針對(duì)鐵磁鉆具引入的附加干擾磁場(chǎng)會(huì)造成方位角測(cè)量誤差，提出了借助當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)對(duì)方位角誤差進(jìn)行校正的方法。測(cè)試結(jié)果表明，相比于使用前、后無(wú)磁鉆具時(shí)方位角的測(cè)量結(jié)果，去掉測(cè)斜儀前后的無(wú)磁鉆具并采用該校正方法，仍可獲得高精度的方位角。該校正方法只需在軟件算法做改進(jìn)就可以使測(cè)斜儀鉆鋌拋掉配套的前、后無(wú)磁鉆具，在保證測(cè)量精度的同時(shí)大幅節(jié)約了儀器成本并拓寬了測(cè)斜儀的應(yīng)用。
煤礦井下瓦斯抽采孔、地質(zhì)勘查孔及探放水孔等各種措施孔都需要對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，以便為后續(xù)的生產(chǎn)作業(yè)提供指導(dǎo)。由于煤礦井下鉆孔多數(shù)為近水平鉆孔，構(gòu)成鉆孔軌跡的基本要素包括深度、方位角、傾角及工具面向角。對(duì)于普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)而言只需要確定方位角、傾角，而對(duì)于定向鉆進(jìn)需要確定方位角、傾角及工具面向角。
由于制造工藝及安裝誤差的原因，通常會(huì)來(lái)帶傳感器溫度漂移及傳感器與鉆具三軸不重合等誤差，如果不消除或抑制這些誤差則測(cè)量結(jié)果是不可信的。實(shí)際工作中常采用多位置標(biāo)定的方法將這些誤差加以補(bǔ)償。這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是成本低、測(cè)量精度較高，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。其缺點(diǎn)是前后鉆具本身為鐵磁材料，必然引入干擾磁場(chǎng)，導(dǎo)致方位角測(cè)量產(chǎn)生較大誤差。為避免鉆具鐵磁材料的影響通常在測(cè)斜儀器的前端及后端各增加一段無(wú)磁鉆鋌(即前、后無(wú)磁鉆鋌)，無(wú)磁鉆鋌的長(zhǎng)度依據(jù)方位角測(cè)量的精度來(lái)確定。無(wú)磁鉆鋌通常采用鈹銅或無(wú)磁不銹鋼，其材料成本和加工成本均很高、且使用不便?？紤]到測(cè)斜儀安裝在鉆頭之后的某兩節(jié)鉆桿之間，而鉆桿為均勻的空心圓柱體，即造成干擾磁場(chǎng)的磁性鉆桿是軸線對(duì)稱(chēng)的且距離測(cè)斜儀器的測(cè)量傳感器較遠(yuǎn)，這樣可認(rèn)為其造成的干擾磁場(chǎng)為一個(gè)固定方向的磁場(chǎng)，其方向沿著鉆桿軸線，只要將這個(gè)固定方向的磁場(chǎng)大小估計(jì)出來(lái)在軟件中加以補(bǔ)償，則拋棄前、后無(wú)磁鉆鋌時(shí)并不影響測(cè)斜儀的測(cè)量精度。這對(duì)于降低測(cè)斜儀成本、簡(jiǎn)化測(cè)斜儀的安裝及使用具有重要的意義。
上海昌吉測(cè)斜儀原理
基于磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)的測(cè)斜儀器通常沿著三個(gè)基本軸分別安裝三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)磁強(qiáng)計(jì)。當(dāng)測(cè)斜儀器穩(wěn)定時(shí)，三個(gè)加速度計(jì)測(cè)量沿著鉆鋌三個(gè)軸向的重力場(chǎng)分量，三個(gè)磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量三個(gè)軸向的地磁場(chǎng)分量，經(jīng)過(guò)姿態(tài)解算，獲得測(cè)量的姿態(tài)信息包括方位角、傾角及工具面向角。方位角是鉆孔當(dāng)前點(diǎn)的切線在水平面的投影與磁北方向的夾角，反映鉆孔在水平面內(nèi)的當(dāng)前走向。傾角是鉆孔當(dāng)前點(diǎn)的切線與水平面之間的夾角，反映鉆孔當(dāng)前走向相對(duì)水平面的傾斜程度。工具面向角為鉆具的造斜方向與參考方向(通常鉆具橫截面 12 點(diǎn)鐘定義為 0°工具面向角)之間的夾角，反映了鉆具后續(xù)鉆進(jìn)的造斜方向。
在實(shí)際使用中，為了不影響地磁場(chǎng)的測(cè)量，基于磁強(qiáng)計(jì)和加速度計(jì)的測(cè)傳感器儀周?chē)荒苡写判?/span>材料的存在，故通常將測(cè)斜裝置安裝在一段無(wú)磁鉆鋌內(nèi)部。此外，為了減小或消除前、后的鋼制鉆具對(duì)無(wú)磁鉆鋌內(nèi)測(cè)斜裝置的影響，通常在無(wú)磁鉆鋌前后還需要再加裝一系列的無(wú)磁鉆具(前、后無(wú)磁鉆具長(zhǎng)度均為 3 m 或 6 m)。煤礦井下由于特殊的工況環(huán)境，對(duì)于無(wú)磁鉆具的材料選擇具有很大局限性。目前，只能采用鈹銅或無(wú)磁不銹鋼作為無(wú)磁鉆具的材料，不論鈹銅或無(wú)磁不銹鋼，其材料成本昂貴、加工難度大且由于強(qiáng)度不如鋼制鉆具導(dǎo)致測(cè)量裝置及前端的鉆具存在掉鉆的安全隱患。如果能在保證測(cè)量精度的前提下，拋掉前、后的無(wú)磁鉆具，則既提高了儀器裝置在孔內(nèi)測(cè)量的安全性，又節(jié)約了前、后無(wú)磁鉆具的成本。基于這一目的，本文提出了借助于當(dāng)?shù)氐卮艌?chǎng)信息對(duì)方位角測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正，以消除或減小鐵磁鉆具對(duì)方位角測(cè)量的影響。這種校正方法的應(yīng)用基礎(chǔ)是認(rèn)為鐵磁鉆具造成的干擾磁場(chǎng)具有特定的方向性，即僅僅沿著鉆具軸線方向，而在其他方向沒(méi)有分量。
結(jié)論
(1) 基于地磁場(chǎng)和地球重力場(chǎng)的測(cè)量方法是煤礦井下各種鉆孔測(cè)斜儀(隨鉆測(cè)斜系統(tǒng)、存儲(chǔ)式軌跡測(cè)量?jī)x)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)，本文介紹了該測(cè)量方法的原理，推導(dǎo)了鉆孔測(cè)斜中三個(gè)姿態(tài)角的解算公式。
(2) 影響測(cè)斜儀測(cè)量精度的因素很多，本文介紹了主要的誤差源：器件誤差、 安裝誤差及磁羅差，并對(duì)各種誤差補(bǔ)償方法做了相應(yīng)的說(shuō)明。
(3) 針對(duì)鐵磁鉆具(鉆桿)造成的干擾磁場(chǎng)對(duì)方位角測(cè)量的影響，建立誤差補(bǔ)償模型，提出方位角校正算法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以有效去除該干擾磁場(chǎng)的影響，提高儀器測(cè)量精度。
掃一掃進(jìn)入手機(jī)官網(wǎng)
掃一掃關(guān)注我們
