前 言：
山西某矿为了探测井下各类钻孔的孔内情况，对钻孔进行测井探测与数据分析，实现钻孔轨迹、孔内成像、岩性分析等全方位的钻孔数据采集。某矿特邀请福州华虹智能科技股份有限公司(以下简称“华虹公司”)到矿进行CXK90/360钻孔测斜成像测井仪进行应用实验，主要为地面讲解该设备的基本原理、井下实际测量操作等环节。此次试用实验得到矿方的好评，并给出了较为中肯的试用评价报告。
1 仪器及原理介绍
1.1 仪器简介
CXK90/360矿用钻孔测斜成像测井仪为福州华虹智能科技股份有限公司研发的新一代全方位钻孔信息测量仪器，采用具有微机电系统、全方位运动姿态测量、高精度动态响应的传感器、高清摄像、自然伽马传感器，全方位测量钻孔轨迹倾角、方位角、孔中成像、自然伽马的仪器，实现了真正意义上的全方位测量，使上仰、下俯、水平、垂直各种钻孔测量简便易行，显示各个时刻测点井斜角、方位角、自然伽马值、视频画面和路程的数值，从而得到探管轨迹及孔内地质信息，从而解决了各种钻孔测量这一技术难题。
全套设备由主机、探管、深度计数器、绕线盘及通信软电缆等组成。
1.2 自然伽马测井基本理论
把仪器放到井下，测量地层放射性强度的方法叫自然伽马测井(GR)。这种方法已有很长的历史，GR与SP相配合能很好地划分岩性和确定渗透性地层，GR的另一优点是可在套管井中测量。
一、岩石的放射性
岩石的放射性，主要是由于含有铀(U)、钍(Th)、钾(K)等放射性元素，所以岩石的放射性强度决定放射性元素的含量。一般条件下，岩石的放射性物质含量很少，按放射性的强弱沉积岩可分为以下几类：
自然伽马放射性高：放射性软泥、红色粘土、海绿石砂岩、独居石等岩石。
自然伽马放射性中：浅海相和陆上沉积的泥质岩石，如泥质砂岩，泥质石灰岩，泥灰岩等。
自然伽马放射性低：砂岩、石灰岩、石膏、岩盐、煤和沥青等
二、自然伽马测井测量原理
自然伽马射线由岩层穿过泥浆、仪器外壳进入探测器，探测器将射线转化为电脉冲信号，经放大器把电脉冲放大后由电缆送到孔外仪器。
早期的自然伽马曲线采用计数率(脉冲/分钟)单位，曲线用Jr表示，现今的自然伽马测井都采用标准刻度单位API，曲线用GR表示。定义高放射性地层与低放射性地层读数之差为200API单位，作为标准刻度单位。
1.3 相对法计算泥沙比算法
泥质是指颗粒直径小于0.01mm的碎屑物质,泥质含量也叫泥质体积，是指泥质体积占岩石总体积的百分比(泥沙比)。当岩石含有泥质时，各种测井曲线均不同程度地受泥质的影响，影响的程度由泥质含量Vsh大小评定。
自然伽马测井曲线幅值的变化取决于地层泥质含量的多少。由于泥质颗粒细小，具有较大的比面，使它对放射性物质有较大的吸附能力，并且沉积时间长，有充分时间与溶液中的放射性物质一起沉积，所以泥质(黏土)具有较高的放射性。
1.4 煤矿常见岩性伽马值对比
下面列举了煤矿常见岩性的伽马值对比数据，由于煤层的煤化程度，沉积相不同等种种原因，各矿的实际测量伽马值会存在一定的偏差。基本遵循的原则规律为岩石中含泥量越高其伽马值越高、砂泥比越小，反之伽马值越小、砂泥比越大。
2 探测实例
2.1 任务目的
山西某矿需要探测井下地质钻孔的孔内情况，包括岩性变化、孔内真实情况、钻孔的实际轨迹。此次开孔位置为3#煤层顶板10米处，计划向下打钻至3#煤层内部，设计方位角为0°、设计倾角为-10°，开孔位置为粗砂岩，预计在45米处见煤。
拟采用华虹公司CXK90/360钻孔测斜成像测井仪进行孔内探测。
2.2 井下数据采集
本次共计在井下探测两个钻孔，5月31日下井探测时只探测到约18米，可以从视频中清晰看到钻孔内部塌孔，无法继续推进。6月1日早班继续下井测试，本次推进到约45米处从视频中可以清晰看出钻孔从砂岩进入煤层，且钻孔发生坍塌，无法继续推进。
2.3 探测成果
2.3.1 钻孔轨迹
钻孔轨迹成果方面主要由钻孔的数据列表，钻孔平面成果图，钻孔剖面成果图，钻孔三维成果图组成。
数据列表中详细的记录了每个测点的伽马值、深度、倾角、方位角、左右偏差值、垂直偏差值。
钻孔轨迹成果中分别得到钻孔轨迹的平面图、剖面图、三维图的成果。如下图：
通过数据列表和成果图可以得出，此次测量钻孔轨迹方面，终孔左右偏差为2.48米(右偏)，垂直偏差为-2.16米(下偏)。
2.3.2 视频处理
软件自带播放器，播放器中记录当前视频位置的深度、倾角、方位角信息。并且可以在伽马曲线图中选择直接定位到当前视频，方便截图保存。
2.3.3 伽马数据
 图4-8 伽马成图展示 2.4 成果分析
此次地质钻孔探测深度44.82米，终孔位置于设计轨迹左右偏差为2.48米(右偏)，垂直偏差为-2.16米(下偏)。
通过伽马值和视频结果可以得出，开孔位置为粗砂岩，2-3米范围内为一层煤线，3-40米为细砂岩，40.8米处见煤。见煤厚钻孔发生塌孔，无法继续推进。符合矿方的地层资料。
3 CXK90/360矿用钻孔成像测井仪应用评价总结
经过井下实际操作，数据采集及数据处理后，矿方对此设备给出了高度的评价，具体评价如下：
3.1仪器操作方面
3.1.1 安装简单
此设备安装简单，主要由主机、深度计数器、探管、连接线、推杆组成，安装方式简单便捷。
3.1.2 仪器操作便捷
仪器为触摸屏操作非常简单，采集过程仅仅需要编辑设置孔号即可，前期可以设置好磁偏角和孔径，设置好以后不用再修改。
3.1.3 实际采集简单
为了避免探管在运动过程中出现伽马值、方位角、倾角的跳动，仪器采用打点模式进行，保证了测量的精度不会因为运动而影响。
碳纤维推杆重量较轻，使用丝扣连接，操作简单。
3.1.4 需要人员配置合理
此仪器需要2-4人操作，在人员较少情况下仅需两人配合即可完成测量工作，一人主要负责推杆安装和推进，一人主要负责主机打点操作和观察视频及辅助线缆推动即可。
3.2 仪器性能评价
3.2.1 视频清晰度高
根据实测两个孔的视频观察来看，可以清晰的观察到孔内基本情况，像素较高，可以清晰分辨孔内岩石特征、裂隙带、出水点、破碎带等。
3.2.2 数据展示完整
在探测过程中可以实时显示方位角、倾角、深度、伽马值。
3.2.3 数据稳定性较好
通过观察测量时数据，仪器采集的数据在静止状态下稳定性很好，没有出现测量数据出现较大偏差情况。
3.3 软件评价
3.3.1 钻孔轨迹方面
一：数据列表
软件提供了丰富的测量数据Excel表格列表。
主要数据说明：
由于测斜系统在静止状态下的测量数据才是准确数据，因此设备在测量过程中需要进行手动打点，一般是利用接推杆的时间进行打点。
列表中主要记录了每个测点的伽马值、深度、倾角、方位、总加速度、左右偏差、垂直偏差。
(1)其中伽马值主要为判断探管所在位置的周边岩石的伽马值。
(2)探管所在位置的深度。
(3)探管所在位置的倾角。
(4)探管所在位置的方位角(真方位)。
(5)探管所在位置的总加速度，总加速度主要判断探管是否在静止状态，探管静止状态下总加速为1.
(6)探管所在位置的左右偏差为当前测点与设计轨迹的水平方向上的左右偏差。
(7)探管所在位置的垂直偏差为当前测点与设计轨迹的垂直方向上的上下偏差。
二：二维图图件
二维图件说明：软件可以直接导出图件，导出的文件为“.DXF”文件，可以直接打开即为CAD图形，可以直接导出设计线和实测线。可以根据矿方需要的图件在CAD中添加文字说明等。非常方便技术人员使用。
三：三维图件说明
在软件中可以进行三维图的任意角度旋转截图，可以根据实际需求来截取各个角度的三维成果图。方便技术人员各个方向观察钻孔轨迹走向。
四：钻孔评价系统
软件可以设置允许偏差范围，即钻孔实际轨迹按照要求不能与设计钻孔偏差值。在三维图件中展示为圆周范围。
3.3.2 视频方面
一：自带播放器
软件自带播放器，播放器中可以记录当前位置的深度、倾角、方位角信息。并且可以在伽马曲线图中选择直接定位到当前视频，方便截图保存。
二：视频成图
可以将视频形成分段显示图，图片中可以直观的观察到深度对应的视频组合图件。可以将视频形成单段显示图。
3.3.3伽马成图
伽马曲线图可以形成自动报表。自动展示伽马测井的砂泥比、伽马曲线，可以自动展示并且可以自由编辑岩性名称，岩性柱状，深度，厚度，物性描述。
3.3.4软件整体操作评价
在华虹公司技术工程师的指导了，对软件处理操作进行了了解，并可以快速上手，软件操作简单，步骤简单易懂，且输出的信息丰富，基本满足了钻孔测量的全部信息。方便了技术人员对钻孔分析。
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