隨鉆測量系統(tǒng)介紹

隨鉆測量系統(tǒng)由下無磁鉆桿、測量探管、上無磁鉆桿、通纜式鉆桿、通纜式送水器、通訊電纜、孔口監(jiān)視器、孔底馬達(dá)和鉆頭配套在一起，用于滿足水平定向鉆進(jìn)的測量和控制。系統(tǒng)的連接示意圖如圖所示。

在定向鉆進(jìn)過程中，測量探管是整個測量系統(tǒng)的核心部件，它裝在近鉆頭的無磁鉆桿中的，可在停鉆或不停鉆狀態(tài)下實(shí)時采集鉆具姿態(tài)參數(shù)，并通過通訊電纜將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給孔口監(jiān)視器，工作人員可根據(jù)顯示的測量數(shù)據(jù)和鉆孔軌跡及時調(diào)整工具面向角，進(jìn)行鉆孔軌跡的控制。 

通過對現(xiàn)有的各種姿態(tài)測量方法的研究，結(jié)合煤礦生產(chǎn)條件和現(xiàn)場施工技術(shù)條件，認(rèn)為采用基于地磁場原理的加速度計和磁強(qiáng)計組合的隨鉆姿態(tài)測量系統(tǒng)原理更適合煤礦井下隨鉆測量系統(tǒng)的設(shè)計要求，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了測量探管的結(jié)構(gòu)設(shè)計。煤礦井下定向鉆孔的施工條件和石油、非開挖等地面定向鉆進(jìn)不同，因此，為了使隨鉆測量定向鉆進(jìn)技術(shù)能夠在煤礦井下得到很好的應(yīng)用，必須對所適應(yīng)的工作環(huán)境和技術(shù)條件進(jìn)行研究 

隨鉆測量系統(tǒng)的信號傳輸方式分為有線(電纜)和無線兩種.通過對各類信號傳輸方式的研究，認(rèn)為泥漿脈沖、電磁波、聲波等線傳輸方式目前還不能適應(yīng)煤礦并下近水定向孔的施工條件:而有線(電纜)方式具有結(jié)構(gòu)原理簡單、實(shí)時性好、數(shù)據(jù)傳輸率高等優(yōu)點(diǎn)，可通過電纜直接向孔底傳感器供電，實(shí)現(xiàn)孔底與孔口設(shè)備之間的雙向通訊，能夠滿足煤礦井下近水平定向鉆孔施工的條件。早期采用電纜進(jìn)行鉆孔參數(shù)測量，電纜一般都設(shè)置在鉆桿外部，測量時需要提鉆后，通過電纜將測量儀器下孔內(nèi)進(jìn)行鉆孔參數(shù)側(cè)量，這樣測量會耽誤正常鉆進(jìn)，不能實(shí)現(xiàn)即時隨鉆測量;后來的有線傳輸都通過鉆桿“埋纜”方式進(jìn)行，通過特殊結(jié)構(gòu)的鉆桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加接鉆桿時電纜的對接，在不影響正常鉆進(jìn)的情況下可實(shí)現(xiàn)即時隨鉆測量。采用鉆桿“埋纜”方式進(jìn)行信號傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)是解決鉆桿接頭的密封和有效傳導(dǎo)問題。通過在第三章對常見的接頭連接方式的對比分析，結(jié)合國外先進(jìn)鉆桿傳導(dǎo)技術(shù)在煤礦井下的成功應(yīng)用，在對我國煤礦井下施工技術(shù)條件認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，提出采用中心通纜內(nèi)插接方式進(jìn)行信號傳輸，實(shí)現(xiàn)孔底測量探管與孔口監(jiān)視器的雙相通訊。 

中心通纜裝置一與鉆桿構(gòu)成的一體式鉆桿，中心通纜裝置由通纜母接頭，絕緣支撐擋環(huán)，絕緣聯(lián)接體，中間導(dǎo)線，通纜公接頭，變徑彈簧等構(gòu)成:中間導(dǎo)線的外部設(shè)置絕緣聯(lián)接體，其兩端分別為通纜母接頭、通纜公接頭，在公接頭上設(shè)置變徑彈簧，與內(nèi)圓錐面的母接頭連接，鉆桿結(jié)構(gòu)如圖所示。 

根據(jù)煤礦井下定向鉆進(jìn)的特點(diǎn)，對鉆桿結(jié)構(gòu)和性能提出了具體要求:

(1)首先鉆桿必須具有一定的抗拉、扭強(qiáng)度，同時還必須有一定的韌性，保證在定向拐彎過程中鉆桿可承受一定的撓曲變形.

(2)中心通纜鉆桿除起到普通鉆桿傳替動力的作用外，還要在隨鉆測量過程中起到信號

傳輸?shù)淖饔?。中心通纜裝置必須有一定的密封耐壓防水性，以減少信號衰減。根據(jù)煤礦井下定向鉆孔施工裝備和工藝參數(shù)特點(diǎn)，中心通纜裝置抗水壓不低小于8MPa，并保證在此壓力下鉆桿接頭密封基本良好，正常通訊。