hdd水平定向钻机培训讲义

hdd水平定向钻机培训讲义

水平定向钻机

设备能力的定义

大部分的机器均采纳回拖力来衡量设备能力的大小，例如：CASE6030.

DitchWitchJT7020,VermeerD55X100.AMERICANAUGERSDD990.北京

士行孙DDW320、深圳钻通ZT-35等。进口的设备一样以磅为计量单位，国

产机器都以KN来衡量推拉力。

除了推拉力，所有的设备还有一个重要的参数一一扭矩。在定向钻进展的

初期时期，人们认为设备要紧是用来回拖管线，制造厂商会着重宣传机器的推

拉力。随着技术的进展，大伙儿都认识到扭矩也是一个重要的因素。因为，在

定向钻施工时，要紧是靠扭矩来切削地下土层，设备没有合适的扭矩，也同样

不能专门好地完成工程。因此，关于不同能力的定向钻必须有相互配合的推拉

力和扭矩。

另外，国外制造的机器都按照标准配备了机载高压泥浆泵，也专门重视机

载高压泥浆泵的输送能力。这种配置的动身点在于一一认识到泥浆对定向钻施

工的重要性：泥浆是一种工具，其在定向钻施工中的重要性一相当于人体的“血

液”，其要紧目的------减少施工阻力和风险，是发挥定向钻潜力的“酵母二

定向钻的组成

定向钻机的要紧由以下几部分组成：发动机一一为液压系统提供动力；液

压泵一一为各种动作的提供液压能量；液压马达和液压缸一一执行需要的工作

动作。

在定向钻机中，发动机是设备的要紧部分，它的性能好坏直截了当阻碍到

机器是否能保持良好的工作状态。如果没有足够的功率支持，在施工中遇到较

大的阻力时，就会显现发动机不能正常工作甚至熄火的现象。按照要求进行使

用、爱护和保养，是让发动机延长使用寿命的关键。

液压泵是定向钻机中的核心部分，它们为所有的工作提供了动力来源。一

样选用二到三个液压泵来分不为不同的工作部分提供高温高压液压油。在定向

钻机的施工中，需要实施推拉、旋转、保证高压泥浆的供应以及完成其它的辅

助动作（如装卸钻杆、机器行走、地锚固定等）。比较好的定向钻机会设置了

三个液压泵来分不满足推拉、旋转、泥浆或辅助动作所需要的动力。

液压马达和液压缸是机器上的执行部件，它们能够按照操作者的指令进行

需要的动作。液压马达要紧实现的是旋转，液压缸执行的是直线运动。液压马

达和液压缸通过电一液（或液一液）操纵部件与液压泵连接在一起，形成了液

压系统。

液压系统

按照其结构的不同，能够分为两种液压工作系统。一种称为闭路循环系统,

另一种称

闭路循环系统的要紧特点：能够节约发动机输出功率。在闭路系统中运行

的高压高温液压油，通过工作会消耗掉一部分能量，这些油在执行部件的出口，

相对依旧处在具有一定温度和压力的状态。在重新回到液压泵的进口时，只需

要通过液压泵增加被消耗的能力部分，就看起来加热冷水和温水所烧掉的燃料

数量不同一样。

与闭路系统不同的是，开路循环系统中的高压高温液压油在工作后会通过

液压油冷却器回到油箱。如此，在下一次工作周期开始时，必须通过液压泵再

进行加温加压才能连续提供动力。在开路系统中，发动机始终为液压系统消耗

一定的功率。

定向钻机爱护保养

各种型号的定向钻机在操作使用讲明书中都给出了具体的要求，常见的爱

护保养规程如下：

1.常规例查（每工作10小时或每天）

检查发动机风扇驱动皮带；

检查冷却水液位及冷却系统；

检查燃油箱油位（主机和泥浆混配系统）；

检查机油油位（主机和泥浆混配系统）；

检查液压油油位；

检查推拉驱动链条松紧程度；

检查、润滑动力虎钳；

润滑钻杆导向轴承；

检查所有的连接处、液压接头和螺栓紧固情形。

2.日爱护保养

泥浆系统：将其冲洗洁净，排放积水（在冬季时，专门要将泥浆泵中的积

水排放洁净），发动机加罩防雨、防冻。

3.正常期限爱护保养

a.每工作50小时或每周

检查空滤及空滤指示器并按照需要加以清洁；

油水分离器排水；

检查或更换泥浆泵曲轴箱油；

润滑前推进链条导向轮轴；

润滑后推进链条轴承；

润滑驱动导向旋转轴；

检查、润滑履带滚动轴；

检查履带齿轮箱油位；

润滑所有操纵键活动部位。

b.每工作150小时或每月一更换发动机机油和滤清器

c.每工作250小时或每三个月

检查风扇皮带；

更换液压油滤清器；

检查发动机冷却系统；

检查蓄电池电解液液面；

检查行星履带驱动齿轮油；

检查驱动齿轮箱油；

d.每工作500小时或半年

更换泥浆泵曲轴箱油；

更换发动机燃油滤清器；

更换水泵曲轴箱油；

更换驱动齿轮箱油；

f.每工作1000小时或一年

当空滤指示器提示时，更换或者清洗空滤组件；

更换冷却液；

更换行星履带驱动齿轮油；

更换液压油；

清洁或更换液压油虹吸网滤清器。

二、钻具

钻头

钻头是定向钻施工时的重要工具，它要紧在工程开始时进行导向孔作业。

按照不同地质情形，能够选择不同的钻头和钻头板。

在一样的粘土层和沙土层条件下，选择的是通用钻头（如图2-1）。在岩石

层中工作能够使用岩石钻具（如图2-5和图2-6）。

一般钻头体的结构

钻头组件通常由主体、用螺栓固定的钻头板或（和）压板组成。主体内有

一个放置可发射无线电信号的控向信号棒的隔舱，泥浆通道用来将泥浆输送到

钻头组件的前端，使泥浆形成一定的高压流体喷射出来。

为了保证控向信号棒的无线电信号的正常发射，主体上开有电磁通槽，该

电磁通槽必须采纳具有一定强度的非金属材料进行密封。在使用时，安装完控

向信号棒后，必须按照要求做好固定防护，防止在工作中造成丢失控向信号棒。

图2-1通用钻头

钻头体上的钻头板的功能是在土层中切削出一个承诺后续钻杆通过的孔

道，以便完成导向孔作业。在工作中，随着钻机动力头的动作，通过钻杆与动

力头连接在一起的钻头体会进行相应的工作。如果动力头主轴既进行旋转同时

也进行推进，钻头体会差不多按照预定的直线方向前进；如果动力头主轴不旋

转，通过钻杆推动钻头体前进，由于受到作用在钻头板上的外力作用，钻头板

会按照停止的钟面进行角度（方向）的改变。

钻头板是钻头体上的一个重要部分。为了更好地进行施工，必须按照不同

的土层情形选用不同形式的钻头板。在通常的土层下，差不多选择使用平板（具

有亘耐式。下图确实是L

图2-3一般土层中使用的钻头板图2-4硬土层、回填土层中

使用的钻头板

钻头板的选择不仅考虑其形状而且需要考虑其外型尺寸的大小，选择的原

则是：硬土层应该选用倾斜角度和尺寸小的；软土层能够选择倾斜角度和尺寸

大的。在硬土层和回填土层中，需要使用镶焊合金刀头的钻头板。发觉钻头板

磨损严峻时，就应该进行更换，否则会降低工作效率。

泥浆通道是在制造钻头体时通过专门设计和进行加工形成。它的要紧作用

是保证泥浆能够通畅地输送到钻头体前端。由于该通道与控向信号棒隔舱靠的

专门近，因此能够冷却钻头体与地层摩擦产生的热量，爱护控向信号棒可不能

因为温度过高而损坏。在泥浆通道的出口处，能够按照需要加装喷嘴，以便调

整泥浆喷射时的压力。每次使用前，必须检查该通道和喷嘴是否畅通，以免因

为堵塞造成控向信号棒的烧毁及其他施工事故。

图2-5三爪式钻头体图2-6泥浆马达及牙轮钻具

这两种钻头体都能够在岩石地层进行作业，在实际工作中如何选择使用哪

种形式，取决于设备能力、高压泥浆泵的配置以及配套和施工成本。

三爪式钻头体的配套和施工成本较低，工作效率慢。在实际施工时，它的

钻进和改变方向完全依靠设备本身的能力（推力和扭矩），能够配备三爪式钻

头体的设备能力——推力》13.33kNOOOOOIbs）；主轴输出扭矩》5423N•m。

在进行方向调整时，应该采纳定向（或称“扇面”）切削，这种工作方式的操

作步骤是，在需要改变方向的方位一定范畴内来回进行反复的切削。例如：如

果在12点钟进行上抬操作（即要求增加钻进角度）。第一步，在钻头脱离岩石

的情形下，先将钟面调整到9点钟；第二步，向钻头施加一定的推力（按照岩

石的强度确定推力的大小）；第三步，在推力存在的条件下，旋转钻头到3点

钟；第四步，撤回钻头。而后重复进行上面的操作步骤，直到完成需要的角度

改变为止。在实际操作中，必须考虑到钻杆所能承担的弯曲，不能采取在短距

离内就完成大角度的改变要求，如此会造成钻杆的损坏。在直线钻进时，与一

般钻头体一样进行工作，关键在于按照岩石的硬度，选取适当的钻进压力和扭

矩。如果两者匹配不恰当，会造成合金刀头的快速磨损或损坏。

泥浆马达及牙轮钻具的配套和施工成本较高，工作效率较快。在实际施工

时，它的钻进和改变方向完全不仅依靠设备本身的能力（推力和扭矩），而且

需要大流量的泥浆。从图17-6左图中能够看到泥浆马达和牙轮钻具的装配情

形。需要讲明的是泥浆马达本身在某个方向上弯曲形成一个专门小的角度（W

3°）,该弯曲方向与控向信号棒所要求的钟面（12点钟）一致。泥浆马达的

工作原理是：将具有一定压力和流量的泥浆转变为驱动钻头旋转的机械能量。

在要求直线钻进时，除了钻杆旋转外，泥浆马达也会带动安装在一起的钻头旋

转。在需要改变方向时，调整泥浆马达的弯曲指向到指定的钻进钟面，停止钻

杆的旋转并在钻杆上施加相应的推力，依靠高压泥浆驱动泥浆马达带动牙轮钻

具旋转切削岩石，随着该方向上的岩石逐步被切削，就会造成方向的改变。在

使用泥浆马达时，应该做到逐步缓慢地进行方向的改变，否则会造成泥浆马达

非正常磨损或产生卡钻事故。因为，泥浆马达的直径比钻杆大，在较短的距离

内无法产生弯曲变形，需要切削出使得泥浆马达和钻杆都能通过的孔道。在实

际操作中应该采纳逐步改向的方法，需要按照泥浆马达弯曲部分的长度操纵需

要改变方向的距离，而且改变的距离要比泥浆马达弯曲部分的长度短，例如：

泥浆马达弯曲部分长度是0.5米，每次只能切削0.2米so.3米，当这一段孔道

被切削出来后，必须采纳保持直线钻进方式工作0.3米so.4米，然后再连续

进行改变方向的操作，如此反复进行，直到该段改向操作全部完成。

两种岩石钻头体上的硬质合金刀头需要按照岩石的硬度选择，选择的要求

是：岩石硬度大，硬质合金刀头应该短。使用中应该经常检查硬质合金刀头的

磨损情形，及时更换磨损严峻的硬质合金刀头。

钻杆

钻杆的作用类似于汽车的驱动轴，它将旋转扭矩和推拉力从钻机传递给钻

头体或回扩器，是水平定向钻施工中最昂贵的钻进工具之一。钻杆的示意结构

如图2-7o

典型的拓行推头CI®造钻杆的微面图）

图2-7钻杆结构示意图

进行HDD施工时，钻杆必须有足够的直径和截面尺寸，目的在于：

最大程度地减少不必要的偏移以形成较好的直线孔道，易于铺设管线。

防止像弹簧过度扭转以便进行有效的传递扭矩，保证。

有效传递变向所需的推力和回扩（拖管）的拉力。

提供一条有效通道使钻头、回扩器或泥浆马达获得足量的泥浆。

由于各生产厂家采纳的钢材和加工的工艺不同，因此，在使用任何一种型

号、规格的钻杆前，必须详细了解该种钻杆的承诺使用强度和弯曲半径。只有

正确使用同时及时进行爱护保养，才能够延长钻杆的使用寿命。

在使用钻杆时需要注意以下几点：

每次钻进，务必适时变换钻杆箱中钻杆的位置，如此能确保每根钻杆在一

定时刻内有相同的累计进尺，使整个钻杆串可同时报废更换。

只能使用高品质的丝扣润滑脂爱护钻杆的螺纹接头。

不准使用虎钳夹持钻杆管身，只承诺夹持钻杆的锻锻部位。

定期对钻杆进行检查。

钻杆什么缘故会损害：在工作中的钻杆经常处在一种既受到拉伸（或压缩）

又受到旋转时产生的扭矩作用。

推进和回拉时，作用于钻杆上的应力使钻杆串处于压缩（拉伸）状态。

由于钻杆串在地下处在弯曲状态，在旋转工作中，每根钻杆杆体都会反复

受到拉伸和压缩的交变应力的阻碍，频率达到每分钟150次。

钻杆在何处损坏：

管身一大多数钻杆在钻杆的管身处断裂。

钻杆接头部位。

如果过度弯曲连续的时刻过长，公螺纹端的螺纹根部会产生疲劳裂纹。

如何幸免钻杆的损坏：变向过度（当变向“推进”时，倾仰角变化过快）

是造成钻杆失效的恒唾爆茹亦尚后访尚欣一史必必的处打逐步实施，幸免超

砧杆为歹揍坏

在进行水平定向估迸五工的大甚分过程中.无波量导向钻孔，

过钻杆的弯曲极回付k?「在还是髭讦串蚪奘楼和桥ar钻杆荀有要直填k

».而这会便法杯内节的金属纤陵受到拉伸加搐区量”导

政全医直芳.

图2-8钻杆受力图

由于接头不够紧宓而产生的疲劳饕纹

图2-9钻杆容易损坏部分

建议的保养和爱护

锥型螺纹结构能够无故障使用较长时刻。然而，在操作或连接时造成的损

害可能会损坏锥型螺纹接头并缩短整个钻杆串的寿命。同其它加工精良的部件

一样，锥螺纹接头也需要进行保养和爱护以获得最大的投资回报。下列步骤会

帮您达到那个目的。

使用前，认真清洁接头的公螺纹和母螺纹部分。

钻杆加接前，检查每个接头台肩和螺纹承压侧是否损坏。

只能使用高品质的丝扣油润滑接头。

用举荐的扭矩拧紧接头。

拆除不用时，完全清洁接头。

钻杆不用，专门是将其从一处移至另一处时，始终要在接头螺纹上安装螺

纹护套。

移动钻杆时，不许拖拉或随意处置接头。

定期对所有螺纹接头和杆体进行磁力或超声波探伤。

钻铤、启始杆和扭矩套

1.钻铤

钻铤是钻机上的一个重要零件，它与钻机上动力头主轴连接。定向钻液压

系统产生的推（拉）力和扭矩差不多上第一通过它，然后再传递到钻杆和钻具

±o因此，在工作中需要经常检查其连接螺纹的磨损情形。必须及时更换螺纹

磨损严峻的钻铤，以免在施工中产生断裂，阻碍工程进度，甚至造成工程失败。

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图2-10钻铤/

2.启始杆与扭矩套

使用启始杆与扭矩套为了满足下面两方面的要求：

常用的钻杆丝扣是锥型，而钻具的丝扣是直型（中小型定向钻），这两种

图2-11启始杆与扭矩套

在中小型定向钻的工作中，钻具上的扭矩和推拉力差不多上通过钻杆传递

得到，为了保证扭矩和推拉力的传递，不损坏钻具，通常在钻杆和钻具之间会

采纳启始杆与扭矩套。

在机械结构中，直型丝扣只能承担固定的外力，而在定向钻作业中经常会

遇到突然变化的交变力，直型丝扣专门容易损坏。采纳启始杆与扭矩套不仅能

够传递扭矩；而且，在进行推拉动作时，扭矩套也限制了钻具上的直型丝扣受

到外力作用时产生弯曲变化，如此就爱护了直型丝扣可不能折断。

在具体工作中，启始杆与扭矩套也是易损部件，它们会随着使用时刻的延

长而逐步或快速（在沙土中）磨损，应该按照磨损情形及时更换。否则会因为

这两个部件的损坏，造成钻具和控向信号棒在作业中被丢失在地下。

在大中型钻机的配置中，由于设备的扭矩和推拉力都专门大，再采纳启始

杆和扭矩套方式连接钻杆与钻具，会既不安全也不经济。因此，在大中型钻机

的钻杆与钻具的连接全部采纳锥型丝扣直截了当连接方式。

扩孔钻具

扩孔的要紧目的是在地下造成一个足够安装被敷设管道的孔洞，它的直径

应该比被敷设管道的直径要大1.5倍左右。关于直径较小的管道（W①200）,

能够按照机器能力、敷设长度和地层状况考虑一次回扩回拉完成施工任务；管

道直径＞中200的，必须采纳多次扩孔工艺，逐步扩大孔洞直径，直至扩大到

图2-15岩石扩孔钻具

前三种扩孔钻具要紧在土层和风化程度高的岩石中应用，在各种岩石地层

中就需要选择使用岩石扩孔钻具。

扩孔钻具的功能不仅是为了扩大孔洞的直径，更重要的是切削（在岩石地

层更是如此）和挤压土层。在所有的扩孔钻具上会按照顾付不同的地质而安装

不同的切削刀头。

切削式扩孔钻具一一通常在粘土层中使用，它们的要紧作用是将粘土粉

碎，同时让粉碎后的粘土与泥浆进行充分的搅拌，使之能够悬浮在泥浆中而排

出，在通常施工中的速度比较快，功率消耗较小；在比较软的粘土层中，应该

选择使用挤压式扩孔钻具，它们的作用在于能够在土层中挤压出一个孔壁密实

的孔洞，使用时需要耗费较大的功率，施工速度较慢。也能够按照需要，在实

际工作中分不采纳切削式扩孔钻具和挤压式扩孔钻具混合使用。一样先用切削

式扩孔钻具把地层扩大，而后用直径小一号的挤压式扩孔钻具把孔内的钻屑挤

实。

流道式钻具是具有上述两种钻具优点的扩孔钻具，在粉碎粘土的同时也将

钻屑挤实。因此，这类钻具的施工速度和功率消耗处于两者之间，在大部分的

粘土和沙土层中都能够工作。只有在一种粘性较大的粘土层（俗称胶粘土）中

使用时需要专门注意，因为这种粘土会在流道式钻具上的流道上形成粘附层,

而且会随着工作时刻和距离的增加，粘附情形会越来越严峻，造成扭矩和推拉

力越来越大，甚至产生设备自动卸荷不能连续工作的情形。

在岩石地层扩孔必须使用岩石扩孔钻具。岩石扩孔钻具的工作原理是：整

个岩石扩孔钻具在工作中会随着钻杆的旋转而旋转；同时，每个牙轮也会在高

压泥浆的冲击下，围绕着安装轴旋转（如下图）。如此能够保证安装在牙轮上

一不能因此造成局部的合金刀头先磨损而使扩孔钻

牙轮

图2-16岩石扩孔钻具

在扩孔工作中，专门需要强调的是，必须保证有充足的泥浆供应。否则，

会因为切削形成的岩石碎屑不能大量排出而造成在孔洞内堆积，这些岩石碎屑

就会磨损岩石扩孔钻具，甚至将岩石扩孔钻具全部损坏而不能使用。在正常使

用中，也应该经常检查岩石扩孔钻具上的合金刀头的磨损情形，及时更换磨损

严峻的合金刀头，延长岩石扩孔钻具的使用寿命。

在使用中，需要按照土质的不同选择适合的扩孔钻具，不能千篇一律的只

用一种形式的扩孔钻具。

旋转接头

该接头的要紧作用是将钻机产生的旋转动作进行转化，使其随带的后续物

品不能同样进行旋转。因为，不管多大吨位的钻机，都不可能将后面拖带的钻

杆及（或）管道等一起转动。

图2-17带有旋转装置的回扩器图2-18专门的旋转接头

\6,粗雷

分能否正常工作，按照生产

置。下列装置是HDD领域

图2-19

中国式网套拉索：普遍用于铺设直埋公用管线，如同轴电缆、铜电话线和

小直径刚性管线如PVC管和钢管。

螺纹旋入式管线回拉器：普遍用于规格为2到5厘米直径范畴的套管和聚

乙烯管的回拉。

聚乙烯管（PE）回拉器：用于铺设规格为5到15厘米直径范畴的PE管。

多管线回拉器：是一种在单流线型管线中同时铺设12、16或更多套管的

装置。通常与螺纹旋入式管线回拉器联合使用。

拉索：一端共用一个连接位置，另一端采纳不同长度的拉索与待铺设的多

条公用管线连接，使它们的连接点错开。

连接（回拖）装置是用来在回拖被敷设管线时连接管线与回扩器使用的。

按照管线材料的不同，能够选择相应的回拖连接件。

网套型：网套型（图2-20）要紧使用在小口径（W中150mm）塑料管上,

它们采纳钢

丝编织成像一张鱼网一样。开口处套入塑料管，然后收紧同时用钢丝牢牢

捆、'七程中，由于钢丝捆扎和网套与塑料管的摩擦力的作用，使塑

料唱千的回收而被拉进孔道中。网套型连接（回拖）件具有简便易

用白5P贵照要求进行单根或多根管道的回拉。

图2-20

膨胀型：这种类型的连接（回拖）装置能够进行较大的塑料管回拉，每种

规木的管径范畴内使用。它的特点是，与管道的连接采纳了能够膨

时，必须将膨胀部分的尖齿嵌入管壁中，适合在厚壁塑料管上

使1的过程比较复杂。

一一•分为三瓣，上面有尖锐的齿

图2-21

旋塞型：这类连接（回拖）装置（图2-22）与膨胀型有些类似。使用时必

须选择与管

旋进管道内孔（像拧螺丝钉一样）

图2-22

上面三种形式的连接（回拖）装置一样用在W①200mm的塑料管上。如

果需要在＞中200mm的塑料管或钢管上使用连接（回拖）装置，一样采纳自行

设计加工的。其要紧原则是，前部是必须是锥型（参考图2-23示意图），如此

在回拉时会减少对管道的阻力。

图2-23自制连接（回拖）接头

三、钻机操作步骤及注意事项

钻机操作步骤

安全

人身安全：

应当设置工作戒备区域，不承诺无关的人员进入并接触设备。

穿戴合适的安全防护品。

在有酒精或药品阻碍的时候，不得操作设备。

液压油、钻进液和冲洗系统是高压的。经常检查所有的管线和接头是否处

于良好状态。

蓄电池酸性电解液引起严峻灼伤。

在调整或爱护设备时，应关闭发动机并取下钥匙，挂上提醒指示牌。

确信设备已冷却下来再进行修理。

设备调迁时，起重臂或被吊起的设备下不得站人。15米外放置安全标记。

在运输途中，不要不承诺有人坐在操作座椅上。

设备安全：

在已有预埋公共管线的区域邻近钻进时，必须爱护和幸免伤及它们。这些

公共管线包括：动力电缆线、天然气（煤气）管道、自来水管、污水管、电信

电缆（光缆）、有线电视电缆等。必要时，需对它们进行暴露式开挖检查。

设备上不同的安全标记表示着可能会产生不同程度的危险情形。禁止将安

全标记拆除、移位、更换。

启动发动机前，必须进行每日例查。

在进行工作前，必须启动发动机，预热液压系统，预热时刻：10至30分

钟（按照环境温度具体确定）。

设备运行时，推拉力、扭矩不得超过设备规定极限。

钻进/回拖时，严禁钻杆逆时针旋转。

停机后，拨动各操纵健，使机器卸压；打开各部位排水阀，排放积水（冬

季需加防冻液）。

操作步骤

1•机到达现场后，按照设计要求进行钻机定位；

2.作为施工现场工作安排的一部分，必须将接地杆插进地下，并和钻机连

接，使钻机在遭电击时被接地。万一发生电击，接地杆和接地电缆将以最快的

速度把电流通过锚桩导入大地；

3.预备好控向仪、泥浆等工具及材料。

导向钻进

1.按照控向仪的要求标定仪器；

2.加装钻杆，与钻铤和钻头体连接；

3.试验泥浆是否能够正常输送；

4.第一根钻杆保持直线钻进（能够爱护钻杆）；

5.通知控向员对钻头体进行定位；

6.连续加装钻杆；

7.按照设计要求和控向员定位的情形决定是否需要调整钻头体的位置，如

果需要调整，就采纳推进方式进行调整；

8.重复（5）、（6）两个步骤，直至导向孔完成；

9.在全部工作过程中，随时检查控向仪上信号棒的工作温度情形，防止烧

坏信号棒；

回扩

1.按照需要敷设的管道直径选择适合的回扩器，一样应该是被敷设管道的

1.5倍；

2.按照土质和体会，决定是多次回扩（建议要紧采纳的方法），依旧一次

回扩并回拖管道；

3.连接钻杆和回扩器，在回扩器后面必须连接下次回扩需要使用的钻杆；

4.试验泥浆是否能够正常输送；

5.先旋转钻杆和回扩器，然后慢慢回拉，在回扩器进入土层后，也必须缓

慢回拉，以便保证泥浆的回流畅通；

6.遇到钻杆接头，应该拆卸钻杆。在此过程中，不能松开定虎钳，防止由

于受到重力的阻碍钻杆滑出；

7.重复(5)、(6)两个步骤直至全部回扩完成；

8.连续进行后续的回扩，步骤同上；

9.记录每根钻杆的工作参数:推拉力、扭矩、泥浆压力，为改变泥浆配方提

供依据，以及积存数据以便分析事故。

回拉敷设管道

1.对分段的管道必须先焊接好，保证焊缝能够承担定向钻的拉力；

2.采纳标准和自制的管道封头封闭管头；

3.将管道与回扩器连接；

4.试验泥浆输送是否正常；

5.开始回拉管道；

6.注意泥浆回流情形；

7.记录每根钻杆的工作参数:推拉力、扭矩、泥浆压力，为改变泥浆配方提

供依据，以及积存数据以便分析事故；

8.终止后，按照规定清理现场，移走设备。

控向仪工作原理及使用

第一节、安全注意事项

钻头在沙地、沙砾层或石块上钻进时，传感器周围如果没有足够泥浆流淌,

会产生摩擦热，连续过热会造成显示的深度读数不准，而且可能造成传感器的

永久性损坏。

信号接收器不能防爆，不应靠近可燃物或爆炸物使用。

每次钻进工作开始之前，都要检查控向系统，确认其操作正常，检查钻头

定位和定向信息是否正确，以及钻头内的传感器是否提供正确的钻头深度、倾

角和面向角信息。

只有在以下情形下钻探，深度读数才是准确的：

•接收器校准准确。检查校准的准确性，以便接收器正确显示深度读数。

•钻头定位精确。接收器正对地下钻进工具中的传感器，同时与传感器

平行。

•接收器的设置正确。

•在钻进时准确同时正确定位和跟踪钻头。

•接收器保持水平。

信号干扰会造成测量的深度读数不准确，失去倾角、面向角读数或传感器

定位、定向信息。钻进之前定位操作人员应进行电子干扰检查。

•干扰源包括：交通信号线路、有线电视、输电线、光纤跟踪线、金属

构造物、阴极爱护、传送塔台、射频。

•在邻近使用相同频率的其它信号源可能也会干扰远程显示器的操作，

例如：使用无线群呼系统的租车、其它定向钻进定位设备等。

认真阅读控向系统的操作手册，以确实了解如何正确操作控向系统来获得

准确的深度、倾角、面向角和定位点。

每次钻进工作开始之前，将传感器放入钻头内测试控向系统，以确定其运

作正常。钻进时如果使用超声波功能，要定期测试系统进行校准。在停止钻进

一段时刻后，务必要测试校准。测试系统是否受到工作场所的信号干扰。背景

噪音必须低于150,而在进行任何定位操作时，信号强度必须要高于背景噪音

至少250点。

第二节、定位工作原理

L传感器信号波形

明白得传感器电磁信号的一些差不多概

收器天线收发信号的方式是专门重要的。I.瞅勉麻.

信号场是椭圆形。椭圆形信号场和DigiTrak接收

器专门的“X”形天线结构共同作用，用三个特

殊位置定位传感器，而不仅仅是用最强/最高信号

进行定位。

传感器的电磁场由许多磁力线组成。定位时，您就走进了磁场，接收器

天线会从这些磁力线中读取信号。

2.天线结构

DigiTrak接收器共有三个天线。靠近接收器底部有一根天线，用来接收传

感器的倾角、面向角读数、电池以及温度状况信息。显示窗口下面是“X”结

构的“定位天线”，其中的一根天线被称作负号（“一交为卜另十根天线被

称作正号（“十”）天线。两根天线互相垂直，它优用^谷且订就接收器所放置的

地面差不多上呈45°夹角。

如上所述，天线“吸取”的磁力线越多，“句丽

信号所占的百分比也就越高。僦8*"依

每根天线接收磁力线的功能各不相同。接收器处理

信息后，向操作人员提供传感器的全部信号场强度的测

量结果，而不像传统的电缆定位器那样，只提供部分信

号场强度的测量结果。

3.信号接收

要明白得天线如何“读取”这些磁力线，能够把磁力线想象成水流，天线

想象成管道。如果水流和管道平行，所有的水都会流过管道。如果把管道旋转

90°,使之和水流垂直，水就不能流入管道。磁力线和天线也是同样的道理。

当它们互相平行时，天线能够读取所有磁力线，互相垂直则不能读取。

磁力低和天线千斤磁力线和天线垂直

・力线和n于天母的方食

4.前向负定位点和后向负定位点

如果磁力线是直立穿过两根天线，每各读

取信号的50%(如图所示)。有两个位置会发生这种情形：

一个是传感器后方的后向负定位点(FNLP),另一*是侏q

感器前方的前向在FNLP点*RNLPM上的£屈・力凶

负定位点(RNLP)。这两个点都专门，与传感器的信号强

度无关。RNLP点和FNLP点对传感器的准确定位都专门重

要，但FNLP点比较常用。FNLP点也用于防止过度操作。

5.传感器上方的正定位线

如果磁力线是水平穿过两根天线，每根各读

取该点磁场强度的50%o那个位置是卡传■感方7

称为正定位线(PLL)。传感器在PLL线下方的横间福隹

位能够用FNLP点或RNLP点确定，或者遭过查找高峰信号

来定位。然而,不鼓舞用高峰信号来定位地下传感器,这

上扰。

DigiTrak定位系统是在水平定向钻进工程中，用来定位和跟踪钻头中的传

感器。要紧包括以下所描述的接收器、传感器、远程显示器以及电池充电器。

DigiTrak系统差不多设备：

接收器一一接收器从传感器接收信号，同时在处理后显示传感器的状况

（面向角、倾角、深度/距离、推测深度、电池以及温度状况）。它能够把信息

传送到钻机上的远程显示器。

传感器一一亦称为探头、信标或信号棒，传感器放在钻进工具/壳体中，

向接收器发送信号。接收器显示深度/距离、信号强度、倾角、面向角、电池

以及温度状况。传感器是用碱性高能电池供电。

远程显示器一一通过远程显示器，钻进人员能够看到传感器的倾角、面向

角、深度、推测深度以及温度状况，在不能行走跟踪的情形下还能够用它来遥

控。

电池充电器一一电池充电器用来对银镉蓄电池组迸行充电和调整。能够使

用直流或交流电源。

电缆或地磁传感器系统一一电缆传感器系统是选用的加深定位系统，适用

于钻孔路径深度超过15米，其长度需要若干天才能完成，而且位于无法行走

跟踪的区域和/或高频干扰区域。

二、差不多操作及定义

扳机的点击/按住一一接收器把手下的扳机能够点击（按住后在半秒钟内

赶忙放开）或按住。这两个动作有不同的成效，用于不同的操作过程。

超声波距离/地上测量高度一一超声波距离或地上测量高度是指接收器和

地面之间的距离。用接收器底部的两个超声波转换器测量该距离。

深度与距离一一扳机没有按住时，除非接收器在传感器射程外，否则接收

器底部窗口会显示接收器到传感器的距离。一但接收器打开同时校准后，便无

需等待深度读数，因为接收器会连续测量距离。当接收器位于传感器正上方时,

其底部窗口所显示的是深度信息。如果接收器没有位于传感器正上方，底部窗

口所显示的数字则是“斜线”距离。

推测深度一一如果按住扳机，底部窗口会显示推测探度，这时只有当接收

器处于前向负定位点（FNLP）时，读数才是准确的。推测深度会在底部窗口

以数字和一个实心波浪符号（s）闪耀显示。

操作检验一一钻探前以及操作中，有必要做以下检查：正确校准、正确设

定超声波测量、电池电源状况、传感器温度以及信号干扰咨询题。

♦面的扳机按住，左

f送的信号来建立F

员找到传感器的位

发角/面向角）和距

接收器是手持式设备，用于定位和跟踪传感器』永矶向上W度

它接收传感器传送的信号并进行转换，然后显笨骸N

倾角、面向角、深度/距离、推测深度、温度和庵蔗

*内角

窗口位于接收器顶部。加言T

收判深度

每个显示窗口旁边的符号或图标是用来关心您确定力/口■

【：

功能（参阅下页上方的表格）。窗口下的图标代表传艮

面向角、深度/距离，当扳机弹起时，扳机向下图疝

会

显示这些参数。扳机按住时（扳机向上图标），

DigiTrak接收XI轮㈱图

左上角窗口将显示信号强度，而右上角窗口将显示温矍

注意：推测深度图标在底部窗口下面。

当扳机按住，而接收器定位于前向负定位点（FNLP）时，该点

上的传感器推测深度会显示在底部窗口中。推测深度值会快速闪

烁显示，同时在底部窗口上显示一个实心高亮度的波浪号（口）,

用来区分推测深度和深度显示值。

注意:如果扳机在FNLP点"的胸点上按住，推测显示的深度无效。

X扳机向卜一一扳机放开.在显小窗U上显小传感器的慎用、面向角以及南龙，深度，

倾角一一0科范四是8-±100%.显示传感器和水平方向的夹角，100%表示45度

倾角（在左上角窗口上.扳机向下）•

面向用一一山押范阳是1-12（1点〜12点计为何）.醍示传忠招依动位置（在右上

0角窗口上.扳机向下）.

深度一一扳机向下时.在底部窗口上显示传后送的深夜或传礴戕到地面的斜距.

▼扳机向上一扳机按住并且馔作人员在FNLP点时.在显小窗1」上显东信号强度.传

O够粉温度以及预测深度.

信号通度一一最程范围是0，~999・显示传腐容的信号强度（在左上角窗口上.扳机

向上）.

fl-c传博叁淞应一一传家寄温度用摄氏度衣"（在右上角窗U上.扳机向上）.

预测深度一一扳机向上井且接收需在FNLP点时,在底部窗口上显示FNLP点的传感

二TN器预测深度.

四、传感器过热声音警报

传感器过热时，接收器会发出一系列声音数量逐步增多的警报信号，信号

如下所示:

温度范畴警报信号

14℃以及14℃以下没有声音或视觉上的警报信号。

15℃^35℃每升高4℃会发出一个双音警报。

3℃S45℃每升高4℃会发出两个双音警报。

45℃^60℃每升高4℃会发出三个双音警报。

60℃以及60°。以上会发出错误警报声（两个长音），底部窗口会闪耀；当传感器在

温度约为80℃时会关闭，同时可能会显现“1999”字样。

五、校准接收机

校准的方法有两种:单点校准和双点校准。单点校准把装在钻头内的传感

器和接收器按照以下方法平行相距3米。双点校准通常是当传感器位于地底下

无法单点校准时进行。

单点校准过程

1.确定没有干扰。确定在接收器量程范畴内没有其它同样通电的传感器。

2.将钻头体内工作中的传感器放在平地上。

3.接收器启动完毕后，把它放在距离壳体正好3米的地点，如简图所示（必

须用卷尺准确测量钻头体内部边缘到接收器内部边缘的距离）。按住扳机直到

确认信号稳固后直矛，注意信号强度读数。信号强度襁至少为250点才能达

到正确校准。如禺^小千25W浮N至性匕、传感器可能盛故障.

党体内的

传播爆

确定，Q英尺校港律”

4.点击扳机一次。

5.接收器将发出哗响。接收机响时按住按扳机。

6.连续按住扳机，同时凝视底部窗口所显示的倒数计时读数（从5到0）。

倒数时会发出碉瞅声。7.倒数计时读数为0时，放开扳机。

8.校准成功时会发出三次短促的哗响。若发出两个长音则表示校准无效,

可能是从传感器来的信号不当或者信号干扰所致。

9.在底部窗口上会显示297厘米（土5厘米）。

10.同步骤3,用卷尺测量准确位置，把接收器分不移动到至少两个不同的

地点（例如，152厘米处和610厘米处），并确认深度/距离读数正确。检查显

示的钻进深度是否准确。

11.记录信号强度以便稍后需要。

确认校准的准确性

确认校准时，用卷尺测量地上钻头内的传感器。把接收器和钻头体多次平

行放置，每次相隔距离都耍准确测量，检查在底部窗口上显示的距离读数和卷

尺测量的距离是否相符。如果误差专门大（大于士5%）,那么就需要重新校准。

深度较浅时（＜3米）地下传感器的校准

当传感器在小于3米的地下深度时，如果需要重新校准，能够进行修正的

单点校准过程。只是您必须要明白3米处钻头体内传感器的信号强度（第一次

单点校准时，您必须要随时注意3米处的信号强度值）。

当传感器位于地面下时（深度小于3米），把接收器和传感器平行放置，使

那个距离的信号强度和最近一次在3米距离的单点校准信号强度相同。要做到

这一点，只要按住扳机，同时将接收器移开或靠近传感器，直到看到的信号强

度读数（显示在左上角窗口）等于在3米距离的校准信号强度为止。把接收器放

在地上，连续完成单点校准过程。然而，如果传感器深度大于3米，就有必要

进行双点校准。

例如：如果记录的最近一次在3米距离单点校准信号强度是560,使接收

器相对传感器平行移动，直到信号强度读数为560为止，然后完成单点校准过

程。请记住，钻进深度大于3米时不能进行该校准过程。这时必须进行双点校

准；如果有余外的传感器，也能够在信号强度为560点（或3米距离处的其它

信号强度值）的距离处校准该传感器，然后用位于地面下的同一只传感器连续

钻进。

进行修正校准过程时，我们足假设地下传感器仍旧在以和最近一次单点校

准相同的信号强度工作。如果传感器差不多损坏或过民磷，么该修正过程便不

用深度天线铅垂线标记定位点

耍准确标记前向负定位点(FNLP)、后向负定

位点(RNLP)以及正定位线(PLL),必须用垂直轴

(铅垂线)穿过显示窗口中心，把深度/定位天线

平分(参阅右边的简图)。垂直轴和地面的交点

是所要标记的位置。铅垂线也可当作确认FNLP点和

RNLP点时转动接收器的轴。

DigITrsk传出卷

传感器(又称作探头、信标或信号棒)是一种用无线电频率发射电磁信号

的装置，装配在钻头体内。它传送有关其定位以及方向的信息。传感器发射信

号，接收器“听到”后进行转换，把有关信息显示在窗口上。传感器的量程取

决于其类型。

注意：任何传感器和任何接收器配套使用时，其量程都取决于工作地点的

干扰源数量。干扰源增多时，量程会减小。

传感器是如何样工作的

传感器会发出两种频率共计为33千赫的信号。一种是深度信号或信号强

度，另一种是倾角、面向角、电池以及温度状况信号。倾角/面向角信号的频

率比深度信号的大，有时更容易受干扰源干扰。

放开扳机后，检查传感器是否正在向接收器传送适当的倾角和面向角信息

一一在接收器的左上角窗口上会每隔2.5秒钟闪耀显示一个波浪号(s)。务必

要等到连续两个波浪号所显示的倾角和面向角信息都相同，再按照这些信息下

达任何操作指令。等待一段时刻，确保能够确认读数的准确性。传感器到达最

大量程时，波浪号显示速度会低于2.5秒钟。

放开扳机时，在接收器的左上角窗口会以1%的倾角增量显示传感器倾

角。

接收器的扳机放开时，在右上角窗口会以lsi2之间的一个整数显示传感

器的面向角。这些整数和钟表的时针位置相对应。在12点钟方位，传感器是

以指引槽在上的位置定向。钻头的锥面或平面应指向那个位置。

七、接收器自检

Marklll接收器能够完成自检诊断以确定其工作是否正常。自检必须在没

有传感器和干扰的环境中进行。在启动时按照规定顺序点击扳机就可进行自

检。

把完全充电后的电池放入接收器，然后点击扳机一次。

在发出声响时，快速点击扳机3次(观看在底部窗口上显示的数字3)。自

检大约进行15秒针。

如果没有发觉咨询题，接收器会发出三个单音，然后关闭。

如果检测到咨询题，接收器会在左上角窗口上显示错误代码，同时发出两

个长音。

错误代码“001”表示背景噪音大，把接收器移动到没有信号干扰的地点

再次自检。

a.接收器平稳检查

如果看上去接收器始终有向左或向右的误差，可能是接收器的天线没有平

稳。如果只用信号强度定位传感器或者邻近有干扰源，也可能发觉传感器向左

或向右误差更大。通常应该同时用前向负定位点和后向负定位点来定位传感器

（深度和左/右位置），而不仅仅是用高峰信号定位。

要确定接收器的天线是否平稳，能够进行以下检验：

1.把传感器放在地上，向前（或向后）走3。3.7米，同时向轴线的左边米右

边移动一段距离，

加q（♦）

轴线从传感器的两侧向外延伸,如图所示。变为

减号（•）

2.手持接收器使其垂直于传感器，同时拂住

扳机。

期4

3.走近轴线，观看在左上角窗口上所显宗的

加万（+）,记下以变为减万嬴而^温％…

的位置。

4.连续向前走过轴线，停下同时将接收器

掉转180度，转向相反方向。走回轴线，

找到加号（“+”）变为减号（“一”）时的位置。

5.这两个位置应是同一位置，同时都在轴线上。

b.接收器增益检验

另一个确认接收器显示的深度信息是否正确的检验是增益检验。它检查接

收器的深度比例换算系统，与较早的“移动电话”的增益相似。进行增益检验

需要一根工作的传感器，一把卷尺以及要检验的接收器。

1.按照预备单点校准时的步骤，将卷尺从传感器侧边（钻头的内侧或外侧）

拉出。卷尺的长度应超出传感器的最大量程范畴。

2.将接收器和传感器平行放置，相距1.5米，记下深度值（不要按住扳机）。

3.将接收器移开到3米的距离，记下深度值。

4.连续检查，接收器远离传感器的距离每增加1.5米就检查一次深度读数,

直到达到最大量程为止（在底部窗口上会显示“1999”字样）。

5.最后一步是把接收器移近传感器，每次同样移动1.5米，检验深度读数

是否相符。不管接收器是移近传感器还足远离传感器，距离每增加1.5米，其

深度读数应该相同。

c.传感器检验

温度指示器一一确定传感器前端的温度指示器（温度点）为白色。如果温度

点从白色变为黑色，表示传感器所接触到的温度差不多超过1041。暴露于高

温下可能会阻碍传感器的操作。传感器过热时可能看上去工作正常;然而所传

送的信息可能不可靠。

水分一一确定电池盒内没有水分，而且盒内的弹簧不是呈永久压缩状态。

有缺陷的传感器一一打开传感器和接收器，按住扳机的同时将传感器靠近

接收器放下（传感器较长的一边和接收器较长的一边平行并放）。如果在左上角

窗口上显示的读数小于999,在底部窗口上显示的读数小于000,那么专门可

能是传感器的天线断了，需要换一个新的传感器。

信号强度一一检验不同距离处信号强度是否适当。信号强度表示传感器的

功率输出。耍检验信号强度时，按住扳机，在不同距离处平行放置接收器和传

感器（放在钻头体里）。如果传感器的值在下表数值的土60点内，便可视为满足

规格要求（在那个地点承诺有正负值的差异，是因为使用不同种类的钻头体，

可能会阻碍穿过钻头体开孔的信号量）。

距离

传感器颜色1.5米3米4.5米6米9米

蓝色600420

黄色740560455380275

红色800620515440335

注意：钻头体、传感器和使用的接收器都相同时，在3米距离处信号强度

值应该每天都会相同。若非如此，则表示可能有信号干扰或传感器坏了。信号

强度的任何变化都会阻碍接收器的校准，导致深度/距离读数出错。

倾角/面向角读数更新一一确定左上角窗口上的波浪号（“S”）每2.5秒钟

闪耀一次。波浪号表示传感器正在传送倾角/面向角读数的更新信号，而接收

器正在接收这些信号。如果波浪号没有定期显现，则表示倾角/面向角的读数

不可靠。在到达最大量程范畴时，信号更新的速度会变慢。耍检验传感器是否

传送了足够的信号，把接收器和传感器（在钻头体内）相距6米放置，运算30

秒钟内波浪号的数量。如果波浪号是6个甚至更多，那么表示接收器接收到了

足够的传感器信号。否则检查干扰源，检验传感器信号强度。

面向角/时钟位置检查一一在平面上慢慢转动传感器，检验每一个时钟位

置是否都准确。

斜度/倾角检查一一将传感器从正斜度/倾角移到负斜度/倾角，确定斜度读

数的变化正确与否。

八、定位方法

要定位传感器，必须按住接收器的扳机，

所谓的“定位”模式。按住扳机时，左.

显示倾角，并停止显示用来表示倾角/面

闪耀波浪符号（"S”），这时所显示的差

“十/一”指示。在左上角窗口上显示的加号（“十”）和

减号（“一”）是定位的关键，它们会引导操作人员用三个

位置来定位钻进工具（传感器），而不仅仅是使用高峰信号

进行定位。

1.定位点（FNLP和RNLP）和定位线（PLL

用来指引操作人员找到钻进工具的三个位

两个是代表传感器延伸位置上的点。其中

前方（前向负定位点或FNLP）,另一个在布

向负定位点或RNLP）O

第三个定位位置是代表传感器位置的直线o这条直

线和传感器垂直，被称作正定位线或PLL。

俯视图和侧视图中FNLP点、RNLP点以及PLL线的几何

位置

线的距离精柠匹

注意：RNLP点和FNLP点到PLL

2.操作接收器棺收;件算18¥斤且方向用反

要达到最准确的定位，接收器必须课持水平并

且和传感器平行。接收器能够和传闻剧向科

反向（参阅简图）。接收题和传电81f行H方向IAM

前向负定位点和后向负定位点之因蛇得名F

因为在这些点上信号会从正值变成负值斜■噌腰.楣矶烟发同

器和传感器是同向依旧反向，在这些点上“十”都

会变成“一”。

实际上，从任何方向接近FNLP点或RNLP点，信

号都会从正值变成负值。

正定位线（PLL）不是一个点（不像FNLP点和RNLP点

一样）。如上所述，PLL线是一条垂直于传感器的直线，

之因此得名，是因为接收器通过PLL线时，信号会从负值变成正值。找

到FNLP点就能确定传感器在PLL线上的位置。找到最大信号强度也能确定

传感器位置。

3.FNLP点和RNLP点之间距离上一、衣tEC七LL央.士U

箱槿图

由于传感器磁力线波形的缘故，例I:向下科

4

器的位置越深，FNLP点和RNI站机*

轴妹

离就会越远。点和RNIPFNLP

FNLPRNLP勺电向卜

同为剑fi）

距离也和传感器的倾角和地势窄

器倾角为负值时，FNLP点到P

比RNLP点到PLL线的距离远（

感器倾角为正值时，RNLP点到PLL线的距离

则要比FNLP点到PLL线的距离远。如果地表

或地势有明显倾斜，即使传感器保持水平，

也会阻碍FNLP点和RNLP点到PLL线的距离。

注意:能够用FNLP点和RNLP点之间的距离

运算传感器深度。

总之，以上内容提到的二种定位位置

是:传感器后方的后向负定位点(RNLP)、传

感器上方的正定位线以及传感器前方的前

向负定位点(FNLP)。RNLP点和FNLP点表明

传感器的位置和横向定位。

4.用加号/减号指

示定位

力口号“十”和减号

“一”表示定位传感器

时接收器的移动