距离回风巷平距一般为10～30m，可以设计2～5个定向主孔，开孔间距控制在0.5～1m，再确定分支钻孔的个数及开孔位置，分支钻孔开孔位置均布置在工作面收作线以内，这样可减少无效孔段的施工，钻孔设计孔深在300～600m为宜，主孔方位在进入收作线后保持平行轨道顺槽延伸，主孔方位角确定后，再设计分支孔的方位，使钻孔终孔在平面上等间距分布，平均间距5～7m。
SQMWD-Y无线随钻测斜仪简介2011-02-19
四、压力传感器
压力传感器是士奇公司专为MWD研发，采用电阻 应 变原理设计的专利产品。外壳所有应力感应处全部采用煅 造不锈钢设计，无需充油，最大抗过载能力达到300MPa 以上，工作温度为 -55～125℃， 可以直接安装在立管或
泥浆管线自带的2“由壬扣上，经久耐用。
（ZL 200920297071.7）
五、数据处理仪
数据处理仪与信号发生器做成一体,在功能不变 的前提下，携带更方便，操作更简单。
六、近钻头井斜测量
从上图可以看出钻进过程中，井下仪器测出的一组全 测量数据中包含了近钻头井斜和探管井斜，两测点之间相 距3.5m，在定向过程中不同井段如增斜、 稳斜、 降斜的 趋势能够通过两井斜之间的差值反映出来。并能根据两井 斜之间的差值通过公式预算出井底井斜。
伽马探管技术参数： 测量范围： 0~500 API 测量精度： ±5% 灵敏度： 2 cps/API 垂直分辨率： 173mm（ 6.8 ″）
二、测量探管
a、探管使用自主研发的基于MEMS加速度传感器的定向 测量模块（ZL 200520032628.6）抗强震动、 尤其抗强 冲击可达3500g。
SQMWD-Y总体结构框图
探管把实时测得的井斜、方位、工具面、温度等参数 的值按照一定的规则进行编码，形成电压脉冲序列。当脉 冲发生器接收到来自探管的信号后，蘑菇头上提，泥浆从 小限流环通过，仪器内外压力平衡，主阀头在弹簧力的作 用下被推到限流环上端，这样就限制了泥浆的流动并导致 立管压力升高；随后蘑菇头下放，堵塞小限流环，主阀头 在泥浆力的反作用下被顶起，又导致立管压力降低，从而 形成压差。 此时，安装在井口的压力传感器就能检测到由此产生 的泥浆压力脉冲信号并将脉冲信号经司钻显示仪传送给数 据处理仪， 通过滤波、放大、模/数转换等处理后传给PC 机，最后计算出井斜、方位、工具面、温度等参数的值， 用以指导钻井作业。
无线随钻仪器在使用过程中常见的故障和原因分析
一、现场出现问题及排除方法 二是保证泥浆泵工作正常,上水平稳， 二是保证泥浆泵工作正常 上水平稳，泵 上水平稳 压稳定，以防影响仪器脉冲信号。 压稳定，以防影响仪器脉冲信号。对于 钻时特别快的井段,钻完一单根 钻完一单根,尽量活动 钻时特别快的井段 钻完一单根 尽量活动 钻具划眼一次,以防岩屑沉积 造成仪器信 钻具划眼一次 以防岩屑沉积,造成仪器信 以防岩屑沉积 号伐杆砂卡,仪器无信号 仪器无信号。 号伐杆砂卡 仪器无信号。三是要求司钻 扶钻均匀，坚持使用钻杆滤子,并加强学 扶钻均匀，坚持使用钻杆滤子 并加强学 习修改脉冲检测门限， 习修改脉冲检测门限，手动控制测斜滤 波的能力。 波的能力。
一、现场出现问题及排除方法
卸开引鞋冲洗，由于灌入的水泥浆太多， 卸开引鞋冲洗，由于灌入的水泥浆太多，部分 已经凝固，冲洗不掉， 已经凝固，冲洗不掉，卡死主伐杆致使脉冲无 法正常工作。更换脉冲下钻，距井底有 根单 法正常工作。更换脉冲下钻，距井底有6根单 根时，开泵划眼，仪器正常工作。结论： 根时，开泵划眼，仪器正常工作。结论：在钻 开水泥塞前，不能一味的抢钻， 开水泥塞前，不能一味的抢钻，多循环把井底 的沙子循环干净，防止仪器出现故障。 的沙子循环干净，防止仪器出现故障。
正文： 正文：
无线随钻测量仪器在钻井生产施工中的优势明显， 无线随钻测量仪器在钻井生产施工中的优势明显， 同时也存在一些仪器故障问题，导致井队多次起钻， 同时也存在一些仪器故障问题，导致井队多次起钻， 延长了钻井周期， 延长了钻井周期，为了能更好的发挥无线随钻仪器在 钻井生产中的优势，为长庆钻井总公司实现提速目标 钻井生产中的优势， 提供了强有力的技术支撑。 提供了强有力的技术支撑。加大攻关排除无线随钻仪 器各种故障， 器各种故障，全面推广无线随钻仪器应用成熟工艺技 术，为钻井生产持续提速的实现保驾护航，现将现场 为钻井生产持续提速的实现保驾护航， 经常出现的问题及解决方法做以下列述， 经常出现的问题及解决方法做以下列述，以供大家探 讨：
电磁波随钻测量系统
发射机连接图
第三部分 现场操作
施工准备 仪器连接 开机测试 井口安装 入井测试 出井测试 注意事项
施工准备
在到达井场后，将接收机及计算机放进仪器房，确认仪 器房与钻机的距离，距离太远不能进行安装； 在钻机上找一个接触比较良好的地方安装接收天线连钳； 以井口为中心，便于连接接收机方向找一个湿润的地方， 将地锚砸入地中，在接线口安装上连接线缆； 将连接线缆安全高架，注意防碰、防损，连接线不允许 打直角弯，以防折断；
电 磁 波 随 钻 测 量 系 统
今后发展方向
1.高数据传输率随钻测量系统 采用数据压缩技术、高效编码技术的EM-MWD系统。 2.地质导向技术 大量的测井技术转化为随钻测井工具，实现随钻实时地 质评价，通过测井信息与井眼轨迹信息结合，使得钻井轨迹 能够准确行进在储层中最佳位置。 3.提高综合井控能力 随钻测量系统携带大量的地质信息、工程参数、井眼轨 迹信息，更多的工程信息井下化对于安全井控意义重大，利 于工程事故早期准确预报。
e)
f)
仪器主体外径：Φ48mm；电路骨架直径：Φ35mm；
测量范围和精度： 井斜角： 0~180° ±0.2° 方位角： 0~360° ±3.0°（井斜角 <5°） ±2.0°（5°≤井斜角≤9°） ±1.5°（井斜角>9°） 工具面角： 0~360° ±1.5°
下密封盖帽
下密封盖帽安装在仪器测量串的最下端，其材料为优质钛 合金，其外径为： Φ48mm，有效长度为：175mm。
第二部分
电磁波随钻测量系统原理和组成
一.系统概述
电磁波随钻测量系统是以电磁波形式将井下随钻测 量参数通过地层向地面传输的随钻测量系统。 测量参数：井斜、方位、工具面、温度
5-YHD1-1000随钻测量系统-探管解析
4.总体结构
4.1 探管特点 4.2 孔内仪器 4.3 地面设备 4.4 安装工具
4.4 配件
4.1 探管特点
项 目 指 标
外径
长度 质量 固定方式
41mm
1916mm 小于11.5 KG 使用固定组件装在无磁钻杆中
4.2 孔内仪器
充电电池筒
测量短节 锁紧母 固定套 紧定螺钉
4.3 地面设备
7.故障分析与排除
故障现象 通讯的信号线与地短路
更换充电电池筒
检查并重新连接 检查短路点并排除
测量短节故障
孔口监视器故障 测量短节稳定 不动时校验和 不在0.99～1.01 之间 刚开始通讯时需要稳定10秒 左右 充电电池筒没电
送厂家维修
请检查孔口监视器 请等待10秒再观察 更换充电电池筒
4）特殊的减震块设计保证仪器能够承受更大的振动。
3 技术特性
3.1 主要性能 3.2 技术指标及认证
3.1 主要性能
1）工作方式：具有待机方式和通讯方式（根据孔口监 视器的控制信号自动调整），在待机方式下消耗电量 最小。 2）自动节电功能：当数据传送到一定时间后，自动进 入待机工作方式。 3）传送数据全面：传送全部数据时除了倾角、方位角、 工具面数据时，还附带传送校验和、磁场强度、仪器 温度、仪器电池电压。其中：校验和是检测倾角是否 正常的，磁场强度是检测磁传感器是否正常的，仪器 温度是检测温度传感器是否正常的，电池电压是判定 仪器剩余电量和剩余工作时间的依据。
1.4 型号说明
Y H D 1 1000 T
表示测量探管 表示千米钻进系统 第一次登记 表示定向钻进 表示本质安全型 表示仪表
2.工作原理及结构特征 2.1 测量短节部分
煤矿井下随钻测量技术
技术发展历程
应用场景：煤矿井下随钻测量技术主要用于井下钻孔的测量，包括竖井、斜井、平巷等场合，也可用于其他矿产资源的勘探和开发。
优势
高精度：可以实现对钻孔的深度、方位角、工具面等参数的高精度测量。
实时性：可以实时获取钻孔参数，及时调整钻进方向和深度。
可靠性：采用高可靠性的传感器和数据处理技术，保证了测量结果的准确性和稳定性。
安全性：可以避免因人为因素导致的测量误差，提高了煤矿开采的安全性。
应用场景与优势
02
煤矿井下随钻测量技术系统组成
采用高强度、高耐磨性的合金钢和不锈钢制造，以确保钻具的耐用性和可靠性。
钻具材料
钻具尺寸
钻具附件
根据不同的地层条件和测量需求，选择不同直径和长度的钻具。
如钻头、稳定器、扩孔器等，用于适应不同地层和扩大钻孔直径。
定向钻进技术
定向钻具
测量与控制系统
定向钻进原理
数据传输流程
随钻测量技术中的数据传输包括数据采集、数据处理和数据传输三个步骤。其中数据采集是依靠传感器收集钻孔过程中的各种参数；数据处理是对采集到的数据进行处理和分析，提取有用的信息；数据传输是将处理后的数据实时传输至地面控制中心。
数据传输协议
随钻测量技术中的数据传输协议通常采用国际通用的协议，如MODBUS协议等，以保证数据的通用性和兼容性。同时，为了提高数据传输的效率和稳定性，通常会采用压缩算法对数据进行压缩处理。
导航部分
导航定位
根据导航定位信息，控制钻具的移动轨迹，确保钻孔的准确性和稳定性。
导航控制
将导航信息以图形或数字形式显示在控制面板或计算机屏幕上，方便操作人员监控和操作。
导航显示
采用可充电电池或太阳能板等可再生能源作为电源，以确保持续供电。
矿用钻孔轨迹随钻测量系统20140306
矿用钻孔轨迹随钻
测量系统
北京科利安
概述
霍州煤电集团隶属于山西焦煤集团，近年来，集团公司积极响应 安全生产的号召，在瓦斯抽放、探放水领域配置了一系列的设备。根 据统计数据，集团公司目前共拥有172台钻机，其中钻距大于200米的 钻机有138台，小于200米的有34台。通过对李雅庄、干河、三交河、 团柏、辛置等煤矿进行调研，了解到钻孔现场普遍存在钻孔轨迹无法 测量、钻孔位置不确定等情况，造成瓦斯抽放盲区、探放水盲区等现 象。钻孔的施工很多情况下依赖于现场工作人员的经验与技术，对钻 孔情况缺乏一种科学、有效的评估方式。
184.518
183.92 183.69 183.723 183.467 181.857 181.967
184.70
184.30 183.30 184.00 182.60 181.20 182.10
-0.18
-0.38 0.39 -0.28 0.87 0.66 -0.13
54
57
5.219
6.026
倾角、方位角、 工具面向角等参数
存储到FLASH
系统线路控制原理图
北京科利安
同步器
同步器 电池 同步器
与测量探管时间同步，记录有 效测量点存储测量探管中数据
北京科利安
北京科利安
1 2 3
同步器的电源设备与测量探管同为本安型镍氢电池组
电池电量供应能够保证同步器正常工作30小时
只需将更换下的电池带至地面通过专用的充电器充电
2.765
2.515 3.039 3.776 4.218 4.002 4.227
2.80
2.50 2.90 3.90 4.10 4.00 4.10
-0.03
MWD无线随钻在钻井施工中的实际应用
MWD无线随钻在钻井施工中的实际应用
钻井项目部 魏群等
吉林锐普索石油技术有限公司
一、 MWD简介：
MWD即无线随钻测量系统的简称。它由地面设备和井 下测量仪器两部分组成。地面设备包括：压力传感器、司 钻显示仪、数据处理仪、PC 机及有关连接电缆等。 井下 测量仪器主要由脉冲发生器、测量探管、电池筒、打捞头 等组成。
评语：
MWD无线随钻技术的成功应用标志着我公司钻井技术水平走向一个新的 台阶，钻井成本大幅下降，钻井技术日益成熟。在钻井市场竞争日趋激烈的 今天，为公司钻井项目长期发展提高了有力保障，培养了人才，积蓄了能，是2012年度我公司钻井项目技术成果最 为突出的一项，体现了公司领导决策英明，钻井技术人员勇于攻关，是公司 锐意进取，勇于探索精神的最好体现！
2012年度，长庆项目部共完成钻井109口，中靶率100%，共购买 电池46节，使用38节，平均每节电池使用2.37口井，使用时间均达到 180小时以上，达到了厂家出厂的使用标准。探管和脉冲各返修15次， 没有发生因定向仪器不好使而耽误生产的事情。相比去年同期，机械 钻速和钻井周期有了一定的提高。五套仪器完好程度达到100%。
总体结构框图如下图所示：
仪器串简图如下：
MWD工作原理简述：
探管把实时测得的井斜、方位、工具面、温度等参数的值按照一 定的规则进行编码，形成电压脉冲序列。当脉冲发生器接收到来自探 管的信号后，蘑菇头上提，泥浆从小限流环通过，仪器内外压力平衡， 主阀头在弹簧力的作用下被推到限流环上端，这样就限制了泥浆的流 动并导致立管压力升高；随后蘑菇头下放，堵塞小限流环，主阀头在 泥浆力的反作用下被顶起，又导致立管压力降低，从而形成压差。 此时，安装在井口的压力传感器就能检测到由此产生的泥浆压力脉冲 信号并将脉冲信号经司钻显示仪传送给数据处理仪， 通过滤波、放 大、模/数转换等处理后传给PC机，最后计算出井斜、方位、工具面、 温度等参数的值，用以指导钻井作业。
SK—MWD(GR) 无线随钻测量系统 软件使用说明书 V 1.11
SK—MWD(GR) 无线随钻测量系统软件操作手册上海神开石油科技有限公司2009一、安装说明1、系统配置需求CPU：Intel Pentium 800 MHz 或更高；内存：512 M以上；硬盘空间：1 G以上；操作系统：Microsoft Windows 2000/XP。
2、安装步骤①如果计算机中没有安装过 Microsoft .NET Framework 1.1 或更高版本，请先运行安装盘中的 dotnetfx v1.1(chs).exe，按照操作提示完成安装；如果已安装过Microsoft .NET Framework则不需要运行dotnetfx v1.1(chs).exe；②运行SK-MWD(GR).exe，按照操作提示完成安装。
二、软件操作说明1．软件界面SK-MWD(GR)软件界面上显示系统参数、泵压信号曲线、滤波曲线、实时GAMMA曲线图、工具面罗盘图、井斜方位数据表格、工具面数据表格、泵压仿真仪表等内容。
程序中采集到的泵压信号以及所有解码出的数据都将保存在相应数据库中。
在GAMMA探管工作的同时也会每5秒保存一个GAMMA值,在探管和采集箱直接相连时可以读出这些数据。
2．菜单2．1“数据操作”菜单2．1．1“数据采集”在该模式下可采集泵压信号，对信号进行滤波处理，进一步解码，计算井斜、方位、工具面、GAMMA等数据（见“采集功能”）。
2．1．2“曲线回放”在该模式下可将程序自动保存的泵压信号曲线回放，并可对曲线进行编辑、重新解码（见“回放功能”）。
2．1．3“删除数据”删除程序自动保存的泵压信号。
选择文件名后按“删除”按钮删除该数据。
2．1．4“清空表格”将保存井斜、方位的表格中的数据清空。
2．1．5“井斜数据”打开、删除或编辑已保存的井斜、方位数据，设置在工作过程中是否自动保存解码数据（见“井斜报表”）。
2．1．6“井斜报告”绘制立体投影图，对比设计轨迹和实钻轨迹（见“井斜报表”）。
海蓝无线操作规程
海蓝无线随钻测量系统操作规程1 目的/适用范围为了规范海蓝无线随钻测量系统操作，防止作业中人为的失误，避免可能出现的设备损坏、人身伤害和环境污染，制定本规程；本程序规定了海蓝无线测量系统在现场的使用、安装及操作程序。
2 仪器准备2.1 了解施工井的位置，并查看施工井钻井设计，确定是否满足仪器使用条件。
2.2 确定施工井地磁倾角、磁场强度、磁偏角、收敛角。
2.3 了解井身结构、井眼尺寸、地层特性、井深、井温、钻井参数、水力参数。
2.4 了解钻具组合、钻具型号、尺寸、数量、无磁钻铤扣型及配合接头情况。
2.5 定向接头、无磁钻铤要有探伤报告。
2.6 确定泥浆性能，包括泥浆比重、粘度、含砂量、气相含量，是否使用微珠、堵漏材料等固相物质及其含量。
2.7 选择限流环、循环套尺寸，确保定向接头能满足作业要求。
2.8 按照海蓝无线上井清单清点上井地面设备和井下设备，所有上井设备应有室内检测报告。
2.9 将仪器装箱、上车、固定，防止运输过程损坏仪器。
2.10 仪器、人员到现场后，必须对设备及备件进行检查核对，如有损坏或缺少，应及时向公司设备管理人员汇报并作好记录。
3 组装地面设备3.1 仪器房就位3.1.1 仪器房地基平整、能承受仪器房的总重量。
3.1.2 仪器房周围要有足够的操作空间。
3.1.3 仪器房周围作业场地夜间应有照明设施。
3.1.4 仪器房应和钻台、泥浆振动筛保持适当距离，即能保障安全又方便电缆架设。
3.1.5 根据用电总负荷请井队电器人员帮忙连接电源。
3.1.6 仪器房及外壳都必须按规定接地。
3.1.7 外接电源线应采用防爆电缆，输入电压为220V，频率50~60Hz，承载负荷是仪器设备总负荷的2~3倍。
3.2 电源检查打开主电源开关，用万用表检查电源插座电压值是否正常，若正常方可插上相应的电源插头。
3.3 布线3.3.1 检测电缆的导通情况。
3.3.2 外接电源线应防火，防挤压。
3.3.3 仪器房到钻台上的电缆线应安全可靠、规范，防火、防撞、防挤压，远离干扰信号源。
矿用电磁波随钻测量系统在定向钻进中的姿态校准
上无磁钻杆组成%核心部分电磁波随钻测量探管由 两根电池组&电源智能管理单元&姿态测量和数据传 输等9部分组成#如图#所示%
图!无线电磁波测量系统 #67>!E6-+*+==+*+24-/0(71+4628(C+0+(=:-+0+14=;=4+0
电池组主要给姿态测量单元和孔中测量信号发 射供电%通过监测钻杆振动来识别钻机是工作状态 还是停机状态#用以控制数据采集#实现电源智能管 理%测量单元主要用来测量钻进姿态#即倾角和方 位角&工具面向角%数据传输单元主要是将姿态等 信息通过调制转换为低频电磁波信号#经内部放大 后#由绝缘短节辐射到地层)#!*%
$钻孔轨迹测量原理 钻孔轨迹即钻头在钻进过程中形成的空间钻孔
路径%钻探工程中常用空间一条线来描述钻孔特 征#其空间形态代表钻孔的空间形态%钻进姿态包
收稿日期!"!# "D "3 作者简介王小波"#3J16$#男#陕西咸阳人#副研究员#研究方向(矿用物探仪器技术开发#YG-EKZ(WEL:[KEOFO"77TQ:[G KEL27O-%
表$不同工具面姿态补偿数据 '()*+$N4464:A+2/03+1=(46/1A(4(/.A6..+-+144//*.(2+=K
工具面向角
倾角补偿值
方位角补偿值
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5.1 连接测量短节和充电电池筒
安装前准备工作：安装减震块： 将减震块按照图所示，放在充电电池筒铣出的平面上，减震块
的孔与平面上的螺纹孔正对，用5×100的一字螺丝刀加盘头螺钉拧 紧。两组共10个减震块。 减震块仅在第一次 使用时安装，以后每次 只检查磨损情况，如有 较大磨损，更换即可。
26
5.1 连接测量短节和充电电池筒
一字螺丝刀
22
4.4 安装工具
支撑架
T型扳手 平头镊子
23
4.5 配件
O型圈
减震块
仪器丝扣油
注：O型圈共有两种规格，其中 20×2.65探管通讯端用， 24.3×3.55探管电池端用。
24
5.组装操作说明
5.1 连接测量短节和充电电池筒 5.2 地面测试 5.3 探管与探管外管的装配与拆卸 5.4 充电电池筒充电 5.4 注意事项
13
3.2 技术指标及认证
认证： 防爆类型：ExibI本质安全型。 防护等级：IP54。
14
3.2 技术指标及认证
Байду номын сангаас
测量参数：
项目 倾角 方位角 工具面向角
测量范围 ±90° 0～360° 0～360°
允许误差 ±0.2° ±1.5° ±1.5°
限制条件 / 倾角：±30° 倾角：±30°
15
3.2 技术指标及认证
3
1.1 主要用途
主要用在煤矿巷道内的定向水平钻孔， 与孔口显示设备配合使用，实时显示钻进轨 迹数据，操作者可根据显示数据及时调整钻 孔轨迹方向，从而达到定向钻进的目的。
广泛应用于地矿、煤炭、石油、水利等 行业的定向钻进控制。
4
1.2 随钻测量系统原理图
送水器
钻杆
上无磁钻杆 测量探管 下无磁钻杆 螺杆钻具和钻头
通讯电缆
监视器
高压送水胶管
探管传送的数据中包含井斜、方位、工具面向角、 校验和、磁场强度、探管温度、探管电池电压等信息。
5
1.3 产品特点
1 测量准确，精度高
探管的关键部件－加速度传感器采用高精度加速度传感器，具有线性度高、
重复性好等特点，磁传感器采用传统磁通门传感器，保证探管测量准确可靠。
2 实时传送测量数据，指导钻进
煤炭科学研究总院西安研究院
井下千米定向钻进装备与工艺
随钻测量系统——探管部分
宋昱播
2011年1月16日
1
目录
1.概述 2.工作原理及结构特征 3.技术特性 4.总体结构 5.组装操作说明与注意事项 6.井下操作流程 7.故障分析与排除
2
1.概述
1.1 主要用途 1.2 随钻测量系统原理图 1.3 产品特点 1.4 型号说明
个半月。
6
1.4 型号说明
YHD 1
1000
T
表示测量探管 表示千米钻进系统 第一次登记 表示定向钻进 表示本质安全型 表示仪表
7
2.工作原理及结构特征
2.1 测量短节部分 2.2 充电电池筒部分 2.3 结构特征
8
2.1 测量短节部分
1）测量短节电气部分包括三轴加速度传感器、三轴 磁传感器、数据采集与处理部分、微控制器电路、通讯 电路、电源电路。
18
4.1 探管特点
项目 外径 长度
质量 固定方式
41mm 1916mm
指标
小于11.5 KG
使用固定组件装在无磁钻杆中
19
4.2 孔内仪器
锁紧母
固定套
充电电池筒
测量短节 紧定螺钉 20
4.3 地面设备
地面充电器
地面测试箱
21
4.4 安装工具
专用工具
375（15〞）活扳手 30-32 呆扳手
2）加速度传感器测量重力分量。磁传感器测量磁方 位。
3）数据采集与处理电路将加速度计信号，磁通门信 号，温度传感器信号，电池电压信号经过A/D转换电路， 传输给微控制器，微控制器根据当前的工作方式以规定 的通讯协议通过中心通缆式钻杆传输给孔口监视器。
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2.2 充电电池筒部分
充电电池筒工作原理 电池采用镍氢电池，充分利用了镍氢电池容量大、
根据孔口监视器指令，实时传送测量数据给孔口监视器，通过孔口监视器
的显示指导钻进。
3 通讯距离远
通过调整传输速率、提高传输能力、提高优化算法等方法，保证信号可靠
地长距离传输。
4 平均功耗小
探管不工作时自动进入待机状态，降低功耗，从而增加探管在井下的工作
时间。
5 反复充电，多次使用，工作时间长
采用大容量镍氢电池，可反复充电使用，每充一次电，连续工作时间约一
3）固定组件的设计充分保证了井下长时间使用时由 于振动过大而造成的松扣现象。
4）特殊的减震块设计保证仪器能够承受更大的振动。
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3 技术特性
3.1 主要性能 3.2 技术指标及认证
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3.1 主要性能
1）工作方式：具有待机方式和通讯方式（根据孔口监 视器的控制信号自动调整），在待机方式下消耗电量 最小。 2）自动节电功能：当数据传送到一定时间后，自动进 入待机工作方式。 3）传送数据全面：传送全部数据时除了倾角、方位角、 工具面数据时，还附带传送校验和、磁场强度、仪器 温度、仪器电池电压。其中：校验和是检测倾角是否 正常，磁场强度是检测磁传感器是否正常，仪器温度 是检测温度传感器是否正常，电池电压是判定仪器剩 余电量和剩余工作时间的依据。
放电稳定的特点，保证测量短节可靠稳定的工作，增加 的限流及反向保护装置在短路或反向充电状态下不会过 热和产生火花。
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2.3 结构特征
1）测量短节和充电电池筒的壳体和支架全部采用无 磁铜加工，在没有磁干扰的前提下，保证在井下使用时 至少能够承受12MPa的压力和冲刷。
2）所有电气部分均用密封胶密封，在增加可靠性的 同时还起到减震的作用。
先将充电电池筒平放在两个支撑架上，用平头镊子拉出航空插 头（保证弹簧导线自由拉长，无乱圈），插入到测量短节的航空插 座；然后将测量短节的外螺纹用手旋进充电电池筒中；最后用375 （15〞)的活扳手和30~32的开口扳手拧紧。
1-锁紧母 2-弹簧 3-活扳手口 4-呆板手口 5-螺钉 6-通讯螺钉 27
电池参数：
项目
指标
电池种类
镍氢可充电电池
充放电次数 大于500次
输出电压
DC12V
工作时间
大于60天（待机与采集时间之比大于 10：1）
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3.2 技术指标及认证
工作环境：
项目 工作温度 抗振动值
指标 0～40℃ 20Hz，3g，半正弦
抗冲击性能
50g，11ms
耐水压
12Mpa
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4.总体结构
4.1 探管特点 4.2 孔内仪器 4.3 地面设备 4.4 安装工具 4.5 配件
5.2 地面测试
测量短节稳定不动后，连接孔口监视器或者通过地面 测试箱连接计算机（通讯螺钉为正极端子，接外筒螺钉为 负 极 端 子 ） ， 进 行 通 电 测 试 ， 数 据 显 示 稳 定 后 （ 大 约 20 秒），电池电压应大于11.5V，校验和应在0.99～1.01之间。 若电池电压低于11.5V，请更换电池重新测试。若校验和不 在0.99～1.01范围内，请更换测量短节。