小直径测斜仪的应用研究.pdf

2010年第37卷第12期
探矿工程(岩土钴掘工程)
小直径测斜仪的应用研究
周策,陈文俊,刘一民,汤国起
(中国地质科学院探矿工艺研究所,四川成都610081)
摘要:介绍了研制的深孔用小直径测斜仪的构成、数据计算过稈及处理原理、仪器的机械结构、测斜工艺流程及
野外试验情况。
关键词:深孔;小直径测斜仪;数据处理
中图分类号:P634.7文献标识码:A文章编号:1672-7428(2010)12-(0029-03
Application Study on Small Diameter Deviation Inclinometer/ZHOU Ce, CHEN Wen-jun, LU Yi-min, TANG Go-i
( The Institute of Exploration Technology of CAGS, Chengdu Sichuan 610081, China)
Abstract: The paper introduced the small diameter deviation inclinometer for deep hole about its composition, data calcula-
tion process &treatment principle, nstrument structure, deviation measuring process and the field test
K
rds: deep hole: small diameter de
ter: data
0前言
加速度计传感
多
钻孔测斜技术是我国地质勘查关键技术之
及测址电路
路
笔
转1「单
数据存储
记印
在我国地质调査和国民经济其他领域有着广泛的应
阻传感器及
换片
本
测量电路
关
机通信接
用前景,特别是我国地质勘查,需打很多钻孔才能评
价和确定矿产储量。而我国地勘现用钻孔测斜仪不
也だ传感器及
测量电路
能配套用于将要开始或有的地区已经开始的深部找
电源控制器
电池组
矿勘探需求,现用钴孔测斜仪外径都大,均不能通过
图1CXJ测斜仪原理结构框图
现场常规钻探所用钴杆内径,不能用钴杄保护进行
钻孔测斜,将面临中深部裸眼钴孔测斜不安全性和
(3)数据存储器用于数据存储
风险,且地勘现用钻孔测斜仪没有考虑与钴探工艺
(4)笔记本电脑用于地面数据提取与处理。
相结合多功能多用性。现用钻孔测斜仪不能融合定
向钻进、定向取心和绳素取心测斜等多种钻探工艺2数据计算处理过程原理
测斜和定向的需求。小直径测斜技术不仅可避免事2.1坐标系与角度定义
故,操作简单,还可在钻进回次下钻过程中,测斜仪
(1)坐标系:原始位置两个坐标系重合,Q=0,6
下人钻杆内进行测斜,因此节约测量时间,提高测斜=0,=0,如图2所示。
效益,增加钴进的时间,提高效率和质量,保证快速
钻探的需求,融合定向钻进、定向取心和绳索取心测
斜等多种钴探工艺测斜和定向的需求。
CX丁型小直径测測斜位构成
图2坐标系
本系统由传感器和单片机为核心组成,原理结
2)倾角:OZ与OD之间的夹角0,即平面のXY
构框图如下图1。
与OEN之间的夹角。沿Y轴逆时针旋转为正,即向
(1)测量传感器有三维加速度计和三维磁阻下为正
计,用于测量顶角、方位角、工具面向角,电压传感器
3)方位角:OED平面与OYZ平面之间的夹角
用于电源的监控;
a,从北向东转为正。沿Z轴顺时针旋转
2)单片机用于数据采集与初步处理;
(4)工具面角:OZD平面与OXz平面之间的夹
收稿日期:2010-09-10
作者简介:周策(1965-),男(汉族)、四川成都人、中国地质科学院探矿工艺研究所教授级高级工程师,探矿工程专业,从事钻探和地质灾害
机电仪器仪表设备研制开发工作,四川省成都市一环路北二段1号
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探矿工程(岩土钻掘工程)
2010年第37卷第12期
角B,沿X轴顺时针为正。
2.2采集数据处理
G
(1)找出A,mn,Am;A
min ]"yrnax "Zmin "m
(10)计算顶角
(2)计算:△A-,△A,A△A4
8
(3)修正A,与A::
A,=K, A, +Yo
(11)计算工具面角:
其中:K,=△A、/△A,Y=Aain-K,A,ma
Be =arct(
同理:A。=KA,+Zo
g
其中:K.=△A、/△A4,0=Am-K
Bc根据G,与G:情况计算为0~360°,计算如
(4)求中心偏移值
A T-A=A
min+△A/2
90°:G.=0、G、>0
(5)测量值中心偏移
270°:G.=0.G.<0
80-artg(-G,/G):G.<0
tg(-G,/G2):G.>0,G,>0
360-arg(-G,/G:):G2>0,G,<0
(6)M,M,M.的计算:
(12)计算方位角:
①将M,M,ML在水平状态(AS-Z最大时)下
C×(H,C.-H,CG,)
旋转一周,得到M
在垂
a T 6H(G+G)+GH,G+H, G)
直状态(AS-X最大时)下旋转一周,得到M:m,
sing Hr COSB+Hysinbsiny +Hz sinbcosy
tg
M2-mn。并由此计算出△M、,△M,△M,并找出其
Coso
H
中最大的为△M
max
△M、=M
M
3小直径钻孔测斜仪机械结构
max
②计算Mar,M,om,Mo
小直径钴孔测斜仪组装图见图3。
M
M
M-M)[I,,,,,,,
△M
△M.
M
y-off
5-M.-MXMAXC1
△M
523214空
M-M] MAXCI
△Mm
△M
③若实际测量值为MM2,MM,MM.,则修正后
图3小直径钻孔测斜仪组装图
的值为M,M,M,计算如下:
1一导头(可换为防振器连接);2-0形密封圈;3一电池
护管;4一电池;5-导线;6一电源插件;7一密封头;8
M,=MI(、へMe)xMM、+M、-oa
导向件;9一硅胶;10一机芯;1一机芯护管;12一输出插
△M
件;13-封头;4-一捞头
△M
M.=MAX(1,△MリxMM,+M,-o
4测斜仪人机界面
M, =MAX(7. M.6)XMM, +M, -af
测斜仪人机界见图4,主要作用是读取数据、保
△M
存数据、处理数据,最终计算求得钴孔顶角、方位角
(7)按照映射关系给Gx,Gy,Cz,月x,Hy,H2赋工具面向角
值,即将A,m或-A,m赋给G,;将M,或-M.赋给
H,(按照平面放置映射,即:H=-M,H,=M,且
測斜工艺流程
M,;G,=-A1,G