定向钻施工前用什么呀仪器定位

⑴ 定向工具及仪器的应用现状

1.液动螺杆钻具的应用

液动螺杆是目前施工定向井中造斜段、稳斜段、水平钻进段的常用钻具。液动螺杆以钻井液作为动力介质，底部输出动力，推动钻头工作，这种方法的优点是钻具可以不转动，减少了井下钻具磨损及钻杆折断事故，可精确控制井眼轨迹。

螺杆钻具分为直螺杆、弯螺杆和可调螺杆3种，水平定向钻进一般采用单弯螺杆钻具钻进，其角度有1°，1.25°，1.5°，1.75°等多种，可依据具体情况选用，并配合无磁钻铤和测斜仪器组成定向钻具组合。通过液动钻进方式实现增斜、降斜，通过复合钻进方式稳斜，即达到连续钻井目的，又可随时调整井眼轨迹。

2.定向测斜仪的应用

定向钻进主要控制的井身轨迹参数包括：井斜角、方位角、工具面和斜深。在钻进过程中必须及时测得井眼轨迹参数。应用单点照相测斜仪，有线随钻测斜仪和无线随钻测斜仪可确定上述参数，水平对接井连通时，还需强磁连通工具。

（1）单点照相测斜仪

这类仪器在国内应用已很普遍，这类仪器在螺杆钻具上部工作面方面设有定位座，单点照相测斜仪下到定位座位置时，在设定的时间内胶片曝光，胶片上留有该点的井斜角、方位角。适当转动钻具可实现工作面的调整，按设定井身轨迹钻进。单点照相测斜仪操作简单、性能稳定，但每次测量时需停钻静止等待，测出的轨迹不连续，适用于倾斜角不太大的定向井、丛式井施工。

（2）有线随钻测斜仪

此测斜仪通过电缆将信号从孔底输到地表，此种方法传输信号衰减小，数据可靠，但需把测量探管的电缆从钻杆中送入井底，在回次终了需提升仪器，需要专门的水龙头和电缆绞车。有线随钻测斜仪实现了井身轨迹在钻进时的连续测量，进而随时控制钻进轨迹。有线随钻仪器使用缺点在于每次加尺时需将探管提升和下放，影响作业时间，在水平段钻进时，有时依靠钻井液的冲力使探管下到井底。有线随钻适合于井斜较大、井身轨迹要求精度高的井，在地层稳定情况下，在水平段也有应用，但由于煤层的不稳定性，不适合在煤层中水平钻进。

（3）泥浆脉冲无线随钻测斜仪———PMWD

PMWD系统（图2－1）可将测量的井斜、方位、工具面、井深等数据通过泥浆脉冲介质传递到地面，还可在PMWD系统中按放伽马探管进行随钻判层，这点在煤层气水平钻井中非常重要。

图2－2 EM－MWD结构图

两井连通过程中采用的技术为近钻头电磁测距法———RMRS。RMRS技术的硬件构成报包括强磁短节和强磁探管。强磁短节的长度约为40cm，由横行排列的多个强磁体组成。它主要用来提供一个恒定的待测磁场，电磁信号的有效传播距离为40m。探管由3部分组成：扶正器、传感器组件、加重杆，其长度约为3m。当旋转的强磁短节通过另一井洞穴附近区域时，洞穴中的探管可采集强磁短节产生的磁场强度信号，最后通过采集软件可准确计算两井间的距离及当前钻头的位置。RMRS必须与 MWD和螺杆马达等配合使用，钻具组合通常为：钻头＋强磁短节＋马达＋无磁钻铤＋MWD＋钻杆。目前强磁连通仪器国内无生产，依靠国外引进或国外提供租赁服务。

⑵ 顶管法、定向钻进穿越技术、大断面矩形通道掘进施工技术！

非开挖埋管施工技术，广泛应用于顶管法、定向钻进穿越技术和大断面矩形通道掘进施工技术。这些技术的创新与应用，极大地提升了施工效率与质量，适应了复杂地质条件下的管道敷设需求。

顶管法在土层条件复杂的情况下，如松软土层或富水松软地层，能敷设管道。随着技术进步，顶管法已能完成超大口径、超长距离的工程。为维持超长距离顶进时的土压平衡，新研发的施工技术通过智能调速、压浆系统、测量系统等手段，使顶管机适应土压变化，避免振动，提升施工效率和管道质量。

定向钻进穿越技术通过设计穿越曲线，利用钻机钻孔、扩孔及回拖管线等步骤完成管道敷设。随钻测量系统与旋转导向钻进系统，解决钻头位置与孔底马达寿命问题，保证施工精度与效率。

大断面矩形地下通道掘进施工技术采用矩形隧道掘进机，实现快速、高效、低扰动的地下通道施工。通过精准控制掘进速度和螺旋输送机转速，保持土压力平衡，确保施工过程平稳进行。此技术适应多种地质条件，具有高机械自动化程度和宽泛的应用范围。

技术指标层面，顶管法优化螺旋机智能调速，通过自动控制压浆量，提高施工效率；定向钻进穿越技术采用无线传输仪器进行随钻测量，智能化操控，提升施工精度；大断面矩形地下通道施工技术在保证防水性能的同时，满足不同截面尺寸需求。

应用范围广泛，顶管法适用于各种土层的管道敷设，尤其适用于城区水污染治理、能源输送、通信网络工程等；定向钻进穿越技术适合砂土、粉土、粘性土等地质条件，广泛应用于各类管线铺设；大断面矩形地下通道掘进施工技术适应各种粘性土、砂性土、粉质土及流砂地层，满足城市地下工程的多样化需求。

⑶ 如何解决水平定向钻在施工中出现的问题及关键技术

自70年代初，在美国发展起来的受控水平定向钻(HDD)，已在世界范围内成为一种障碍物下铺设管线的高效、可靠的方法。该技术获得了不容置疑的技术与经济成功，且具有十分积极的环保优势。随着我国经济的发展，通讯、电能传输、石油工业、天然气的开采及水利事业的突飞猛进，同时随着城市高层建筑及铁路、公路、核电基础和水利工程设施的不断兴建，地下工程建设和应用日益广泛，非开挖施工技术在穿越公路、铁路、建筑物、河流以及在闹市区、古迹保护区、农作物和植被保护区等条件下，进行供水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等管线的铺设、更新和修复等方面的作用日益明显。随着非开挖技术在煤气管线施工中应用越来越广，出现的问题越来越多，对出现的问题从以下几方面采用关键技术将其解决。

2 钻机锚固

钻机在施工中如锚固不好，钻进拖管过程中发生事故的情况非常多。在钻机锚固前，对锚固区域用仪器进行地下管线检测，防止将锚杆打在地下管线上。合理钻机锚固是顺利完成钻进及回拖管的前提，钻机锚固能力反映了钻机在钻进和回拖施工时利用本身功率的能力。一台钻机推力再大，钻机在定向中发生了移动，也会导致钻机无法按预定的计划完成钻进工作。在回拖管时，如锚固不好，钻机移动，需进一步锚固，从而导致了管道有可能拖不动，进一步加大钻机拖力，会出现钻机的全部功率作用在钻机机身上，容易发生设备破坏和人员伤亡。

3 信号接收

信号在钻进过程中，由于地磁信号强(建筑物、高架桥屏蔽作用)，使定向信号无法接收。依靠在信号消失之前的钻进斜率与点数在钻杆上作标记进行盲钻，在盲钻过程中，由钻杆上的标记及计算钻杆的斜率来完成造斜及整个钻进，直至信号出现(例如泰安阿吉斯在施工过程盲钻150m，直至收到信号，从而完成整个工程施工)。

4 钻具选择

钻头是定向的重要工具之一，对于不同的土层，采用不同的钻头，这样才能防止卡钻的出现。
(1)淤泥质粘土：必需采用较大的钻头，要想向前推进0．9m就实现钻孔变向，狗腿度为10的钻头或大钻头。
(2)干燥的软粘土：采用中等尺寸钻头效果最佳。
(3)硬土层：较小的钻头效果最佳，要保证钻头至少比探头外筒的尺寸大12．5mm。
(4)钙质层：最小钻头效果最佳，采用特殊的切削破碎技术来实现钻孔方向改变。
(5)糖粒砂：中等尺寸狗腿度钻头效果最佳，镶焊硬质合金钻头耐磨性最好，钻机的锚固和钻进液是成败的关键。
(6)砂质淤泥：中等到大尺寸钻头效果较好。有时需要高扭矩来驱动钻头。
(7)致密砂层：小尺寸锥形钻头效果最好，但钻头的尺寸必须大于探头外筒的尺寸，这种土质中，向前推进较难，可较快实现控向，钻机锚固是钻孔成功的关键。
(8)砾石层：镶焊小尺寸硬质合金的钻头效果最佳，对于大颗粒卵石层，钻进难度大，不过若卵石层间有足够的胶结性土，钻进还是可行的。在砾石层中，回扩难度最大。
(9)固结的岩层：使用孔内动力钻具钻进效果最佳。采用标准钻头钻到硬质岩时，钻机可在无明显方向改变的条件下完成施工。

5 设计轨迹与穿越地层的合理选择

水平定向钻可承担各类材质管线的穿越任务，钻机性能的很好发挥，依赖于理想的地质条件和合理的轨迹设计，如果地质条件理想，穿越曲线位于粘土、亚粘土或淤泥等造浆能力好的地层，就可以适当加长穿越长度，而实际拖拉力不会增加太多，如果穿越曲线所在地层不理想时(流沙、钙质层、砾石层)，就会降低穿越成功的可能性，甚至导向孔无法完成。
5．1地质要求
对穿越工程，必须先勘察穿越处的地质情况，不同地层(淤泥、粘土、亚粘土、粉土层、砂土、流沙穿越)，需选用不同的钻具及其结构。
穿越段地质必须详勘，一般按要求在穿越中心线两边各25m，沿中心线方向间距打勘察孔，复杂的地段勘察孔必须加密。穿越段地质勘探应提供以下参数，取样深度、含水量、颗粒度、液性指数、塑性指数、液限、塑限、标贯击数、承载力等、并提供水质报告，提供穿越地段地形图和地质钻探剖面图供设计及施工单位参考。
5．2轨迹设计
根据铺管设计标高、地层及地形情况，根据钻杆曲率半径、工作场地、地下管线分布情况，甲方图纸来设计钢管埋深，钢管的弯曲曲率半径，确定定向钻进过程中钻头的顶角、方位角、工具面向角、计算出测定空间坐标，设计出定向钻进的轨迹图及对特殊地层、地段制订特殊施工方案，并且要把常用和应急材料准备一定的库存量，以防特殊情况的发生，保证施工各阶段的顺利进行。

6 导向孔工艺及卡钻出现的解决方法

6．1导向钻孔
采用射流辅助钻进方式。导向孔钻进是通过定向钻的高压泥浆射流冲蚀破碎旋转切削成孔的，以15(斜面钻头来控制钻头方向。钻头内的发射器，发射钻头的位置、顶角、深度、钻头的温度、面向角、发射器内电池的状态等参数，这些参数由地面手提定位示踪仪接收，供操作人员能及时准确确定钻头的具体位置、深度，并随时通过钻机调整钻进参数，以控制钻头按设计轨迹钻进。
6．2斜面纠偏
地面示踪仪测量精度一般为3％～5％，测量深度为21m，当发现定向钻进偏离设计轨迹时，通过调整钻头斜面的方向，进行造斜纠偏。纠偏不能太急，应按照钢管的曲率半径在几根钻杆内完成纠偏，不能在一根钻杆内就完成所有纠偏工作，防止拖管过程中，出现拖不动的问题。
6．3卡钻的出现及解决方法
在(砾石、糖粒砂、钙质层)钻进中，会出现卡钻的现象。应及时调整泥浆配比，使用最大泥浆泵排量，与挖掘机配合，将钻杆撤出卡钻区。总结卡钻出现的原因，调整泥浆配比，使用进口澎润土，增加泥浆切力与粘度，使用扭矩大、推力大的钻机及相匹配的钻头，完成导向孔的钻进。

7 扩孔器及扩孔工艺

当先导孔钻至出钻区需用一个扩孔器来扩大钻孔，以便安装成品管线，一般将钻孔扩大至成品管尺寸的1．2～1．5倍，扩孔器的拉力或推力一般要求为每毫米孔径175．1N，根据成品管和钻机的规格可采用多级扩孔。对于不同的地层，采用不同的扩孔器，这是保证回扩成孔的关键。
(1)快速切削型扩孔器：这种类型的扩孔器，对粘性大及砂土层较有效，但这种扩孔器无法破碎坚硬的岩石。
(2)拼合型钻头通孔器：它由剖开的牙轮锥形体制造，并将其焊接到金属板和短的间接构件上。拼合型钻头通孔器是一种通用的，经济的扩孔工具。易定做，有多种切削具类型和规格，制造时必须特别焊接、热处理以及其他的保护措施，以免损坏后牙轮失落于孔内。
(3)锥形牙轮扩孔器：这种扩孔器现在广泛应用，应用于除岩石以外，硬度在40MPa以内的各种地层。
(4)YO—YO型扩孔器：这种扩孔器非常适应于非开挖施工，它在岩石崩落的地层中可以向前或向后钻进。这种平衡式的牙轮是稳定的，而且能够自动跟踪先导孔。大型牙轮和密封式轴承的应用延长了其在孔内的寿命。
扩孔工艺：是将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上，减少铺管时的阻力。

8 钻井液性能与钻孔、回拖的关系

定向钻穿越施工，由于钻孔处于地表(一般位于地表层以下3m～20m)，地质松软，所以不易形成孔洞，钻孔易塌方，这就要求所用泥浆的护壁性要好，泥饼质量高，控制失水性要好，以保证钻机性能的很好发挥。由于地层结构不同所需泥浆性能也不相同。
泥浆作为钻进冲洗液，使用优质的膨润土和添加剂，严格按照比例经搅拌系统搅拌成泥浆注入洞内，具有润滑钻具、稳定孔壁、降低回转扭矩和回拉力，降低拖管时钢管和洞壁的摩擦系数、冷却钻头和发射器、携带土屑、减少腐蚀、固孔护管等作用。
长距离穿越，泥浆的作用尤其重要，孔内缺少泥浆往往是钻孔失败的重要原因。保持整个过程中有反浆，对工程顺利进行至关重要，为改善泥浆性能，需加入适量地添加剂来配制成不同性能的泥浆。纯碱，可增粘，增静切力，调节pH值，投入纯碱量一般为钠土量的2％。为成孔良好，增加孔内润滑，可加入适量的Drispac。为提高泥浆携带土屑的能力，将孔内的土屑带出，可在钻孔过程中的某一段加入一定量的Flowzen，能够达到很好的使用效果。
为了保证穿越工程的顺利进行，切实保证泥浆的性能才能保证穿越管线的成功。
(1)认真研究地质构造图，制定完善的的泥浆配比方案，并认真实施，对特殊地段应提前采取特殊措施，及时加入添加剂，调节好泥浆性能，尽量保证孔内状况良好，形成良好的孔壁。
(2)在易塌方的地段，一方面改进泥浆的性能，另一方面，改变钻孔和回拖工艺等，尽量缩短停钻时间，加快钻进速度，保证钻孔不塌方。
(3)加强泥浆循环。停止钻进时，仍要注入适量泥浆，保证孔内始终存在正压，使泥浆把孔内切削物尽量多的携带出来，防止沉积于孔内。

9 在拖管过程中出现管拖不动的情况

拖管途中出现管道拖不动，应及时将钻机移到管道入地端，与挖掘机配合，使拖力达到原来拖力的两倍，将管道拖出地面。总结拖不动的原因，审查各个工程环节及相关保障措施，并加以改善，如采用更大的回扩头、使用进口粘土和添加剂，更大动力的钻机，完成穿越。

⑷ 设备、钻具和仪器的选择

根据地层条件和设计的孔径、孔深等参数合理选择设备、钻具和仪器，要求它们必须满足GB3836的相关规定。

一、定向钻机

钻机应选用具有主轴制动功能的煤矿井下用防爆坑道钻机，选择钻机需满足MT/T790、GB3836.1—2000及GB3836.2—2000的相关规定，不同孔深定向钻进钻机应满足的主要参数及参考机型见表2-1。

表2-1 不同孔深定向钻进钻机应满足的主要参数及参考机型

二、孔底马达

煤矿井下定向钻孔的施工一般选择小直径长寿命螺杆马达，推荐使用73mm的螺杆马达，其性能参数见表2-2。螺杆马达弯角的大小根据钻孔施工要求选择。只有主孔而无分支的钻孔，则推荐使用1°～1.25°弯角的螺杆马达;如施工带有分支孔的定向钻孔，则推荐使用1.25°～1.5°弯角的螺杆马达。

表2-2 推荐螺杆马达参数

三、泥浆泵

根据钻孔深度选择泥浆泵，其泵压、排量应满足孔深、孔径及孔底马达的需要，不同孔深泥浆泵应满足的主要参数及参考机型见表2-3。泥浆泵排量介于160～250L/min时φ73mm的孔底马达工作效果最佳。

表2-3 不同孔深泥浆泵应满足的主要参数及参考机型

四、随钻测量系统

为满足钻孔连续造斜的要求，需采用测量精度高、信号传输稳定、符合GB3836.1—2000、GB3836.2—2000及GB3836.4—2000要求的有线随钻测量系统。随钻测量系统应满足的参数要求及参考型号见表2-4。

表2-4 推荐使用的随钻测量系统参数

为避免磁干扰影响测量精度，需采用通过螺纹连接的上无磁钻杆、无磁测量外管和下无磁钻杆。上、下无磁钻杆长度≥3m;装置测量探管的无磁测量外管长度根据井下仪器长度确定。如果孔底马达的转、定子为无磁材料，下无磁钻杆的长度可以缩短到1m。

煤矿井下随钻测量信号的传输由中心通缆式钻杆完成。钻杆外管体的螺纹连接须牢固，密封可靠(耐压10MPa)，并具备处理一定孔内事故的能力;内导体及插接式接头连接和水密封应可靠(耐压≥12MPa)，信号传输能力≥1000m。通缆式送水器要求水密封性能好(耐压≥12MPa)，传输信号稳定。连接通缆式送水器和泥浆泵的高压胶管耐压能力不低于16MPa。定向钻孔孔口须安装气水分离器，实现钻进过程中气、水、渣分离，并同步抽采煤层瓦斯。

⑸ 设备、钻具和仪器要如何选择

根据地层条件和设计的孔径、孔深等参数合理选择设备、钻具和仪器，要求它们必须满足GB3836的相关规定。

一、定向钻机钻机应选用具有主轴制动功能的煤矿井下用防爆坑道钻机，选择钻机需满足MT/T790、GB3836.1—2000及GB3836.2—2000的相关规定，不同孔深定向钻进钻机应满足的主要参数及参考机型见表2-1。

表2-4 推荐使用的随钻测量系统参数为避免磁干扰影响测量精度，需采用通过螺纹连接的上无磁钻杆、无磁测量外管和下无磁钻杆。上、下无磁钻杆长度≥3m;装置测量探管的无磁测量外管长度根据井下仪器长度确定。如果孔底马达的转、定子为无磁材料，下无磁钻杆的长度可以缩短到1m。

煤矿井下随钻测量信号的传输由中心通缆式钻杆完成。钻杆外管体的螺纹连接须牢固，密封可靠(耐压10MPa)，并具备处理一定孔内事故的能力;内导体及插接式接头连接和水密封应可靠(耐压≥12MPa)，信号传输能力≥1000m。通缆式送水器要求水密封性能好(耐压≥12MPa)，传输信号稳定。连接通缆式送水器和泥浆泵的高压胶管耐压能力不低于16MPa。定向钻孔孔口须安装气水分离器，实现钻进过程中气、水、渣分离，并同步抽采煤层瓦斯。

⑹ 定向钻的钻头里是不是有个陀螺仪

是的 您提问的应该是惯性陀螺仪定位技术定向钻，这种定向钻装置的特点是：
1不需要作业人员于道路上使用器追踪定位，对于交通影响较小，也降低交通事故的发生。
2定位方式与电磁波或磁场无关，无受干扰之虑。
3无深度限制、适用于所有埋管方式、可测量所有材质的管道，只要是空管，管道到哪里，就可以测到那里。
4.提供三维空间数位化格式资料以及三维空间图形，可融入大部分的GIS（地理信息系统）系统，准确的XYZ坐标的同时，还可以清楚记录管道内的影像。
5 所有资料，除入口点与出口点为了利用GPS等获得资料之外，其余所有资料皆由惯性定位仪自行运算获得，并非人工计算，*人为误差因素，并可进行重复验证。
6校正准确度可达到500m只有15cm的误差。
7仪器可测量管径范围从80cm~2000cm，但是惯性定位仪可以依照要求的管径提供其专属的型号，也就是说可以为客户设计与制造专属的惯性定位仪。
8操作方式简易，易学，易懂，易上手。管道测量资料于测量后可以立即获得。
9每一台仪器都有专属的电脑，每台电脑均有专属密码保护，唯有透过资料线才能传输资料，资料保密性高。