針對鐵磁鉆具引入的附加干擾磁場會造成方位角測量誤差，提出了借助當(dāng)?shù)氐卮艌鰧Ψ轿唤钦`差進(jìn)行校正的方法。測試結(jié)果表明，相比于使用前、后無磁鉆具時方位角的測量結(jié)果，去掉測斜儀前后的無磁鉆具并采用該校正方法，仍可獲得高精度的方位角。該校正方法只需在軟件算法做改進(jìn)就可以使測斜儀鉆鋌拋掉配套的前、后無磁鉆具，在保證測量精度的同時大幅節(jié)約了儀器成本并拓寬了測斜儀的應(yīng)用。
煤礦井下瓦斯抽采孔、地質(zhì)勘查孔及探放水孔等各種措施孔都需要對鉆孔軌跡進(jìn)行準(zhǔn)確測量，以便為后續(xù)的生產(chǎn)作業(yè)提供指導(dǎo)。由于煤礦井下鉆孔多數(shù)為近水平鉆孔，構(gòu)成鉆孔軌跡的基本要素包括深度、方位角、傾角及工具面向角。對于普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)而言只需要確定方位角、傾角，而對于定向鉆進(jìn)需要確定方位角、傾角及工具面向角。
由于制造工藝及安裝誤差的原因，通常會來帶傳感器溫度漂移及傳感器與鉆具三軸不重合等誤差，如果不消除或抑制這些誤差則測量結(jié)果是不可信的。實(shí)際工作中常采用多位置標(biāo)定的方法將這些誤差加以補(bǔ)償。這種系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是成本低、測量精度較高，適合于大規(guī)模推廣應(yīng)用。其缺點(diǎn)是前后鉆具本身為鐵磁材料，必然引入干擾磁場，導(dǎo)致方位角測量產(chǎn)生較大誤差。為避免鉆具鐵磁材料的影響通常在測斜儀器的前端及后端各增加一段無磁鉆鋌(即前、后無磁鉆鋌)，無磁鉆鋌的長度依據(jù)方位角測量的精度來確定。無磁鉆鋌通常采用鈹銅或無磁不銹鋼，其材料成本和加工成本均很高、且使用不便?？紤]到測斜儀安裝在鉆頭之后的某兩節(jié)鉆桿之間，而鉆桿為均勻的空心圓柱體，即造成干擾磁場的磁性鉆桿是軸線對稱的且距離測斜儀器的測量傳感器較遠(yuǎn)，這樣可認(rèn)為其造成的干擾磁場為一個固定方向的磁場，其方向沿著鉆桿軸線，只要將這個固定方向的磁場大小估計出來在軟件中加以補(bǔ)償，則拋棄前、后無磁鉆鋌時并不影響測斜儀的測量精度。這對于降低測斜儀成本、簡化測斜儀的安裝及使用具有重要的意義。
上海昌吉測斜儀原理
基于磁強(qiáng)計和加速度計的測斜儀器通常沿著三個基本軸分別安裝三個加速度計和三個磁強(qiáng)計。當(dāng)測斜儀器穩(wěn)定時，三個加速度計測量沿著鉆鋌三個軸向的重力場分量，三個磁強(qiáng)計測量三個軸向的地磁場分量，經(jīng)過姿態(tài)解算，獲得測量的姿態(tài)信息包括方位角、傾角及工具面向角。方位角是鉆孔當(dāng)前點(diǎn)的切線在水平面的投影與磁北方向的夾角，反映鉆孔在水平面內(nèi)的當(dāng)前走向。傾角是鉆孔當(dāng)前點(diǎn)的切線與水平面之間的夾角，反映鉆孔當(dāng)前走向相對水平面的傾斜程度。工具面向角為鉆具的造斜方向與參考方向(通常鉆具橫截面 12 點(diǎn)鐘定義為 0°工具面向角)之間的夾角，反映了鉆具后續(xù)鉆進(jìn)的造斜方向。
在實(shí)際使用中，為了不影響地磁場的測量，基于磁強(qiáng)計和加速度計的測傳感器儀周圍不能有磁性材料的存在，故通常將測斜裝置安裝在一段無磁鉆鋌內(nèi)部。此外，為了減小或消除前、后的鋼制鉆具對無磁鉆鋌內(nèi)測斜裝置的影響，通常在無磁鉆鋌前后還需要再加裝一系列的無磁鉆具(前、后無磁鉆具長度均為 3 m 或 6 m)。煤礦井下由于特殊的工況環(huán)境，對于無磁鉆具的材料選擇具有很大局限性。目前，只能采用鈹銅或無磁不銹鋼作為無磁鉆具的材料，不論鈹銅或無磁不銹鋼，其材料成本昂貴、加工難度大且由于強(qiáng)度不如鋼制鉆具導(dǎo)致測量裝置及前端的鉆具存在掉鉆的安全隱患。如果能在保證測量精度的前提下，拋掉前、后的無磁鉆具，則既提高了儀器裝置在孔內(nèi)測量的安全性，又節(jié)約了前、后無磁鉆具的成本?；谶@一目的，本文提出了借助于當(dāng)?shù)氐卮艌鲂畔Ψ轿唤菧y量結(jié)果進(jìn)行校正，以消除或減小鐵磁鉆具對方位角測量的影響。這種校正方法的應(yīng)用基礎(chǔ)是認(rèn)為鐵磁鉆具造成的干擾磁場具有特定的方向性，即僅僅沿著鉆具軸線方向，而在其他方向沒有分量。
結(jié)論
(1) 基于地磁場和地球重力場的測量方法是煤礦井下各種鉆孔測斜儀(隨鉆測斜系統(tǒng)、存儲式軌跡測量儀)開發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)，本文介紹了該測量方法的原理，推導(dǎo)了鉆孔測斜中三個姿態(tài)角的解算公式。
(2) 影響測斜儀測量精度的因素很多，本文介紹了主要的誤差源：器件誤差、 安裝誤差及磁羅差，并對各種誤差補(bǔ)償方法做了相應(yīng)的說明。
(3) 針對鐵磁鉆具(鉆桿)造成的干擾磁場對方位角測量的影響，建立誤差補(bǔ)償模型，提出方位角校正算法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以有效去除該干擾磁場的影響，提高儀器測量精度。
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