微硅加速度计在定向钻进角度测量中的应用

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1、国防科技大学学报第26卷第2期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVoI.26No.22004文章编号：1001-248（62004）02-0075-04微硅加速度计在定向钻进角度测量中的应用!徐涛，罗武胜，吕海宝，董文娟（国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073）摘要：针对地下定向钻进角度测量的特殊要求，提出了用一个单轴和双轴微硅加速度计测量地下钻头倾角和面向角的方法，组建了角度测量系统，给出温度补偿措施及相应的实验结果。结果表明，系统不仅具有体积小、成本低等

2、优点，而且系统精度优于1C，非常适合地下钻进测量。关键词：加速度计；定向钻；倾角；面向角；温度补偿中图分类号：TH824+.4文献标识码：AApplicationinAnglesMeasurementforDirectionalDrillingwithMicromachinedPolysiliconAccelerometersXUTao，LUOWu-sheng，LUHai-bao，DONGWen-juan（CoIIegeofMechatronicsEngineeringandAutomation，NationaIUniv.ofDe

3、fenseTechnoIogy，Changhsha410073，China）Abstract：AimingattothespeciaIdemandsforangIesmeasurementwhiIedriIIingunderground，thepaperdescribesanewapproachofdeterminingthepitchandtheroIIwithasingIe-axisacceIerometerandaduaI-axisacceIerometer.AfeasibIetemperaturecompensationm

4、ethodisadoptedinourestabIishedsystem.CorrespondingexperimentaIresuItsaredescribed.ResuItsshowthatthesystemhasthead-vantagesofsmaIIsize，Iowcost，anditsaccuracyisbetterthan1C.ItisespeciaIIysuitabIefordirectionaIdriIIingtoobtainthedesiredangIes.Keywords：acceIerometer；dire

5、ctionaIdriIIing；pitch；roII；temperaturecompensation定向钻进技术是利用定向钻机以可控钻孔轨迹的方式，在不同地层和深度进行钻进并通过定位仪导向抵达设计位置而铺设地下管线的施工方法［1］。施工时，首先利用专门的定向钻机钻出小口径的导向孔，在钻进过程中通过监测和控制手段使钻孔按设计轨迹延伸，并从另一端钻出地表。然后用扩孔钻头将钻孔扩大至所需的口径，最后将待铺设的管线回拖入孔内，如图1所示。图1定向钻进中的导向孔施工图2钻具的导向机理Fig.1HDD’sdriIIingthepiIothor

6、eFig.2SteeringmechanismofthedriIIbit定向钻进的一个显著特点是钻孔轨迹不要求是直的，可实现弯曲钻进。正因为如此，使得它可根据实际要求绕过各种障碍物，如铁路、房屋、河流等，实现智能可控向钻进。它的导向功能是通过斜面钻头来完成的，其导向机理如图2所示。当钻头一边回转一边进给时，则钻出一个直孔，实现保直钻进；当钻!收稿日期：2003-09-14基金项目：国家863基金资助项目（2003AA430120）作者简介：徐涛（1977—），男，博士生。76国防科技大学学报2004年第2期头只进给而不回转时，由于

7、斜面钻头受到阻力，钻孔将向斜面方向弯曲。这样，如果事先调整好斜面方向，就可根据要求实现可控向钻进。由于定向钻进技术日益成熟并具有突出的优点，其应用范围不断拓宽，如今不仅应用在非开挖管线铺设领域，而且可用于地矿、冶金、石油等领域，用来实现地下的地质勘探及资源开采。在军事领域，定向钻进也可实现地下危险区域的勘探、信息采集等工作，如地下核试验后的坑道区域的土壤数据的自动采集。目前，定向钻进是实现上述意图最优的方法。!定向钻进中的角度测量在定向钻进中，为了准确地实现导向，必须实时获取钻具的当前姿态，完成多个角度的测量，其中，倾角和面向角是

8、两个最重要的参数。倾角是钻孔当前点的切线与水平面之间的夹角，它反映了钻头前进方向相对水平面的倾斜程度。为了表示方便，也常用倾角的正切值———坡度百分比来表示。工具面向角是指在与钻具轴线垂直平面内，造斜钻具的造斜方向与钻孔的终点方向（在钻孔弯曲平面内