定向鑽施工前用什麼呀儀器定位

⑴ 定向工具及儀器的應用現狀

1.液動螺桿鑽具的應用

液動螺桿是目前施工定向井中造斜段、穩斜段、水平鑽進段的常用鑽具。液動螺桿以鑽井液作為動力介質，底部輸出動力，推動鑽頭工作，這種方法的優點是鑽具可以不轉動，減少了井下鑽具磨損及鑽桿折斷事故，可精確控制井眼軌跡。

螺桿鑽具分為直螺桿、彎螺桿和可調螺桿3種，水平定向鑽進一般採用單彎螺桿鑽具鑽進，其角度有1°，1.25°，1.5°，1.75°等多種，可依據具體情況選用，並配合無磁鑽鋌和測斜儀器組成定向鑽具組合。通過液動鑽進方式實現增斜、降斜，通過復合鑽進方式穩斜，即達到連續鑽井目的，又可隨時調整井眼軌跡。

2.定向測斜儀的應用

定向鑽進主要控制的井身軌跡參數包括：井斜角、方位角、工具面和斜深。在鑽進過程中必須及時測得井眼軌跡參數。應用單點照相測斜儀，有線隨鑽測斜儀和無線隨鑽測斜儀可確定上述參數，水平對接井連通時，還需強磁連通工具。

（1）單點照相測斜儀

這類儀器在國內應用已很普遍，這類儀器在螺桿鑽具上部工作面方面設有定位座，單點照相測斜儀下到定位座位置時，在設定的時間內膠片曝光，膠片上留有該點的井斜角、方位角。適當轉動鑽具可實現工作面的調整，按設定井身軌跡鑽進。單點照相測斜儀操作簡單、性能穩定，但每次測量時需停鑽靜止等待，測出的軌跡不連續，適用於傾斜角不太大的定向井、叢式井施工。

（2）有線隨鑽測斜儀

此測斜儀通過電纜將信號從孔底輸到地表，此種方法傳輸信號衰減小，數據可靠，但需把測量探管的電纜從鑽桿中送入井底，在回次終了需提升儀器，需要專門的水龍頭和電纜絞車。有線隨鑽測斜儀實現了井身軌跡在鑽進時的連續測量，進而隨時控制鑽進軌跡。有線隨鑽儀器使用缺點在於每次加尺時需將探管提升和下放，影響作業時間，在水平段鑽進時，有時依靠鑽井液的沖力使探管下到井底。有線隨鑽適合於井斜較大、井身軌跡要求精度高的井，在地層穩定情況下，在水平段也有應用，但由於煤層的不穩定性，不適合在煤層中水平鑽進。

（3）泥漿脈沖無線隨鑽測斜儀———PMWD

PMWD系統（圖2－1）可將測量的井斜、方位、工具面、井深等數據通過泥漿脈沖介質傳遞到地面，還可在PMWD系統中按放伽馬探管進行隨鑽判層，這點在煤層氣水平鑽井中非常重要。

圖2－2 EM－MWD結構圖

兩井連通過程中採用的技術為近鑽頭電磁測距法———RMRS。RMRS技術的硬體構成報包括強磁短節和強磁探管。強磁短節的長度約為40cm，由橫行排列的多個強磁體組成。它主要用來提供一個恆定的待測磁場，電磁信號的有效傳播距離為40m。探管由3部分組成：扶正器、感測器組件、加重桿，其長度約為3m。當旋轉的強磁短節通過另一井洞穴附近區域時，洞穴中的探管可採集強磁短節產生的磁場強度信號，最後通過採集軟體可准確計算兩井間的距離及當前鑽頭的位置。RMRS必須與 MWD和螺桿馬達等配合使用，鑽具組合通常為：鑽頭＋強磁短節＋馬達＋無磁鑽鋌＋MWD＋鑽桿。目前強磁連通儀器國內無生產，依靠國外引進或國外提供租賃服務。

⑵ 頂管法、定向鑽進穿越技術、大斷面矩形通道掘進施工技術！

非開挖埋管施工技術，廣泛應用於頂管法、定向鑽進穿越技術和大斷面矩形通道掘進施工技術。這些技術的創新與應用，極大地提升了施工效率與質量，適應了復雜地質條件下的管道敷設需求。

頂管法在土層條件復雜的情況下，如松軟土層或富水松軟地層，能敷設管道。隨著技術進步，頂管法已能完成超大口徑、超長距離的工程。為維持超長距離頂進時的土壓平衡，新研發的施工技術通過智能調速、壓漿系統、測量系統等手段，使頂管機適應土壓變化，避免振動，提升施工效率和管道質量。

定向鑽進穿越技術通過設計穿越曲線，利用鑽機鑽孔、擴孔及回拖管線等步驟完成管道敷設。隨鑽測量系統與旋轉導向鑽進系統，解決鑽頭位置與孔底馬達壽命問題，保證施工精度與效率。

大斷面矩形地下通道掘進施工技術採用矩形隧道掘進機，實現快速、高效、低擾動的地下通道施工。通過精準控制掘進速度和螺旋輸送機轉速，保持土壓力平衡，確保施工過程平穩進行。此技術適應多種地質條件，具有高機械自動化程度和寬泛的應用范圍。

技術指標層面，頂管法優化螺旋機智能調速，通過自動控制壓漿量，提高施工效率；定向鑽進穿越技術採用無線傳輸儀器進行隨鑽測量，智能化操控，提升施工精度；大斷面矩形地下通道施工技術在保證防水性能的同時，滿足不同截面尺寸需求。

應用范圍廣泛，頂管法適用於各種土層的管道敷設，尤其適用於城區水污染治理、能源輸送、通信網路工程等；定向鑽進穿越技術適合砂土、粉土、粘性土等地質條件，廣泛應用於各類管線鋪設；大斷面矩形地下通道掘進施工技術適應各種粘性土、砂性土、粉質土及流砂地層，滿足城市地下工程的多樣化需求。

⑶ 如何解決水平定向鑽在施工中出現的問題及關鍵技術

自70年代初，在美國發展起來的受控水平定向鑽(HDD)，已在世界范圍內成為一種障礙物下鋪設管線的高效、可靠的方法。該技術獲得了不容置疑的技術與經濟成功，且具有十分積極的環保優勢。隨著我國經濟的發展，通訊、電能傳輸、石油工業、天然氣的開采及水利事業的突飛猛進，同時隨著城市高層建築及鐵路、公路、核電基礎和水利工程設施的不斷興建，地下工程建設和應用日益廣泛，非開挖施工技術在穿越公路、鐵路、建築物、河流以及在鬧市區、古跡保護區、農作物和植被保護區等條件下，進行供水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等管線的鋪設、更新和修復等方面的作用日益明顯。隨著非開挖技術在煤氣管線施工中應用越來越廣，出現的問題越來越多，對出現的問題從以下幾方面採用關鍵技術將其解決。

2 鑽機錨固

鑽機在施工中如錨固不好，鑽進拖管過程中發生事故的情況非常多。在鑽機錨固前，對錨固區域用儀器進行地下管線檢測，防止將錨桿打在地下管線上。合理鑽機錨固是順利完成鑽進及回拖管的前提，鑽機錨固能力反映了鑽機在鑽進和回拖施工時利用本身功率的能力。一台鑽機推力再大，鑽機在定向中發生了移動，也會導致鑽機無法按預定的計劃完成鑽進工作。在回拖管時，如錨固不好，鑽機移動，需進一步錨固，從而導致了管道有可能拖不動，進一步加大鑽機拖力，會出現鑽機的全部功率作用在鑽機機身上，容易發生設備破壞和人員傷亡。

3 信號接收

信號在鑽進過程中，由於地磁信號強(建築物、高架橋屏蔽作用)，使定向信號無法接收。依靠在信號消失之前的鑽進斜率與點數在鑽桿上作標記進行盲鑽，在盲鑽過程中，由鑽桿上的標記及計算鑽桿的斜率來完成造斜及整個鑽進，直至信號出現(例如泰安阿吉斯在施工過程盲鑽150m，直至收到信號，從而完成整個工程施工)。

4 鑽具選擇

鑽頭是定向的重要工具之一，對於不同的土層，採用不同的鑽頭，這樣才能防止卡鑽的出現。
(1)淤泥質粘土：必需採用較大的鑽頭，要想向前推進0．9m就實現鑽孔變向，狗腿度為10的鑽頭或大鑽頭。
(2)乾燥的軟粘土：採用中等尺寸鑽頭效果最佳。
(3)硬土層：較小的鑽頭效果最佳，要保證鑽頭至少比探頭外筒的尺寸大12．5mm。
(4)鈣質層：最小鑽頭效果最佳，採用特殊的切削破碎技術來實現鑽孔方向改變。
(5)糖粒砂：中等尺寸狗腿度鑽頭效果最佳，鑲焊硬質合金鑽頭耐磨性最好，鑽機的錨固和鑽進液是成敗的關鍵。
(6)砂質淤泥：中等到大尺寸鑽頭效果較好。有時需要高扭矩來驅動鑽頭。
(7)緻密砂層：小尺寸錐形鑽頭效果最好，但鑽頭的尺寸必須大於探頭外筒的尺寸，這種土質中，向前推進較難，可較快實現控向，鑽機錨固是鑽孔成功的關鍵。
(8)礫石層：鑲焊小尺寸硬質合金的鑽頭效果最佳，對於大顆粒卵石層，鑽進難度大，不過若卵石層間有足夠的膠結性土，鑽進還是可行的。在礫石層中，回擴難度最大。
(9)固結的岩層：使用孔內動力鑽具鑽進效果最佳。採用標准鑽頭鑽到硬質岩時，鑽機可在無明顯方向改變的條件下完成施工。

5 設計軌跡與穿越地層的合理選擇

水平定向鑽可承擔各類材質管線的穿越任務，鑽機性能的很好發揮，依賴於理想的地質條件和合理的軌跡設計，如果地質條件理想，穿越曲線位於粘土、亞粘土或淤泥等造漿能力好的地層，就可以適當加長穿越長度，而實際拖拉力不會增加太多，如果穿越曲線所在地層不理想時(流沙、鈣質層、礫石層)，就會降低穿越成功的可能性，甚至導向孔無法完成。
5．1地質要求
對穿越工程，必須先勘察穿越處的地質情況，不同地層(淤泥、粘土、亞粘土、粉土層、砂土、流沙穿越)，需選用不同的鑽具及其結構。
穿越段地質必須詳勘，一般按要求在穿越中心線兩邊各25m，沿中心線方向間距打勘察孔，復雜的地段勘察孔必須加密。穿越段地質勘探應提供以下參數，取樣深度、含水量、顆粒度、液性指數、塑性指數、液限、塑限、標貫擊數、承載力等、並提供水質報告，提供穿越地段地形圖和地質鑽探剖面圖供設計及施工單位參考。
5．2軌跡設計
根據鋪管設計標高、地層及地形情況，根據鑽桿曲率半徑、工作場地、地下管線分布情況，甲方圖紙來設計鋼管埋深，鋼管的彎曲曲率半徑，確定定向鑽進過程中鑽頭的頂角、方位角、工具面向角、計算出測定空間坐標，設計出定向鑽進的軌跡圖及對特殊地層、地段制訂特殊施工方案，並且要把常用和應急材料准備一定的庫存量，以防特殊情況的發生，保證施工各階段的順利進行。

6 導向孔工藝及卡鑽出現的解決方法

6．1導向鑽孔
採用射流輔助鑽進方式。導向孔鑽進是通過定向鑽的高壓泥漿射流沖蝕破碎旋轉切削成孔的，以15(斜面鑽頭來控制鑽頭方向。鑽頭內的發射器，發射鑽頭的位置、頂角、深度、鑽頭的溫度、面向角、發射器內電池的狀態等參數，這些參數由地面手提定位示蹤儀接收，供操作人員能及時准確確定鑽頭的具體位置、深度，並隨時通過鑽機調整鑽進參數，以控制鑽頭按設計軌跡鑽進。
6．2斜面糾偏
地面示蹤儀測量精度一般為3％～5％，測量深度為21m，當發現定向鑽進偏離設計軌跡時，通過調整鑽頭斜面的方向，進行造斜糾偏。糾偏不能太急，應按照鋼管的曲率半徑在幾根鑽桿內完成糾偏，不能在一根鑽桿內就完成所有糾偏工作，防止拖管過程中，出現拖不動的問題。
6．3卡鑽的出現及解決方法
在(礫石、糖粒砂、鈣質層)鑽進中，會出現卡鑽的現象。應及時調整泥漿配比，使用最大泥漿泵排量，與挖掘機配合，將鑽桿撤出卡鑽區。總結卡鑽出現的原因，調整泥漿配比，使用進口澎潤土，增加泥漿切力與粘度，使用扭矩大、推力大的鑽機及相匹配的鑽頭，完成導向孔的鑽進。

7 擴孔器及擴孔工藝

當先導孔鑽至出鑽區需用一個擴孔器來擴大鑽孔，以便安裝成品管線，一般將鑽孔擴大至成品管尺寸的1．2～1．5倍，擴孔器的拉力或推力一般要求為每毫米孔徑175．1N，根據成品管和鑽機的規格可採用多級擴孔。對於不同的地層，採用不同的擴孔器，這是保證回擴成孔的關鍵。
(1)快速切削型擴孔器：這種類型的擴孔器，對粘性大及砂土層較有效，但這種擴孔器無法破碎堅硬的岩石。
(2)拼合型鑽頭通孔器：它由剖開的牙輪錐形體製造，並將其焊接到金屬板和短的間接構件上。拼合型鑽頭通孔器是一種通用的，經濟的擴孔工具。易定做，有多種切削具類型和規格，製造時必須特別焊接、熱處理以及其他的保護措施，以免損壞後牙輪失落於孔內。
(3)錐形牙輪擴孔器：這種擴孔器現在廣泛應用，應用於除岩石以外，硬度在40MPa以內的各種地層。
(4)YO—YO型擴孔器：這種擴孔器非常適應於非開挖施工，它在岩石崩落的地層中可以向前或向後鑽進。這種平衡式的牙輪是穩定的，而且能夠自動跟蹤先導孔。大型牙輪和密封式軸承的應用延長了其在孔內的壽命。
擴孔工藝：是將導向孔孔徑擴大至所鋪設的管徑以上，減少鋪管時的阻力。

8 鑽井液性能與鑽孔、回拖的關系

定向鑽穿越施工，由於鑽孔處於地表(一般位於地表層以下3m～20m)，地質松軟，所以不易形成孔洞，鑽孔易塌方，這就要求所用泥漿的護壁性要好，泥餅質量高，控制失水性要好，以保證鑽機性能的很好發揮。由於地層結構不同所需泥漿性能也不相同。
泥漿作為鑽進沖洗液，使用優質的膨潤土和添加劑，嚴格按照比例經攪拌系統攪拌成泥漿注入洞內，具有潤滑鑽具、穩定孔壁、降低回轉扭矩和回拉力，降低拖管時鋼管和洞壁的摩擦系數、冷卻鑽頭和發射器、攜帶土屑、減少腐蝕、固孔護管等作用。
長距離穿越，泥漿的作用尤其重要，孔內缺少泥漿往往是鑽孔失敗的重要原因。保持整個過程中有反漿，對工程順利進行至關重要，為改善泥漿性能，需加入適量地添加劑來配製成不同性能的泥漿。純鹼，可增粘，增靜切力，調節pH值，投入純鹼量一般為鈉土量的2％。為成孔良好，增加孔內潤滑，可加入適量的Drispac。為提高泥漿攜帶土屑的能力，將孔內的土屑帶出，可在鑽孔過程中的某一段加入一定量的Flowzen，能夠達到很好的使用效果。
為了保證穿越工程的順利進行，切實保證泥漿的性能才能保證穿越管線的成功。
(1)認真研究地質構造圖，制定完善的的泥漿配比方案，並認真實施，對特殊地段應提前採取特殊措施，及時加入添加劑，調節好泥漿性能，盡量保證孔內狀況良好，形成良好的孔壁。
(2)在易塌方的地段，一方面改進泥漿的性能，另一方面，改變鑽孔和回拖工藝等，盡量縮短停鑽時間，加快鑽進速度，保證鑽孔不塌方。
(3)加強泥漿循環。停止鑽進時，仍要注入適量泥漿，保證孔內始終存在正壓，使泥漿把孔內切削物盡量多的攜帶出來，防止沉積於孔內。

9 在拖管過程中出現管拖不動的情況

拖管途中出現管道拖不動，應及時將鑽機移到管道入地端，與挖掘機配合，使拖力達到原來拖力的兩倍，將管道拖出地面。總結拖不動的原因，審查各個工程環節及相關保障措施，並加以改善，如採用更大的回擴頭、使用進口粘土和添加劑，更大動力的鑽機，完成穿越。

⑷ 設備、鑽具和儀器的選擇

根據地層條件和設計的孔徑、孔深等參數合理選擇設備、鑽具和儀器，要求它們必須滿足GB3836的相關規定。

一、定向鑽機

鑽機應選用具有主軸制動功能的煤礦井下用防爆坑道鑽機，選擇鑽機需滿足MT/T790、GB3836.1—2000及GB3836.2—2000的相關規定，不同孔深定向鑽進鑽機應滿足的主要參數及參考機型見表2-1。

表2-1 不同孔深定向鑽進鑽機應滿足的主要參數及參考機型

二、孔底馬達

煤礦井下定向鑽孔的施工一般選擇小直徑長壽命螺桿馬達，推薦使用73mm的螺桿馬達，其性能參數見表2-2。螺桿馬達彎角的大小根據鑽孔施工要求選擇。只有主孔而無分支的鑽孔，則推薦使用1°～1.25°彎角的螺桿馬達;如施工帶有分支孔的定向鑽孔，則推薦使用1.25°～1.5°彎角的螺桿馬達。

表2-2 推薦螺桿馬達參數

三、泥漿泵

根據鑽孔深度選擇泥漿泵，其泵壓、排量應滿足孔深、孔徑及孔底馬達的需要，不同孔深泥漿泵應滿足的主要參數及參考機型見表2-3。泥漿泵排量介於160～250L/min時φ73mm的孔底馬達工作效果最佳。

表2-3 不同孔深泥漿泵應滿足的主要參數及參考機型

四、隨鑽測量系統

為滿足鑽孔連續造斜的要求，需採用測量精度高、信號傳輸穩定、符合GB3836.1—2000、GB3836.2—2000及GB3836.4—2000要求的有線隨鑽測量系統。隨鑽測量系統應滿足的參數要求及參考型號見表2-4。

表2-4 推薦使用的隨鑽測量系統參數

為避免磁干擾影響測量精度，需採用通過螺紋連接的上無磁鑽桿、無磁測量外管和下無磁鑽桿。上、下無磁鑽桿長度≥3m;裝置測量探管的無磁測量外管長度根據井下儀器長度確定。如果孔底馬達的轉、定子為無磁材料，下無磁鑽桿的長度可以縮短到1m。

煤礦井下隨鑽測量信號的傳輸由中心通纜式鑽桿完成。鑽桿外管體的螺紋連接須牢固，密封可靠(耐壓10MPa)，並具備處理一定孔內事故的能力;內導體及插接式接頭連接和水密封應可靠(耐壓≥12MPa)，信號傳輸能力≥1000m。通纜式送水器要求水密封性能好(耐壓≥12MPa)，傳輸信號穩定。連接通纜式送水器和泥漿泵的高壓膠管耐壓能力不低於16MPa。定向鑽孔孔口須安裝氣水分離器，實現鑽進過程中氣、水、渣分離，並同步抽採煤層瓦斯。

⑸ 設備、鑽具和儀器要如何選擇

根據地層條件和設計的孔徑、孔深等參數合理選擇設備、鑽具和儀器，要求它們必須滿足GB3836的相關規定。

一、定向鑽機鑽機應選用具有主軸制動功能的煤礦井下用防爆坑道鑽機，選擇鑽機需滿足MT/T790、GB3836.1—2000及GB3836.2—2000的相關規定，不同孔深定向鑽進鑽機應滿足的主要參數及參考機型見表2-1。

表2-4 推薦使用的隨鑽測量系統參數為避免磁干擾影響測量精度，需採用通過螺紋連接的上無磁鑽桿、無磁測量外管和下無磁鑽桿。上、下無磁鑽桿長度≥3m;裝置測量探管的無磁測量外管長度根據井下儀器長度確定。如果孔底馬達的轉、定子為無磁材料，下無磁鑽桿的長度可以縮短到1m。

煤礦井下隨鑽測量信號的傳輸由中心通纜式鑽桿完成。鑽桿外管體的螺紋連接須牢固，密封可靠(耐壓10MPa)，並具備處理一定孔內事故的能力;內導體及插接式接頭連接和水密封應可靠(耐壓≥12MPa)，信號傳輸能力≥1000m。通纜式送水器要求水密封性能好(耐壓≥12MPa)，傳輸信號穩定。連接通纜式送水器和泥漿泵的高壓膠管耐壓能力不低於16MPa。定向鑽孔孔口須安裝氣水分離器，實現鑽進過程中氣、水、渣分離，並同步抽採煤層瓦斯。

⑹ 定向鑽的鑽頭里是不是有個陀螺儀

是的 您提問的應該是慣性陀螺儀定位技術定向鑽，這種定向鑽裝置的特點是：
1不需要作業人員於道路上使用器追蹤定位，對於交通影響較小，也降低交通事故的發生。
2定位方式與電磁波或磁場無關，無受干擾之慮。
3無深度限制、適用於所有埋管方式、可測量所有材質的管道，只要是空管，管道到哪裡，就可以測到那裡。
4.提供三維空間數位化格式資料以及三維空間圖形，可融入大部分的GIS（地理信息系統）系統，准確的XYZ坐標的同時，還可以清楚記錄管道內的影像。
5 所有資料，除入口點與出口點為了利用GPS等獲得資料之外，其餘所有資料皆由慣性定位儀自行運算獲得，並非人工計算，*人為誤差因素，並可進行重復驗證。
6校正准確度可達到500m只有15cm的誤差。
7儀器可測量管徑范圍從80cm~2000cm，但是慣性定位儀可以依照要求的管徑提供其專屬的型號，也就是說可以為客戶設計與製造專屬的慣性定位儀。
8操作方式簡易，易學，易懂，易上手。管道測量資料於測量後可以立即獲得。
9每一台儀器都有專屬的電腦，每台電腦均有專屬密碼保護，唯有透過資料線才能傳輸資料，資料保密性高。