矿用随钻动态方位伽马仪器的研制与应用

顺煤层瓦斯抽采钻孔是目前最直接最有效的瓦斯治理方法,自然伽马作为含煤地层识别常用的判识依据,可以根据地层放射性判断钻孔轨迹是否在目标层中。但现有的矿用伽马测井仪器只能进行滑动钻进测量,不适用于复合钻进及旋转导向钻进,无法满足伽马动态连续测量的工况。针对以上问题,在分析了煤矿井下随钻测量工况特点和伽马测井原理的基础上,通过低压直流载波双向通信技术进行孔底多扇区方位伽马数据的实时传输;采用屏蔽开窗的结构设计,实现单伽马晶体的8扇区分区测量;基于三轴MEMS加速度传感器和三轴MEMS陀螺仪不同的频率特性,采用互补滤波的动态测量方法,克服了回转钻进过程中振动和旋转对工具面向角测量的影响。通过地面性能测试和井下的工业性试验,验证了仪器在不同放射性地层分界面能正确反映出地层放射性变化规律。试验结果表明,仪器可以满足复合回转定向钻进时的地质导向测量要求,为煤矿井下顺煤层定向钻进提供了技术保障。      

煤矿井下电磁波无线随钻测井软件设计与实现

为了实现控制煤矿井下电磁波无线随钻测井仪器,设计并实现了一套煤矿井下电磁波无线随钻测井软件。该软件包括控制软件和随钻监测软件两部分,具有系统自检、数据采集、钻进轨迹偏差计算、电磁波电阻率计算、钻头与顶底板关系判断等数据处理功能。采用MVC对软件的系统构架进行设计。描述了各模块的设计流程,并用C#语言完成软件的开发。实际应用表明该软件现场操作方便可实现随钻测井的实时监测管理。该软件的成功开发,提升了中国煤矿井下随钻测井的能力与技术水平。     

基于直接数字合成技术的随钻电阻率测井仪器的设计与实现

介绍直接数字频率合成技术的基本原理,提出了应用直接数字频率合成芯片设计随钻电阻率测井仪器混频电路的硬件实现,通过Pspice仿真分析,证明了该系统实现简单,控制精度高。     

随钻方位电磁波电阻率成像模拟及应用

随钻方位电磁波电阻率成像资料在地质导向中起着至关重要的作用。利用三维有限差分数值模拟方法计算随钻电阻率仪器激发的电磁场随仪器方位变化的规律,分析实现方位电阻率测量以及成像的原理及方法。数值模拟结果表明：在常规随钻电磁波仪器的基础上,增加倾斜或横向接收(发射)天线,可以实现地层方位的预测和判断,同时方位电磁波电阻率成像结果受相对井斜角、地层电导率对比以及地层地质构造的影响;利用方位电阻率成像以及定向信号成像结果可以预测和判断层界面、地层方位特征以及各向异性地层走向;幅度比电阻率成像效果优于相位差电阻率成像;在均匀各向异性介质中,线圈距和工作频率越大,视电阻率受垂向电阻率影响越大;线圈距越大,定向幅度信号越强,能预测的层界面的距离越大。     

1996年随钻测井和地层评价的新进展

１９９６年的新进展包括改进的电缆测井，多用途随钻测井，取芯和岩心分析新技术以及有效地的训练和学习方法，在地层评价，特别是随钻数据采集方面的最新进展是成本降低，操作高效，同时，地层数据质量提高，数量增多，在电缆测井方面，有短小又便宜的组合测井仪；增加了核磁测井，新型多频道阵列感应电阻测率测井仪，高分辨率方位测向侧井仪；改进的套管电阻率测井仪，新型套管井密度测井仪，高分辨率管脉冲中了孔隙率测井，增强井     

基于方位伽马的煤岩界面探测数值模拟研究

为满足随钻方位伽马地质导向钻进需求,通过数值模拟研究围岩厚度和吸收系数不同情况下伽马射线强度响应值。模拟分析伽马探测器在含放射性地层条件下,伽马测量值API反映空间物理特征的差异性。在此基础上,建立八扇区随钻方位伽马钻进煤、泥、灰岩3层地质模型,模拟钻进煤层顶底板识别过程。模拟结果表明:当岩层吸收系数由0.08变为0.10时伽马射线强度减小一半,伽马幅度变化能够反映钻进地层岩性,而上下伽马变化顺序能够指示穿越煤层顶板或底板及分界面所在位置;当小角度穿层时,探测器到钻头的距离分别为1、3、7 m时,能够监测前方钻进8、6、2 m地层物性的变化。顺层钻进模拟可为地质导向工程提供技术指导,提高钻进效率减少无效进尺。      

随钻脉冲中子-伽马密度测井响应数值模拟

随钻过程中采用D-T可控中子源和2个NaI晶体探测器系统,记录两个探测器的非弹性散射和俘获伽马射线,采用俘获伽马计数比值进行含氢指数校正后,建立非弹性散射伽马计数比和地层密度的响应关系,从而实现脉冲中子-伽马密度测井.利用蒙特卡罗方法模拟地层条件下非弹性散射和俘获伽马分布,得到非弹伽马计数与地层密度和含氢指数都有关,但近、远探测器俘获伽马计数比反映含氢指数灵敏度高,利用其对含氢指数校正后就可以得到非弹伽马计数与地层密度的关系;通过二元回归方法得出地层密度校正后的响应公式,校正后视密度和真密度值相差很小.研究结果表明,在随钻过程中利用脉冲中子伽马测井方法可以确定地层密度.      

矿用电磁随钻伽马测井仪标定与试验

为有效识别煤层及其顶底板,针对煤矿定向钻孔施工需求,开发了矿用电磁随钻伽马测井仪。通过自然伽马测井刻度获得仪器刻度系数,采用标准井测试及煤矿井下穿层孔试验,获得矿用电磁随钻伽马测井仪多种测量曲线。通过与标准井伽马曲线对比及穿层孔地质资料分析,验证了矿用电磁随钻伽马测井仪测量结果的准确性。山西伯方煤矿井下应用试验表明,矿用电磁随钻伽马测井仪在定向钻孔施工中不仅能进行钻孔轨迹测量同时可有效识别煤层顶底板界面,对于指导煤矿井下定向钻孔施工、提高目的层钻遇率具有重要意义。     

水平井煤岩界面方位电磁波测井仪器探测性能

煤岩界面的预先、精准识别是实现智能化开采,提高开采效率和降低成本的关键技术之一,方位电磁波测井已在石油测井岩性界面识别中获得较好效果,但对煤岩界面识别情况的研究较少。为了研究方位电磁波在煤田测井环境中的适用性和探测性能,使用一维广义反射系数法计算磁场分量,并使用快速Hankel变换加快积分计算速度,模拟线圈系组合方式、频率、源距、线圈系半径、电阻率对比度、发射电流和电阻率各向异性对煤田方位电磁波测井响应的影响。结果表明:方位电磁波测井仪器能够分辨煤岩界面,对煤岩界面识别具有较大的应用潜力。线圈系半径和发射电流主要影响仪器响应信号的大小;在一定电阻率对比度范围内,幅度比和相位差在界面附近的幅值随电阻率对比度增大而增大,高阻地层电阻率各向异性对幅度比和相位差影响较小;仪器发射频率、源距、电阻率对比度同时影响方位信号最大探边深度。      

随钻测井钻孔深度测量装置的设计

为了解决煤矿井下随钻测井缺少深度数据问题,研制了一种钻孔深度测量装置。该装置基于光电编码器设计,将钻杆的位移量转换成计数脉冲送入单片机计算,得到钻孔的实时深度数据,通过时间与测井数据相匹配,从而为随钻测井资料解释提供深度数据的支持。     

顺煤层钻进随钻方位电磁波顶底板探测影响因素

针对煤矿井下水平井钻探中顶底板界面探测精度差、效率低等问题,进行煤矿井下防爆型随钻方位电磁波测井仪方案设计。为适合井下煤层工作环境,通过正演模拟获得源距、发射频率、线圈安装角度等仪器参数对信号响应影响的变化规律。研究结果表明：随钻方位电磁波仪器接收信号强度随发射频率、线圈距、地层电阻率对比度的增大而增强;线圈安装倾角约为45°时,既满足接收信号灵敏性,也满足信号的强度;仪器最佳工作频段为100 kHz~1 MHz。通过随钻方位电磁波测井仪响应模拟研究,为适用于煤矿井下仪器的参数优化设计提供选择依据,掌握了煤岩顶底板界面响应变化规律,该仪器的应用将提高顶底板探测精度和探测效率。     

煤层水平井中随钻电磁波仪器影响因素分析及电阻率模拟计算

为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素,通过有限元数值模拟研究顶底板围岩电阻率、仪器偏心、煤层井眼垮塌和煤层厚度等因素对电阻率测量值的影响,分析高阻煤岩地层条件下幅度比和相位差计算的电阻率响应规律。在此基础上,建立三层地质数学模型,模拟不同发射频率情况下随钻电磁波仪器钻进煤层时,幅度比和相位差电阻率计算解析解和数值解的差异,以及煤层相对介电常数对幅度比和相位差计算的影响。模拟结果表明:幅度比和相位差计算的电阻率解析解和数值解符合度很高,但当电阻率大于100 Ω·m时,幅度比电阻率已经不能反映煤层的真实电阻率,所以在实际处理解释过程中用相位差电阻率要好些;高阻煤层不同发射频率情况下,电阻率数据主要对煤层电阻率敏感,对介电常数不敏感,只有在超高频时,介电常数才会对电磁波传播造成较大影响。      

煤矿井下电磁波无线随钻轨迹测量系统设计与应用

井下钻探是煤矿日常生产中获取地质资料及消除安全隐患的技术手段。而现阶段煤矿生产中施工的钻孔多不进行钻孔轨迹测量,造成地质资料误判、安全措施客观上不到位的情况时有发生。为根本解决这一问题,根据钻孔轨迹测量原理研发出基于航姿参考系统的电磁波无线随钻轨迹测量系统。该系统具有成本低、方便应用的特点,且能满足无线随钻测量的要求。井下实验证明,该系统可以高效地完成随钻钻孔轨迹测量,提高钻进效率。     

回转钻进随钻测斜仪的研制及应用

针对煤矿井下常规钻机回转钻进没有随钻轨迹测量装备的现状,研制了钻孔随钻测斜仪。该仪器主要由孔口显示控制器和轨迹记录探管两部分组成,可用于煤矿井下常规钻机回转钻进钻孔的轨迹测量,亦可测量钻孔的倾角、方位角和工具面向角等姿态参数,孔口显示控制器同步工作并记录钻孔的深度和测量时间。最终结果可通过数据处理软件计算和处理原始数据并在井下以数字和图形的方式显示出来,满足了煤矿井下常规钻机的回转钻进随钻测量需求。     

国产随钻测量定向钻进系统在汝箕沟煤矿的应用

采用我国自主研发的随钻测量定向钻进系统及钻孔轨迹设计与分析软件,结合宁夏汝箕沟煤矿巷道现场试验情况,对该系统的组成、性能、使用情况等作了总结;对随钻测量得到的钻孔轨迹参数进行了分析处理,为今后定向钻孔轨迹设计和实测轨迹分析提供了参考。结果表明,无论是系统还是软件,均能满足煤矿井下随钻测量要求。     

新型电磁随钻测量系统信道传输特性研究

电磁波随钻测量不受钻井液性质影响,因而优势得以突现,但其发展瓶颈在于信号传输距离短。论述了电磁波通道式MWD (measurement while drilling)传输装置信道计算的等效传输线法,分析了天线参数、激励源频率等参数的变化对检测电压的影响规律,并通过计算探讨了影响电磁波传输质量的因素。结果显示,地面检测电压随金属环长度增大而增大;温度是对电磁信号传输装置影响显著的一个参数,它能彻底改变电子元件的工作性能,使其丧失功能。因此,工程技术人员可利用等效传输线理论,合理地选择所用激励装置尺寸参数,从而达到优化天线尺寸的目的。     

矿井瞬变电磁法超前探测研究

本文通过实例介绍了矿井瞬变电磁法超前探测的基本原理及井下施工技术。实际应用表明,该方法对解决巷道掘进迎头方向的水害隐患及确保巷道安全是一种快捷、有效的勘查手段,可以为煤矿地质保障系统提供重要的技术依据。     

井间电磁波CT在煤矿采空区探测效果分析

内蒙古呼伦贝尔市某露天煤矿的主采煤层埋深在39~90 m,地下有许多地质资料不详的采空区,给露天开采剥离带来了巨大的安全隐患。为了查明地下采空区的具体位置和连通情况,利用跨孔电磁波CT法对采空区内部进行了详细探测,获得了真实可靠的地球物理数据。经分析,较完整岩层电磁波吸收系数在0.43~0.51 Nper/m之间,未充水的采空区电磁波吸收系数在0.29~0.41 Nper/m之间。根据采空区与围岩电磁波吸收系数的差异,绘制了采空区的形态解释成果图,经与钻孔资料对比,一致性较好。