1、井下千米定向钻进装备与工艺井下千米定向钻进装备与工艺随钻测量系统随钻测量系统探管部分探管部分12011年年1月月16日日宋昱播宋昱播煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院目录目录1.1.概述概述2.2.工作原理及结构特征工作原理及结构特征3.3.技术特性技术特性4.4.总体结构总体结构5.5.组装操作说明与注意事项组装操作说明与注意事项6.6.井下操作流程井下操作流程7.7.故障分析与排除故障分析与排除21.1.概述概述 1.1 1.1 主要用途主要用途1.2 1.2 随钻测量系统原理图随钻测量系统原理图1.3 1.3 产品特点产品特点1.4 1.4 型号说明型号说明3 1.1
2、1.1 主要用途主要用途主要用在煤矿巷道内的定向水平钻孔，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。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、水利等广泛应用于地矿、煤炭、石油、水利等行业的定向钻进控制。行业的定向钻进控制。 4 1.2 1.2 随钻测量系统原理图随钻测量系统原理图探管传送的探管传送的数据中包含井斜、方位、工具面向角、数据中包含井斜、方位、工具面向角、校验和、磁场校验和、磁场强强度
3、、探管温度、探管电池电压等信息度、探管温度、探管电池电压等信息。5螺杆钻具和钻头下无磁钻杆送水器上无磁钻杆钻杆测量探管监视器高压送水胶管通讯电缆 1.3 1.3 产品特点产品特点1 1 测量准确，精度高测量准确，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 2 实时传送测量数据，指导钻进实时传送测量数据，指导钻进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 3 通讯距离远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
4、4 平均功耗小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 5 反复充电，多次使用，工作时间长反复充电，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，连续工作时间约一个半月。6 1.4 1.4 型号说明型号说明7 2.2.工作原理及结构特征工作原理及结构特征 2.1 2.1 测量短节部分测量短节部分 2.3 2.3 结构特征结构特征 2.2 2.2 充电电池筒部分充电电池筒部分8 2.1 2.1 测量短节部分测量短节部分 1 1）测量短节电气部分包括三轴加速度传感器、三轴）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
5、处理部分、微控制器电路、通讯磁传感器、数据采集与处理部分、微控制器电路、通讯电路、电源电路。电路、电源电路。2 2）加速度传感器测量重力分量。磁传感器测量磁方）加速度传感器测量重力分量。磁传感器测量磁方位。位。3 3）数据采集与处理电路将加速度计信号，磁通门信）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，电池电压信号经过号，温度传感器信号，电池电压信号经过A/DA/D转换电路，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。的通讯协议通过中心通缆式钻杆传输给孔口监视器。9
6、2.2 2.2 充电电池筒部分充电电池筒部分 充电电池筒工作原理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、电池采用镍氢电池，充分利用了镍氢电池容量大、放电稳定的特点，保证测量短节可靠稳定的工作，增加放电稳定的特点，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。热和产生火花。10 2.3 2.3 结构特征结构特征 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，保证在井下使用时磁铜加工，在没有磁干扰的前提下，
7、保证在井下使用时至少能够承受至少能够承受12MPa的压力和冲刷。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）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。同时还起到减震的作用。3）固定组件的设计充分保证了井下长时间使用时由）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。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。）特殊的减震块设计保证仪器能够承受更大的振动。11 3 3 技术特性技术特性 3.1 3.1 主要性能主要性能 3.2 3.2 技术指标及认证技术指标及认证12 3.1 3.1 主要性能主要性能
8、 1）工作方式：具有待机方式和通讯方式（根据孔口监）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视器的控制信号自动调整），在待机方式下消耗电量最小。最小。2）自动节电功能：当数据传送到一定时间后，自动进）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。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、）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温度、仪器电池电压。其中：校验和是检测
9、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。余电量和剩余工作时间的依据。13 3.2 3.2 技术指标及认证技术指标及认证 认证：认证：防爆类型：防爆类型：ExibI本质安全型。本质安全型。防护等级：防护等级：IP54。14 3.2 3.2 技术指标及认证技术指标及认证 项目项目测量范围测量范围允许误差允许误差限制条件限制条件倾角900.2/方位角03601.5倾角：30工具面向角03601.5倾角：30测量参数：测量参
10、数：15 3.2 3.2 技术指标及认证技术指标及认证 电池参数：电池参数：项目项目指标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）16 3.2 3.2 技术指标及认证技术指标及认证 工作环境：工作环境：项项 目目指指 标标工作温度040抗振动值20Hz，3g，半正弦抗冲击性能50g，11ms耐水压12Mpa17 4. 4.总体结构总体结构 4.1 4.1 探管特点探管特点 4.2 4.2 孔内仪器孔内仪器 4.3 4.3 地面设备地面设备 4.4 4.4 安装工具安装工具 4.5 4.5 配件配件18 4.1 4.1
11、探管特点探管特点 项项 目目指指 标标外径外径41mm41mm长度长度1916mm1916mm质量质量小于小于11.5 KG 11.5 KG 固定方式固定方式使用固定组件装在无磁钻杆中使用固定组件装在无磁钻杆中19 4.2 4.2 孔内仪器孔内仪器 充电电池筒测量短节固定套锁紧母紧定螺钉20 4.3 4.3 地面设备地面设备 地面充电器地面测试箱21 4.4 4.4 安装工具安装工具 一字螺丝刀 375（15）活扳手30-32 呆扳手专用工具 22支撑架 平头镊子 T型扳手 4.4 4.4 安装工具安装工具 23 4.5 4.5 配件配件 O型圈注：O型圈共有两种规格，其中 202.65探管通
12、讯端用， 24.33.55探管电池端用。减震块仪器丝扣油24 5. 5.组装操作说明组装操作说明 5.2 5.2 地面测试地面测试 5.1 5.1 连接测量短节和充电电池筒连接测量短节和充电电池筒 5.3 5.3 探管与探管外管的装配与拆卸探管与探管外管的装配与拆卸 5.4 5.4 充电电池筒充电充电电池筒充电 5.4 5.4 注意事项注意事项25 5.1 5.1 连接测量短节和充电电池筒连接测量短节和充电电池筒 安装前准备工作：安装减震块：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
13、纹孔正对，用的孔与平面上的螺纹孔正对，用5 5100100的一字螺丝刀加盘头螺钉拧的一字螺丝刀加盘头螺钉拧紧。两组共紧。两组共1010个减震块。个减震块。减震块仅在第一次减震块仅在第一次使用时安装，以后每次使用时安装，以后每次只检查磨损情况，如有只检查磨损情况，如有较大磨损，更换即可。较大磨损，更换即可。26 5.1 5.1 连接测量短节和充电电池筒连接测量短节和充电电池筒 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头（保证弹簧导线自由拉长，无乱圈），插入到测量短节的航空
14、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375375（1515) )的活扳手和的活扳手和30323032的开口扳手拧紧。的开口扳手拧紧。1-锁紧母锁紧母 2-弹簧弹簧 3-活扳手口活扳手口 4-呆板手口呆板手口 5-螺钉螺钉 6-通讯螺钉通讯螺钉27 5.2 5.2 地面测试地面测试 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（大约负极端
15、子），进行通电测试，数据显示稳定后（大约20秒），电池电压应大于秒），电池电压应大于11.5V，校验和应在，校验和应在0.991.01之间。之间。若电池电压低于若电池电压低于11.5V，请更换电池重新测试。若校验和不，请更换电池重新测试。若校验和不在在0.991.01范围内，请更换测量短节。范围内，请更换测量短节。28 5.3 5.3 探管与探管外管的探管与探管外管的装配装配 一个人将探管（带固定套）从右侧（带两个圆弧槽的一侧）装到一个人将探管（带固定套）从右侧（带两个圆弧槽的一侧）装到无磁钻杆中，推动探管，待固定套到无磁钻杆的端面处，另一个人从无磁钻杆中，推动探管，待固定套到无磁钻杆的端面处
16、，另一个人从无磁钻杆的另一端装上无磁钻杆的另一端装上T型扳手（不用拧紧）。型扳手（不用拧紧）。继续推动探管，另一个人提着继续推动探管，另一个人提着T型扳手并适当转动，保证固定套型扳手并适当转动，保证固定套的两侧圆弧进到无磁钻杆的圆弧槽中。的两侧圆弧进到无磁钻杆的圆弧槽中。拆下拆下T型扳手。型扳手。1-T型扳手 2-探管 3-无磁钻杆 4-固定套29 5.3 5.3 探管与探管外管的探管与探管外管的装配装配 将锁紧母装到探管的固定端，用专用工具旋动锁紧母，将探将锁紧母装到探管的固定端，用专用工具旋动锁紧母，将探管拉紧。管拉紧。注意：安装锁紧母时专用工具的位置见下图示。注意：安装锁紧母时专用工具的
17、位置见下图示。此时，可以随时下井工作。此时，可以随时下井工作。1-专用工具 2-锁紧母 3-无磁钻杆 4-探管 5-固定套30 5.3 5.3 探管与探管外管的探管与探管外管的拆卸拆卸 将无磁钻杆水平放置在支撑架上，用专用工具防转筒卡住测量将无磁钻杆水平放置在支撑架上，用专用工具防转筒卡住测量探管固定头的凹槽，逆时针旋动专用工具拆装筒，松开锁紧母；然探管固定头的凹槽，逆时针旋动专用工具拆装筒，松开锁紧母；然后退出防转筒，用拆装筒将锁紧母卸开并取出。后退出防转筒，用拆装筒将锁紧母卸开并取出。 1-专用工具防转筒 2-专用工具拆装筒 3-锁紧母 4-无磁钻杆 5-探管 6-固定套31 5.3 5.
18、3 探管与探管外管的探管与探管外管的拆卸拆卸 取出仪器：取出仪器： 一个人用手顶住探管的通讯端，另一个人将一个人用手顶住探管的通讯端，另一个人将T型扳手拧在充电型扳手拧在充电电池筒的外螺纹，然后向探管通讯端推动电池筒的外螺纹，然后向探管通讯端推动T型扳手，将探管推出无型扳手，将探管推出无磁钻杆。磁钻杆。32 5.4 5.4 充电电池筒充电充电电池筒充电 将充电电池筒右侧护帽去掉后放在支撑架上，将用将充电电池筒右侧护帽去掉后放在支撑架上，将用平头镊子拉出航空插头（保证弹簧导线自由拉长，无乱平头镊子拉出航空插头（保证弹簧导线自由拉长，无乱圈），插入圈），插入HK25-14A地面充电器的航空插座内，
19、并保地面充电器的航空插座内，并保证充电电池筒尽量靠近地面充电器，按证充电电池筒尽量靠近地面充电器，按YHD1-1000T 随钻测量探管使用说明书随钻测量探管使用说明书给充电电池筒充放电。给充电电池筒充放电。33 探管组装和拆卸在地面安全场所进行。探管组装和拆卸在地面安全场所进行。 严禁在煤矿井下对充电电池筒充电，充电必须在地严禁在煤矿井下对充电电池筒充电，充电必须在地面安全场所进行。面安全场所进行。 每次安装前检查通讯端和电池连接端的每次安装前检查通讯端和电池连接端的O形圈是否形圈是否磨损或划痕，如有损坏，及时更换。磨损或划痕，如有损坏，及时更换。 每次安装前在测量短节外螺纹和两处每次安装前在
20、测量短节外螺纹和两处O形圈上涂仪形圈上涂仪器丝扣油。器丝扣油。 5.5 5.5 注意事项注意事项 34 插拔充电电池筒的航空插头时要小心操作，安装前要插拔充电电池筒的航空插头时要小心操作，安装前要检查是否有乱圈，如有乱圈要理顺再连接测量短节。检查是否有乱圈，如有乱圈要理顺再连接测量短节。运输过程中一定要佩戴护帽。运输过程中一定要佩戴护帽。 充电电池筒与地面充电器连接时：先插航空插头，再充电电池筒与地面充电器连接时：先插航空插头，再开电源；断开连接时：先关电源，后拔航空插头。开电源；断开连接时：先关电源，后拔航空插头。 测量短节要避免磕碰以免损坏高精度传感器。测量短节要避免磕碰以免损坏高精度传感
21、器。 从探管外管中拆卸缩紧母时一定要按要求规范操作。从探管外管中拆卸缩紧母时一定要按要求规范操作。 5.5 5.5 注意事项注意事项 35地面充电器使用注意：地面充电器使用注意：充电：充电：功能显示区内“标准”指示灯亮，状态显示区内“涓流充电”指示灯亮，LED条状指示灯显示当前电池电量，数码管显示当前电池电压值。大约充电1018小时后，充电完成，LED条状电量指示灯全亮，状态显示区内“充满”指示灯亮。放电：放电：当电池筒搁置36个月没有使用时，使用前需要给电池筒放电。按下面板右侧的“放电”按钮，状态显示区内“放电”指示灯亮，开始标准模式下的放电。大约放电1822个小时后，放电完成，地面充电器自
22、动转为充电状态。大约充电1218小时后，充电完成，LED条状电量指示灯全亮，状态显示区内“充满”指示灯亮。激活：激活：当电池筒搁置6个月以上没有使用时，使用前需要对电池筒进行激活。按下面板右侧的“激活”按钮，功能显示区内“激活”指示灯亮，状态显示区内“放电”指示灯亮，开始激活模式下的放电。激活的过程为放电充电再放电再充电，直至保证完全激活电池筒电量，激活成功后功能显示区变为“标准”，同时状态显示区内“充满”指示灯亮；若激活不成功，故障显示“电池失效”。整个过程最长需要5天以上，因此建议用户不要使用此项功能，应定期（每隔三个月）对电池筒进行一次充放电。 5.5 5.5 注意事项注意事项 36 6
23、. 6.下井操作流程下井操作流程1）在井上组装探管，并进行地面测试，确定探管工作正常，电池筒）在井上组装探管，并进行地面测试，确定探管工作正常，电池筒电压足够；电压足够；2）在井下将探管与探管外管装配在一起，装配完成后，要测试通讯）在井下将探管与探管外管装配在一起，装配完成后，要测试通讯是否正常；是否正常；3）修正工具面：）修正工具面：按钻进要求连接钻具（通常由里向外依次为钻头、按钻进要求连接钻具（通常由里向外依次为钻头、螺杆马达、下无磁钻杆、探管外管），然后将信号引入孔口监视器，螺杆马达、下无磁钻杆、探管外管），然后将信号引入孔口监视器，启动软件并让探管开始发送数据，转动钻具使得螺杆马达弯头
24、方向启动软件并让探管开始发送数据，转动钻具使得螺杆马达弯头方向朝上，先将工具面修正值清零，待显示数据稳定后（工具面显示值朝上，先将工具面修正值清零，待显示数据稳定后（工具面显示值跳动不超过跳动不超过0.5），进行修正，此时工具面显示值应在），进行修正，此时工具面显示值应在01，表明修正成功。表明修正成功。4）定向钻进）定向钻进测量数据测量数据根据需要调整工具面向角根据需要调整工具面向角继续钻继续钻进。进。37 7. 7.故障分析与排除故障分析与排除故障现象故障分析故障处理不通讯充电电池筒没电更换充电电池筒通讯链路未连接好检查并重新连接通讯的信号线与地短路检查短路点并排除测量短节故障送厂家维修孔口监视器故障请检查孔口监视器测量短节稳定不动时校验和不在0.991.01之间刚开始通讯时需要稳定10秒左右请等待10秒再观察充电电池筒没电更换充电电池筒测量短节故障送厂家维修开钻测量时倾角数据跳动过大（大于0.3）振动过大请降低排量或停泵测量测量短节故障送厂家维修3839谢谢谢谢！
