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提高鉆井軌跡參數測量精度的措施

準確的測量數據是計算鉆井軌跡空間位置的基礎。由於儀器和操作者自身的原因以及井眼環境的影響,測量結果往往與真實情況不同,這就是測量誤差。施工時應采取措施,保證測量誤差在允許範圍內。

(壹)減少儀器測量誤差

誤差理論將測量誤差分為三類:系統誤差、隨機誤差和異常誤差,它們都是可以消除或減小的。

1.系統誤差及其消除方法

測量儀器的系統誤差是指儀器出廠時的總誤差範圍,即儀器的測量精度。加工、裝配、運輸、使用環境等因素都會影響儀器的測量誤差。

消除系統誤差的方法是將儀器放在校準臺上,通過在360°範圍內反復測量不同頂角和不同方位角的誤差值,找出儀器系統的誤差範圍和規律,然後用表面儀器讀數補償或求其修正值的方法消除。

2.隨機誤差及其消除方法

受鉆井測量環境(溫度、直徑、鉆井軌跡形狀等)等因素影響。)和人為操作技巧,同壹點上測量值的波動引起的誤差稱為隨機誤差。消除隨機誤差的主要方法是在同壹測量點進行多次測量。測量值的波動越大,重復測量就越多。測量誤差的置信區間由算術平均或數理統計得到,以減少鉆孔測量中的隨機誤差。

3.異常誤差及其消除方法

異常錯誤是重大錯誤,如儀器故障(絕緣不良、鉆孔中的沖擊損壞等。)和人為錯誤,導致讀數重復和不規則。應找出原因,並從統計數據中剔除。

4.減小鉆井軌跡參數測量誤差的其他方法

1)在保證孔內測量安全的前提下,減小測量儀器與鉆孔之間的環形間隙;有條件時,應在測量儀器上下安裝扶正器,確保儀器軸線與鉆孔壹致。

2)適當增加井下儀器探管長度,短儀器加長桿,輕探管加配重管。

3)將磁性測量儀器放置在非磁性鉆桿內,或在測量時提起繩索取心鉆桿,使儀器露出鉆頭壹定距離(壹般5m以上),以避免鐵磁性物質的影響。

4)在條件允許的情況下,儀器在下放和提升過程中測量壹次,然後取兩組數據的平均值。對於精度要求高的鉆孔,可以選擇兩臺或多臺儀器進行對比測量,分析測量數據的可靠性。如果結果在允許誤差範圍內,則取測量精度高的測量值或取平均值。

(2)合理選擇鉆孔測量間距

井眼測量間距也是影響井眼軌跡測量精度的壹個指標。如表7-4和表7-5所列,距離越近,誤差越小。特別是受控定向孔和自然彎曲嚴重的鉆孔的施工應更緊密地間隔開,以提高鉆孔軌跡的控制精度。

表7-4 NLSD-1孔斜位及斜位校正孔段50m間距測斜參數及坐標計算表

表7-5 NLSD-1斜孔及斜孔校正段10m間距斜孔參數及坐標計算表

如NLSD-1孔800 ~ 1000 m傾斜和校正斷面,用KXP-2測斜儀測量,分別測得50m和10m的距離,計算並比較坐標(表7-6)。200米井段X、Y、Z坐標累計誤差差分別為0.269米、0.246米、0.063米。結果表明,斜井段或校正井段的測量距離越大,鉆井軌跡的坐標誤差越大;當各測點總彎曲角變化較大時,距離測量越小,鉆井軌跡坐標誤差越小,反之亦然。在全彎曲角變化不大的井段,測距大小對鉆井軌跡坐標誤差影響不大。

表7-6測量間距分別為10m和50m時對應孔深的累積坐標誤差差。

(3)提高小頂點鉆井方位測量精度的措施。

根據規範要求,當垂直鉆孔頂角≤5°時,可以不測量方位角。因此,在垂直孔施工中,只測量孔的小頂角,沒有方位角,無法確定孔軌跡的方向,只能靠地質人員主觀推斷。這對淺孔影響不大,但對深孔會有明顯影響。

如果設計壹個深度為1000米的垂直井眼,並且最終井眼為5,斜率為0.5/100米,則最終井眼軌跡的水平偏差約為43.6米..如果3000m鉆孔最後壹個孔的頂角為5°(假設方位角不變,僅頂角變化0.17/100m),則水平偏移約為133.3m,這也是地質學家制作鉆井軌跡水平投影圖的難題。在礦區普查中,只有多孔才能推斷出礦體的真實形態。經驗表明,壹些急傾斜礦體和特殊形狀礦體經詳查勘探核實的產狀和空間形態與探礦階段獲得的地質資料有較大差異,這與探礦階段的測斜方法和精度密切相關。

針對這壹問題,我們做了大量的實驗研究工作。在相同條件下,用常規測斜儀測量頂角為0.3° ~ 5°的鉆孔方位角,探索誤差範圍和規律。每次在同壹點測量多次(≥30次),在表面標定平臺上用同壹點參數進行驗證,得到平均差值。結果如下:當鉆孔頂角為0.3 ≤ θ≤ 1時,方位角誤差δα≤15;當1 < θ≤ 5時,δα≤4;當θ> 5°時,δ α ≤ 2,如圖7-15。利用這壹規律,在幾個普查礦區的垂直孔施工中,我們還測出了鉆孔頂角θ≥0.3°時的方位角,提供給地質人員。礦區勘探資料分析表明,鉆孔測斜儀精度高,多孔資料相互驗證揭示的礦體產狀和空間形態更加準確,使地質布孔更加科學,降低了礦區勘探成本。

圖7-15鉆孔小頂角測斜儀方位誤差範圍

a——鉆孔的實際方位;BC——方位誤差範圍

在礦山工程孔的施工中,該方法也取得了較高的測量精度。近年來,我們在安徽省霍邱鐵礦吳集礦區和曹樓礦區先後施工了6組12尾礦充填孔,總工作量2520.20米,平均孔深210米,實測最大偏差率0.49%,最大水平偏差1.11米..對於這些小角度鉆孔,我們選用KXP-1便攜式鉆孔測斜儀和STL-1GW陀螺儀,通過多次在同壹點測量平均,提供鉆孔方位,獲得鉆孔參數。各孔終孔實測參數坐標計算結果見表7-7。

表7-7填孔施工實際鉆孔坐標計算結果

註:表中鉆孔的實際坐標δZ應加上開口處的絕對標高。表中,θ和α為鉆孔最終孔的頂角和方位角,δ x、δ y和δ z為坐標的實際增量,∑S為鉆孔的最大水平偏差。

12鉆孔由礦山根據實測值計算出的坐標在井下巷道中開挖,準確找到了實際鉆孔的孔底,最大誤差僅為0.3m,說明在頂角較小的情況下,利用常規測斜儀對同壹點進行多次測量,剔除異常值,用算術平均法求得方位角值,可以提高鉆孔坐標測量的精度。

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