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顺煤层瓦斯抽采钻孔是目前最直接有效的瓦斯治理方法，自然伽马作为含煤地层识别常用的判识依据，可以根据地层放射性判断钻孔轨迹是否在目标层中。但现有矿用伽马测井仪器只能进行滑动钻进测量，不适用于复合钻进及旋转导向钻进，无法满足伽马动态连续测量的工况。
近日，中国煤科西安研究院陈龙博士等根据钻孔内煤岩界面区分的目的及煤矿井下实际工况条件，设计了具有多个方向探测能力的随钻动态方位伽马测井仪，并对仪器的测量原理、关键设计技术、试验应用等方面做了详细介绍。相关研究成果以《矿用随钻动态方位伽马仪器的研制与应用》为题于11月23日在《煤田地质与勘探》进行了网络首发。
随钻方位自然伽马原理与传统自然伽马测井原理基本相同，均为测量地层自然伽马放射性强度。地层中放射性元素发射伽马射线，晶体探测到自然伽马射线并产生光子，光子被光电倍增管（PMT）加速后转换成电脉冲，该电脉冲被编码后与井深数据进行匹配得到地层实时伽马曲线，从而判定煤层顶底板，指导钻进轨迹调整，控制钻具有效穿行于煤层最佳位置。
不同的是，常规自然伽马测井仪器是利用一个伽马探测器探测地层自然伽马总放射性，而随钻方位伽马测井是在钻进过程中利用一个或多个探测器探测，在数据采集时通过记录不同探测器在不同扇区内伽马计数实现方位测量。通过正演分析，可以得出当探测器在不同界面位置和状态时，对应扇区的伽马曲线有着不同的形态。
上下方位伽马技术曲线关系
陈龙等将伽马探测器安装于随钻动态方位伽马测井仪骨架之上，闪烁晶体和光电倍增管均以钨铜镍合金为屏蔽外壳。钨镍合金密度比铅高，其吸收射线的能力比铅高30%～40%。在钨镍合金上镂空75°的窗，以使得伽马探测器可以接收开窗方向来的γ射线，而无法接收其他方向来的伽马射线。
将伽马探测器分为8 个扇区，根据不同扇区的伽马脉冲计数值大小分辨方位特性。可根据不同扇区组合形成最多8 个方向的方位伽马特征值。这样随钻动态方位伽马测井仪可用于煤矿井下顺煤层钻进时煤层顶底板分界面的探测与识别。
方位伽马屏蔽开窗结构
为了克服旋转过程中振动和离心加速度干扰，将重力加速度信号提取出来，研究人员根据加速度传感器和陀螺仪不同的频率特性，让加速度计信号通过低通滤波器，让陀螺仪信号通过高通滤波器，再通过互补滤波器得到归一化的重力加速度。
通过地面性能测试和井下的工业性试验，验证了仪器在不同放射性地层分界面能正确反映出地层放射性变化规律。试验结果表明，仪器可以满足复合回转定向钻进时的地质导向测量要求，为煤矿井下顺煤层定向钻进提供了技术保障。
这项研究得到了陕西省重点研发计划、中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目的资金支持。
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