في عمليات الاستكشاف الجيولوجي والحفر تحت الأرض في مناجم الفحم، يُعد القياس والتحكم الدقيق في مسار الحفر بمثابة "شريان الحياة" لضمان سلامة البناء وجودة الحفر. لفترة طويلة، اعتمدت طرق القياس التقليدية على إيقاف الحفر، مما أدى إلى انخفاض الكفاءة وتأخر كبير في البيانات، بالإضافة إلى ضعف القدرة على مقاومة التداخل والاعتماد الطويل الأمد على المعدات الأساسية المستوردة، مما جعلها عقبة رئيسية أمام الترقية الذكية لتقنيات الحفر في الصين.

مؤخرًا، تحقق اختراق كبير في هذه المشكلة "العصية". قام معهد شيآن للأبحاث التابع لمجموعة الصين للفحم والعلوم والتكنولوجيا بتطوير جهاز قياس مسار الحفر داخل أنبوب الحفر بقطر صغير 18 مم، وتم تطبيقه لأول مرة في مجموعة هوايبي للتعدين. وقد وصلت مؤشرات أداء الجهاز إلى مستوى المنتجات المماثلة الدولية أو تجاوزتها، مما سد الفجوة في الصين في مجال معدات قياس مسار الحفر داخل أنبوب الحفر بقطر صغير أثناء الحفر.

القياس والتحكم الدقيق: مبدأ "الثلاثة لا" يعيد كتابة قواعد الحفر تحت الأرض

يعد القياس والتحكم في مسار الحفر حلقة رئيسية في عمليات مثل معالجة غاز الميثان في مناجم الفحم، واستكشاف المياه وتصريفها، والاستكشاف الجيولوجي. أي انحراف في مسار الحفر قد يؤدي إلى فشل الحفر، أو حتى إلى حوادث كبرى مثل تسرب المياه أو انبعاث الغاز. ومع ذلك، تعاني طرق القياس التقليدية من ثلاثة "عيوب خلقية":

انخفاض الكفاءة: يجب إيقاف الحفر لإجراء القياس، مما يتطلب رفع وإنزال أنبوب الحفر، مما يستهلك الكثير من الوقت.

تأخر البيانات: عدم القدرة على الحصول على معلومات المسار في الوقت الفعلي، مما يجعل القرارات تحت الأرض متأخرة دائمًا.

الاعتماد على الاستيراد: المعدات الأساسية كانت خاضعة للسيطرة الأجنبية لفترة طويلة، مما أدى إلى ارتفاع التكاليف ومخاطر في سلسلة التوريد.

يقدم جهاز قياس مسار الحفر داخل أنبوب الحفر من معهد شيآن للأبحاث حلاً جديدًا يعتمد على مبدأ "لا رفع أنبوب الحفر، لا توصيلات، لا حاجة لمعدات خاصة".

فكرة التصميم الأساسية: يعتمد الجهاز على تصميم متكامل للنقل داخل أنبوب الحفر، ويدمج وحدة قياس بالقصور الذاتي عالية الدقة، ومجموعة استشعار مصغرة، وتقنية إعادة بناء المسار ثلاثي الأبعاد في الوقت الفعلي، ويمكن وضعه مباشرة داخل أنبوب الحفر للنقل. بمعنى آخر، تتحرك أداة القياس "مع تيار" أنبوب الحفر، دون الحاجة إلى شغل مساحة إضافية أو مقاطعة عملية الحفر من أجل القياس.

ثلاث مزايا أساسية:

تجنب إيقاف الحفر: يمكن إجراء القياس دون الحاجة إلى رفع أنبوب الحفر، مما يوفر أكثر من 95% من الوقت مقارنة بالطرق التقليدية.

تصور فوري للمسار ثلاثي الأبعاد: يدعم التحذير الذكي من الانحرافات، مما يسمح للمشغلين تحت الأرض بمراقبة اتجاه الحفر في الوقت الفعلي.

تحمل الظروف القاسية: لا حاجة لتوصيلات إضافية أو أنابيب حفر غير مغناطيسية خاصة، ويعمل بشكل مستقر وموثوق في البيئات المعقدة تحت الأرض.

سد الفجوة في الصين: من "المتابعة" إلى "المنافسة"

في مجال هندسة الحفر، كانت تقنية القياس أثناء الحفر (MWD) دائمًا محور المنافسة في المعدات عالية التقنية على المستوى الدولي. كانت أجهزة قياس المسار ذات القطر الصغير والتي تنقل داخل أنبوب الحفر محتكرة لفترة طويلة من قبل عدد قليل من الشركات المصنعة الأجنبية. وقد وصل جهاز قياس مسار الحفر داخل أنبوب الحفر بقطر 18 مم من معهد شيآن للأبحاث إلى مستوى المنتجات المماثلة الدولية أو تجاوزها في جميع مؤشرات الأداء.

المحتوى التقني وراء "القطر الصغير": يعني قطر 18 مم أن الجهاز يجب أن يقلص حجمه المادي بشكل كبير مع الحفاظ على قدرة عالية الدقة في القياس بالقصور الذاتي ونقل البيانات في الوقت الفعلي. وراء ذلك تكامل نظامي لمجموعة استشعار مصغرة، ووحدة قياس بالقصور الذاتي عالية الدقة، وتقنية إعادة بناء المسار ثلاثي الأبعاد في الوقت الفعلي - كل منها يمثل اختراقًا في التقنيات الأساسية.

تسريع التطبيق في جميع أنواع الفحم والمناطق

حاليًا، أكمل الجهاز اختبارات الظروف الميدانية والتطبيق التجريبي في العديد من مناطق التعدين الرئيسية في جميع أنحاء البلاد:

الشركات المستفيدة: مجموعة هوايبي للتعدين، مجموعة الطاقة الوطنية، مجموعة جينننغ القابضة، وغيرها من شركات الطاقة الكبرى.

المناطق المغطاة: هوايبي، خنان، شينجيانغ، شانشي، منغوليا الداخلية، شمال شرق الصين، وغيرها من مناطق مناجم الفحم وغير الفحم.

سيناريوهات التطبيق: قياس مسار الحفر لآبار تصريف الغاز، آبار استكشاف المياه وتصريفها، آبار الاستكشاف الجيولوجي، وغيرها من أنواع الحفر.

من هوايبي إلى شينجيانغ، ومن مناجم الفحم إلى المناجم غير الفحمية، أثبت التحقق الشامل من السيناريوهات نضج التقنية وملاءمتها الواسعة للصناعة.

تزويد التعدين الآمن والفعال للفحم بـ "عيون"

يُعتبر التطوير الناجح لجهاز قياس مسار الحفر داخل أنبوب الحفر "تقدمًا تقنيًا كبيرًا في مجال قياس الحفر تحت الأرض في مناجم الفحم". وتتجلى آثاره العميقة في ثلاثة مستويات:

أولاً، القيمة السلامة: انحراف مسار الحفر هو مصدر رئيسي لعوامل الخطر الخفية في مناجم الفحم. يوفر القياس والتحكم الدقيق في الوقت الفعلي "نظام ملاحة" لكل حفر - مما يمنع "الحفر الزائف والفارغ" من المصدر، ويوفر دعمًا دقيقًا للبيانات لمعالجة غاز الميثان والوقاية من مخاطر المياه في مناجم الفحم.

ثانيًا، قيمة الكفاءة: توفير أكثر من 95% من وقت القياس يعني أنه يمكن إنجاز المزيد من أعمال الحفر في نفس الفترة الزمنية، أو يمكن استخدام الوقت الموفر في تحليل جيولوجي أكثر دقة - وهذه خطوة رئيسية في انتقال هندسة الحفر من "البناء التقريبي" إلى "العمل الدقيق".

ثالثًا، القيمة الاستراتيجية: سد الفجوة في الصين في مجال معدات قياس مسار الحفر داخل أنبوب الحفر بقطر صغير أثناء الحفر يعني أن الصين قد حققت قفزة من "الاعتماد على الاستيراد" إلى "التحكم الذاتي" في مجال المعدات الأساسية لهندسة الحفر. مع توسع تطبيق الجهاز في المزيد من مناطق التعدين، تتسارع تقنيات حفر الفحم في الصين نحو الترقية الشاملة إلى مستوى عالٍ من الدقة والكفاءة والموثوقية.