随钻测量系统-探管部分课件

井下千米定向钻进装备与工艺

随钻测量系统——探管部分12011年1月16日宋昱播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12011年1月16日宋昱播煤炭科目录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目录1.概述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3 1.概述1.1主要用途1.2随钻测量系统原理图

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 1.1主要用途主要用在煤矿巷道内的定向水平钻孔，

1.2随钻测量系统原理图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 1.2随钻测量系统原理图探管传送的数据中包含井斜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，连续工作时间约一个半月。61.3产品特点1测量准确，精度高61.4型号说明71.4型号说明7

2.工作原理及结构特征

2.1测量短节部分2.3结构特征2.2充电电池筒部分82.工作原理及结构特征2.1测量短节部分2.32.1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。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。92.1测量短节部分1）测量短节电气部分包括三轴加速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、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。102.2充电电池筒部分充电电池筒工作原理102.3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。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。112.3结构特征1）测量短节和充电电池筒的壳体和支架3技术特性

3.1主要性能3.2技术指标及认证123技术特性3.1主要性能3.2技术指标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。133.1主要性能1）工作方式：具有待机方式和通讯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。143.2技术指标及认证认证：143.2技术指标及认证

项目测量范围允许误差限制条件倾角±90°±0.2°/方位角0～360°±1.5°倾角：±30°工具面向角0～360°±1.5°倾角：±30°测量参数：153.2技术指标及认证项目测量范围允许误差限制条3.2技术指标及认证

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）163.2技术指标及认证电池参数：项目指标电池种类3.2技术指标及认证

工作环境：项

目指

标工作温度0～40℃抗振动值20Hz，3g，半正弦抗冲击性能50g，11ms耐水压12Mpa173.2技术指标及认证工作环境：项目指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184.总体结构4.1探管特点4.2孔内仪器4.1探管特点

项

目指

标外径41mm长度1916mm质量小于11.5KG固定方式使用固定组件装在无磁钻杆中194.1探管特点项目指标外径41mm4.2孔内仪器

充电电池筒测量短节固定套锁紧母紧定螺钉204.2孔内仪器充电电池筒测量短节固定套锁紧母紧4.3地面设备

地面充电器地面测试箱214.3地面设备地面充电器地面测试箱214.4安装工具

一字螺丝刀375（15〞）活扳手30-32呆扳手专用工具224.4安装工具一字螺丝刀375（15〞）活扳支撑架平头镊子T型扳手4.4安装工具

23支撑架平头镊子T型扳手4.4安装工具234.5配件

O型圈注：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。减震块仪器丝扣油244.5配件O型圈注：O型圈共有两种规格，其中205.组装操作说明

5.2地面测试5.1连接测量短节和充电电池筒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255.组装操作说明5.2地面测试5.1连接测量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。265.1连接测量短节和充电电池筒安装前准备工作：安装5.1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275.1连接测量短节和充电电池筒先将充电电池筒平放在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。285.2地面测试测量短节稳定不动后，连接孔口监视5.3探管与探管外管的装配

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的另一端装上T型扳手（不用拧紧）。继续推动探管，另一个人提着T型扳手并适当转动，保证固定套的两侧圆弧进到无磁钻杆的圆弧槽中。拆下T型扳手。1-T型扳手2-探管3-无磁钻杆4-固定套295.3探管与探管外管的装配一个人将探管（带固定5.3探管与探管外管的装配

将锁紧母装到探管的固定端，用专用工具旋动锁紧母，将探管拉紧。注意：安装锁紧母时专用工具的位置见下图示。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305.3探管与探管外管的装配将锁紧母装到探管的固定端5.3探管与探管外管的拆卸

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。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315.3探管与探管外管的拆卸将无磁钻杆水平放置在支撑5.3探管与探管外管的拆卸

取出仪器：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，将探管推出无磁钻杆。325.3探管与探管外管的拆卸取出仪器：325.4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HK25-14A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《YHD1-1000T随钻测量探管使用说明书》给充电电池筒充放电。335.4充电电池筒充电将充电电池筒右侧护帽去掉后放在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，充电必须在地面安全场所进行。每次安装前检查通讯端和电池连接端的O形圈是否磨损或划痕，如有损坏，及时更换。每次安装前在测量短节外螺纹和两处O形圈上涂仪器丝扣油。5.5注意事项

34探管组装和拆卸在地面安全场所进行。5.5注意事项3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。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。从探管外管中拆卸缩紧母时一定要按要求规范操作。5.5注意事项

35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地面充电器使用注意：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10～18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：当电池筒搁置3~6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18~22个小时后，放电完成，地面充电器自动转为充电状态。大约充电12～18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：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注意事项

36地面充电器使用注意：5.5注意事项366.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，要测试通讯是否正常；3）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、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（工具面显示值跳动不超过0.5°），进行修正，此时工具面显示值应在0°±1°，表明修正成功。4）定向钻进——测量数据——根据需要调整工具面向角——继续钻进。376.下井操作流程1）在井上组装探管，并进行地面测试，7.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0.99～1.01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387.故障分析与排除故障现象故障分析故障处理不通讯充电39谢谢！39谢谢！井下千米定向钻进装备与工艺

随钻测量系统——探管部分402011年1月16日宋昱播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12011年1月16日宋昱播煤炭科目录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41目录1.概述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42 1.概述1.1主要用途1.2随钻测量系统原理图

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。

43 1.1主要用途主要用在煤矿巷道内的定向水平钻孔，

1.2随钻测量系统原理图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。44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 1.2随钻测量系统原理图探管传送的数据中包含井斜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，连续工作时间约一个半月。451.3产品特点1测量准确，精度高61.4型号说明461.4型号说明7

2.工作原理及结构特征

2.1测量短节部分2.3结构特征2.2充电电池筒部分472.工作原理及结构特征2.1测量短节部分2.32.1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。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。482.1测量短节部分1）测量短节电气部分包括三轴加速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、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。492.2充电电池筒部分充电电池筒工作原理102.3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。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。502.3结构特征1）测量短节和充电电池筒的壳体和支架3技术特性

3.1主要性能3.2技术指标及认证513技术特性3.1主要性能3.2技术指标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。523.1主要性能1）工作方式：具有待机方式和通讯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。533.2技术指标及认证认证：143.2技术指标及认证

项目测量范围允许误差限制条件倾角±90°±0.2°/方位角0～360°±1.5°倾角：±30°工具面向角0～360°±1.5°倾角：±30°测量参数：543.2技术指标及认证项目测量范围允许误差限制条3.2技术指标及认证

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）553.2技术指标及认证电池参数：项目指标电池种类3.2技术指标及认证

工作环境：项

目指

标工作温度0～40℃抗振动值20Hz，3g，半正弦抗冲击性能50g，11ms耐水压12Mpa563.2技术指标及认证工作环境：项目指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574.总体结构4.1探管特点4.2孔内仪器4.1探管特点

项

目指

标外径41mm长度1916mm质量小于11.5KG固定方式使用固定组件装在无磁钻杆中584.1探管特点项目指标外径41mm4.2孔内仪器

充电电池筒测量短节固定套锁紧母紧定螺钉594.2孔内仪器充电电池筒测量短节固定套锁紧母紧4.3地面设备

地面充电器地面测试箱604.3地面设备地面充电器地面测试箱214.4安装工具

一字螺丝刀375（15〞）活扳手30-32呆扳手专用工具614.4安装工具一字螺丝刀375（15〞）活扳支撑架平头镊子T型扳手4.4安装工具

62支撑架平头镊子T型扳手4.4安装工具234.5配件

O型圈注：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。减震块仪器丝扣油634.5配件O型圈注：O型圈共有两种规格，其中205.组装操作说明

5.2地面测试5.1连接测量短节和充电电池筒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645.组装操作说明5.2地面测试5.1连接测量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。655.1连接测量短节和充电电池筒安装前准备工作：安装5.1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665.1连接测量短节和充电电池筒先将充电电池筒平放在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。675.2地面测试测量短节稳定不动后，连接孔口监视5.3探管与探管外管的装配

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的另一端装上T型扳手（不用拧紧）。继续推动探管，另一个人提着T型扳手并适当转动，保证固定套的两侧圆弧进到无磁钻杆的圆弧槽中。拆下T型扳手。1-T型扳手2-探管3-无磁钻杆4-固定套685.3探管与探管外管的装配一个人将探管（带固定5.3探管与探管外管的装配

将锁紧母装到探管的固定端，用专用工具旋动锁紧母，将探管拉紧。注意：安装锁紧母时专用工具的位置见下图示。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695.3探管与探管外管的装配将锁紧母装到探管的固定端5.3探管与探管外管的拆卸

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。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705.3探管与探管外管的拆卸将无磁钻杆水平放置在支撑5.3探管与探管外管的拆卸

取出仪器：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，将探管推出无磁钻杆。715.3探管与探管外管的拆卸取出仪器：325.4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HK25-14A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《YHD1-1000T随钻测量探管使用说明书》给充电电池筒充放电。725.4充电电池筒充电将充电电池筒右侧护帽去掉后放在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，充电必须在地面安全场所进行。每次安装前检查通讯端和电池连接端的O形圈是否磨损或划痕，如有损坏，及时更换。每次安装前在测量短节外螺纹和两处O形圈上涂仪器丝扣油。5.5注意事项

73探管组装和拆卸在地面安全场所进行。5.5注意事项3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。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，再开电源；断开连接时