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《南昌航空大学》 2010年
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地下磁导航系统的磁源设计

宋盼  
【摘要】:我国煤层气资源非常丰富,同时,我国煤层气的地质条件又十分复杂。多分支水平井和U型井钻井技术是在国外煤层气钻井技术的基础上,结合中国独特的煤层气储层条件,逐步发展起来的基本适宜国内煤层气储层条件的新兴煤层气开发技术。在实现水平井与目标井连通定向钻进过程中,最后也是最关键的一个环节就是对接中靶,经常需要应用地下磁导航中靶技术,该技术采用磁原理测量钻头与目标靶点间的方位和距离偏差,以期使钻进进入设定的靶区而达到连通目的。 本课题采用理论与试验相结合对永磁材料及磁源磁场分布规律进行研究。首先从分子电流理论模型和磁偶极子模型出发,通过推导得出永磁体外空间任意一点的磁场强度计算公式,并利用有限元法对不同形状的永磁体进行模拟得到其周围空间磁场强度的分布规律。然后通过温度对永磁体磁性影响的试验得出磁体磁性随温度的变化关系,结果显示磁体磁场强度值随温度的升高而降低,且磁体磁性随温度的变化关系近似符合B=a-bt~(1. 69)。同时通过磁体与钢材组合模型的磁场衰减试验和环境介质(土与干煤)对磁短节磁性的影响试验,得出了磁短节磁场强度随距离的衰减特性与永磁体和钢铁的组合结构具有相关性,即磁体与钢铁的排列均匀程度、组合方式以及永磁体的最大磁化能力对该组合模型产生的磁场强度大小具有直接的影响,而环境介质对磁短节磁性的影响微小,可以将其忽略。最后设计并加工了出符合RMRS技术指标的磁源装置,通过对磁源旋转对磁场分布的理论分析模拟出Bx、Bz随磁源旋转角度β的变化规律。同时通过近钻头旋转磁场试验得到了验证,得出近钻头旋转磁源产生的磁场信号与距离、方位的关系。以上研究结论对推动国内地下磁导航技术研究具有重要的实际意义。
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