CN102536220B - 远距离穿针工具的地面测试方法 - Google Patents

Abstract

远距离穿针工具的地面测试方法，应用于地面模拟测试煤层气远距离穿针工具样机测量精度。包括：测试准备：在场地内铺设两条平行的轨道；将随钻测量系统MWD安装在测试小车后端2米处；将测试小车安放在轨道上；在测试小车上水平固定永磁短节；在轨道的另一端外侧并距离轨道0.5～2米悬挂有远距离穿针工具传感器。进行测试：测试小车上的电动机带动永磁短节旋转，形成一个旋转磁场。同时测试小车静止在一个位置或推动测试小车向导轨另一端移动；远距离穿针工具传感器接收到永磁短节的磁信号，并传输到计算机处理；效果是：实现了与MWD联机测试，能模拟远距离穿针现场作业过程，验证距离和角度的测量算法。

Description

远距离穿针工具的地面测试方法

技术领域

本发明涉及煤层气水平井技术领域，特别涉及煤层气远距离穿针工具地面测试方法及装置，用于测试远距离穿针工具样机测量精度的影响因素。

背景技术

目前，煤层气作为一种可以替代天然气的新型能源，得到了广泛的重视，并在我国的沁水盆地和鄂尔多斯盆地进行着规模性的开采。由于我国煤层具有低压、低渗透、低饱和的储层特性，采用煤层气水平井、多分支水平井、U型井是最佳的经济有效的开发模式。远距离穿针技术是其中的一项钻井过程中的关键技术。参阅图1。在直井的洞穴井底部实现水平井与直井的洞穴井底部的准确钻通。在图1中，示出远距离穿针现场作业情况。煤层气水平井组由两口井组成，即一口水平井和一口直井；远距离穿针工具由永磁短节、传感器和上位机组成；远距离穿针作业即使用远距离穿针工具引导钻头向直井井底的洞穴处钻进，最后达到直井与水平井连通的目的。完成此项作业中，远距离穿针工具用来精确测量钻头和洞穴井底的相对位置，并引导钻头钻进，直到完成两井的连通。没有远距离穿针工具的地面测试方法及测试装置。

发明内容

本发明的目的是：提供一种远距离穿针工具的地面测试方法及测试装置，在远距离穿针工具的工程样机下井应用之前，在地面模拟使用远距离穿针工具完成井下连通作业的过程。以验证测量算法、摒除干扰因素、检测测量精度，为下井试验及工程应用做好准备。

本发明的技术方案为：

远距离穿针工具的地面测试方法，包括：

步骤A、测试准备：首先，选择一块磁场强度＜0.2nT的平整场地，在场地内铺设两条平行的轨道，轨道的长度为50～80米；将随钻测量系统MWD安装在测试小车后端2米处；将测试小车安放在轨道上；在测试小车上水平固定永磁短节；在轨道的另一端外侧并距离轨道0.5～2米悬挂有远距离穿针工具传感器；远距离穿针工具传感器悬挂在三角支架中心；远距离穿针工具传感器距离地面100毫米；远距离穿针工具传感器与计算机之间由信号线连接起来；随钻测量系统MWD与计算机之间由信号线连接起来。

步骤B、进行测试：启动测试小车上的电动机，电动机带动测试小车永磁短节旋转；形成一个旋转磁场。调节永磁短节的转速，使永磁短节以不同转速转动，永磁短节旋转速度在60～300转/分钟的范围内；同时测试小车静止在一个位置或推动测试小车向导轨另一端移动，测试小车移动时速度在10～50米/小时之间；远距离穿针工具传感器接收到永磁短节的磁信号，并传输到计算机，计算机进行计算处理；测试内容包括：A、永磁短节转速对测量精度影响；B、定点测量、动态测量和永磁短节前进速度对测量精度影响；C、远距离穿针工具传感器安放位置、居中性及非静止状态对测量精度影响；D、铁质物质对测量精度影响。

1、永磁短节转速对测量精度影响的测量方法(参阅图2)

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，使永磁短节旋转速度在60～300转/分钟的转速范围内进行调节，用以下方法得到永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值。

永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R值，通过下式计算：

$R=\sqrt[3]{\frac{P}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_{0}H}}$

式中，μ₀为煤层介质磁导率，单位：H/m；R为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离，单位米；P为磁矩，单位为A·m²；H为磁感应强度，单位为Gs。

永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的偏角θ值，通过下式计算：

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{3\tan \left(\mathrm{\θ}\right)}{1-2{\tan }^2\left(\mathrm{\θ}\right)}\right)$

式中，α为永磁短节前进方向与磁场方向的夹角，单位：度；θ为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间连线与导轨中心线之间的偏角，单位：度。

实际距离值和实际偏角值都是由现场用实际测量得到。

计算得到永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R值和两者之间连线与导轨中心线之间的偏角θ值，用距离R和偏角θ的计算值与实际测量值相对比，得到永磁短节转速对测量精度的影响。

2、定点测量、动态测量和永磁短节前进速度对测量精度影响的测量方法

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，使永磁短节旋转速度保持在100转/分钟，用与步骤A同样的方法得到永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值，得到定点测量对测量精度的影响。

然后，沿着轨道推动测试小车以10～50米/小时的速度经过30米处，计算机计算两者之间的距离R和偏角θ值。与实际测量值相对比较，进而得到动态测量和永磁短节前进速度对测量精度的影响。永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

3、远距离穿针工具传感器安放位置、居中性及非静止状态对测量精度影响的测量方法

保持永磁短节旋转速度为100转/分钟，测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，将远距离穿针工具传感器安放于三角支架上，调整远距离穿针工具传感器，使远距离穿针工具传感器分别由自然下垂变换为左右倾斜、左右偏离或上下偏离的不同安放位置，左右倾斜的范围在1～15度之间；左右偏离的距离在10～80厘米之间；上下偏离的距离在10～100厘米之间。分别计算永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R和两者的偏角θ值，并与实际测量值相对比较，从而测定远距离穿针工具传感器安放位置、居中性对测量精度的影响。两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

在轨道尽头处的三角支架上，轻度左右摇摆远距离穿针工具传感器，分别计算永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R和两者的偏角θ值，与实际测量值相对比，从而测定远距离穿针工具传感器非静止状态对测量精度的影响。两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

4、铁质物质对测量精度影响的测量方法

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，永磁短节旋转速度为100转/分钟。在远距离穿针工具传感器上下5米处各放置一根短套管，短套管的长度在50厘米。用磁强计测定套管的剩磁磁场强度(即上端磁化强度、下端磁化强度以及套管鞋处磁化强度)。连续调节两根套管之间的距离及套管与远距离穿针工具传感器之间的距离，观察永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R和两者的偏角θ值计算值的变化趋势及发生突变时两根远距离穿针工具传感器的位置。从而测定铁质物质对测量精度的影响。两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

测试过程中，随钻测量系统MWD始终安放于测量小车的后面，并连接计算机读取其测量的数据。本领域技术人员可以用随钻测量系统MWD与远距离穿针工具进行的联机测试用来模拟现场施工，跟踪远距离穿针工具测量的趋势，检验远距离穿针系统的距离和方位测量精度，并可获取现场施工的经验。

远距离穿针工具的地面测试工作的主要作用为：(1)仿照远距离穿针的现场作业，制定操作规程，熟悉现场操作；(2)搭建旋转磁场测量模型的物理模拟环境，验证软件中距离和角度的测量算法，修正测量参数；(3)测量工具中永磁短节在各距离处产生的磁场强度值，优选永磁体材料；(4)验证远距离穿针工具传感器的测量距离，优选远距离穿针工具传感器的测量精度；(5)对初步完成的工程样机各组件(包括永磁短节、传感器和计算机)进行联合调试；(6)与随钻测量系统MWD进行联机测试，模拟现场施工，检验远距离穿针系统的距离和方位测量精度；(7)找出影响测量精度的干扰因素，测定它们的影响幅度，制定控制措施。

远距离穿针工具的地面测试装置，包括永磁短节、远距离穿针工具传感器、随钻测量系统MWD、计算机、测试小车、轨道和三角支架。

两条平行的轨道上有测试小车，在轨道的另一端外侧并垂直导轨的中心线紧靠轨道放置三角支架；三角支架由三个铝杆制成，在三角支架中心悬挂远距离穿针工具传感器；远距离穿针工具传感器与计算机之间由信号线连接起来；

测试小车主要由大皮带轮、前主板、轴承、皮带轮轴、短节前接头、短节后接头、后主板、从动轴、后底板、车轮、连接杆、前底板、主动轴和小带轮组成。在长方形前底板和长方形后底板之间固定有连接杆，在前底板和后底板的两侧分别固定有车轮；在前底板上并垂直前底板的上平面焊接有前主板，在前主板的上部通过轴承和轴承盖固定有皮带轮轴，在皮带轮轴的外侧端固定有大皮带轮；皮带轮轴的内侧端连接有变速箱和电动机；在前主板的下部通过轴承和轴承盖固定有主动轴，主动轴与皮带轮轴平行；在主动轴的外侧端固定有小带轮，大皮带轮与小带轮之间有皮带连接；在主动轴的内侧端固定有短节前接头，短节前接头的端部有钻具外螺纹；在后底板上并垂直后底板的上平面焊接有后主板，后主板与前主板平行；在后主板的下部通过轴承和轴承盖固定有从动轴，从动轴的中心线与主动轴中心线在同一条直线上；从动轴的内侧端固定有短节后接头，短节后接头的端部有钻具外螺纹；在短节前接头与短节后接头上能固定永磁短节；测试小车的主要作用是携带永磁短节，并能调节永磁短节的转动速度。

永磁短节由本体和强磁圆柱体组成，本体为圆柱体形有中心孔，本体的两端有钻具内螺纹；本体由无磁材料加工制成，无磁材料包括不锈钢、铜或非金属材料。并在本体上均匀分布有垂直中心线的通孔，在通孔内镶嵌强磁圆柱体，永磁短节旋转形成一个旋转磁场，短节旋转速度在60～300转/分钟的范围内。

远距离穿针工具传感器主要用来探测永磁短节发出的旋转磁场信号(Hx，Hy，Hz)，计算机采集并将测得的信号采集、放大。测量远距离穿针工具传感器是现有的远距离穿针工具传感器(MWD)的磁通门传感器，不是本发明的创新。在测量过程中，远距离穿针工具传感器始终放置于三角支架上面。

本发明的有益效果：本发明远距离穿针工具的地面测试方法及测试装置，能模拟远距离穿针现场作业过程，能够验证距离和角度的测量算法，并为优选永磁体材料和远距离穿针工具传感器提高参考，实现了与MWD联机测试，找出了影响测量精度的干扰因素，测定了它们的影响幅度，为制定控制措施提高依据，为现场作业提高连通的中靶率做出贡献。

附图说明

图1是水平井与直井的洞穴井底部的准确钻通示意图。

图2是本发明远距离穿针工具的地面测试方法示意图。R为远距离穿针工具传感器和磁短节之间的实测距离；θ为远距离穿针工具传感器与磁短节轴向的偏移角；L为MWD与磁短节之间的距离。

图3是试验用小车示意图。

图中，1-大皮带轮；2-前主板；3-轴承盖；4-轴承；5-皮带轮轴；6-短节前接头；7-永磁短节；8-短节后接头；9-后主板；10-从动轴；11-后底板；12-车轮；13-连接杆；14-前底板；15-主动轴；16-小带轮。

图4是测量计算原理示意图。图4中，P为磁矩(A·m²)，H为磁感应强度(Gs)，R为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离，θ为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的偏角值，α为永磁短节前进方向与磁场方向的夹角。

具体实施方式

实施例1：下面结合附图，详细描述一次模拟远距离穿针现场作业过程和地面测试装置。

远距离穿针工具的地面测试装置，包括永磁短节、远距离穿针工具传感器、计算机、测试小车、轨道和三角支架。

参阅图3。测试小车主要由大皮带轮1、前主板2、轴承4、皮带轮轴5、短节前接头6、短节后接头8、后主板9、从动轴10、后底板11、车轮12、连接杆13、前底板14、主动轴15和小带轮16组成。在长方形前底板14和长方形后底板11之间固定有连接杆13，在前底板14和后底板11的两侧分别固定有一个车轮12；在前底板14上并垂直前底板14的上平面焊接有前主板2，在前主板2的上部通过轴承4和轴承盖3固定有皮带轮轴5，在皮带轮轴5的外侧端固定有大皮带轮1；皮带轮轴5的内侧端连接有变速箱和电动机；在前主板2的下部通过轴承4和轴承盖3固定有主动轴15，主动轴15与皮带轮轴5平行；在主动轴15的外侧端固定有小带轮16，大皮带轮1与小带轮16之间有皮带连接；在主动轴15的内侧端固定有短节前接头6，短节前接头6的端部有钻具外螺纹；在后底板11上并垂直后底板11的上平面焊接有后主板9，后主板9与前主板2平行；在后主板9的下部通过轴承4和轴承盖3固定有从动轴10，从动轴10的中心线与主动轴15中心线在同一条直线上；从动轴10的内侧端固定有短节后接头8，短节后接头8的端部有钻具外螺纹；在短节前接头6与短节后接头8上螺纹固定一个永磁短节7。

参阅图3。永磁短节7由本体和强磁圆柱体组成，本体为圆柱体形有长度50厘米，外径12厘米，中心孔5厘米。本体的两端有钻具API内螺纹；本体由无磁材料不锈钢制成。并在本体上均匀分布有六行每行九个垂直中心线的通孔，在每个通孔内镶嵌一个强磁圆柱体，永磁短节旋转形成一个旋转磁场，永磁短节旋转速度在60～300转/分钟的范围内。

三角支架的高度2米；三角支架由三个铝杆制成，在三角支架中心悬挂远距离穿针工具传感器；远距离穿针工具传感器与计算机之间由信号线连接起来。

远距离穿针工具的地面测试方法，包括：

步骤A、测试准备：首先，选择一块平坦、空旷磁干扰在0.2nT以下硬化地面作为试验场地，在场地铺设两条平行的轨道，轨道的长度为70米；将随钻测量系统MWD安装在小车后端2米处；将测试小车安放在轨道上；在测试小车上水平固定永磁短节7；在轨道的另一端外侧并距离轨道0.5～2米悬挂有远距离穿针工具传感器；远距离穿针工具传感器悬挂在三角支架中心；远距离穿针工具传感器距离地面100毫米；远距离穿针工具传感器与计算机之间由信号线连接起来；随钻测量系统MWD与计算机之间由信号线连接起来。实验前挂远距离穿针工具传感器安放于距永磁短节3米处进行一次磁场强度校核，并根据当地实测值校正MWD仪器。按照与挂远距离穿针工具传感器的直线距离，在轨道上每5米标注一个点作为待测试位置。将MWD安放于驱动小车之后2米。

步骤B、进行测试：启动测试小车上的电动机，电动机带动测试小车永磁短节旋转；形成一个旋转磁场，磁场变化频率在2～5Hz之间。调节永磁短节的转速，使永磁短节以不同转速转动，永磁短节旋转速度150转/分钟；同时测试小车静止在一个位置或推动测试小车向导轨另一端移动，测试小车移动时速度20米/小时；远距离穿针工具传感器接收到永磁短节的磁信号，并传输到计算机，计算机进行计算处理；

开动电动机带动磁短节旋转，并沿着轨道轴向移动；传感器接收磁短节发出的旋转磁场信号，由计算模型分析和处理，分别求解出钻头与洞穴的距离R和角度偏差θ，从而测定永磁短节转速、前进速度、远距离穿针工具传感器安放位置、居中性及非静止状态、铁质物质等因素对测量精度的影响。

改变测试条件分别进行测试。

1、永磁短节转速对测量精度影响的测量方法(参阅图2)

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，使永磁短节旋转速度在60～300转/分钟的转速范围内进行调节，用以下方法得到永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值。

永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R值，通过下式计算：

$R=\sqrt[3]{\frac{P}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_{0}H}}$

式中，μ₀为煤层介质磁导率，单位：H/m；R为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离，单位米；P为磁矩，单位为A·m²；H为磁感应强度，单位为Gs。

永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的偏角θ值，通过下式计算：

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{3\tan \left(\mathrm{\θ}\right)}{1-2{\tan }^2\left(\mathrm{\θ}\right)}\right)$

式中，α为永磁短节前进方向与磁场方向的夹角，单位：度；θ为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间连线与导轨中心线之间的偏角，单位：度。

实际距离值和实际偏角值都是由现场用实际测量得到。计算得到永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R值和两者之间连线与导轨中心线之间的偏角θ值，用距离R值和偏角θ值与实际测量值相对比，得到永磁短节转速对测量精度的影响。

在转速为100转/分钟时，计算得距离R＝28米，偏角θ＝5.5度；在转速为200转/分钟时，计算得距离R＝31米，偏角θ＝4度。而实际测量距离R＝30米，偏角θ＝5度。由此可以看出，远距离穿针系统在这两个转速下，100转/分钟时测量的偏角准确一些，200转/分钟时测量的距离准确一些。进而更加细致的调节转速进行测量，找到距离和偏角测量值偏差都比较小的转速值。

2、定点测量、动态测量和永磁短节前进速度对测量精度影响的测量方法

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，使永磁短节旋转速度保持在100转/分钟，用与步骤A同样的方法得到永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值，得到定点测量对测量精度的影响。

在转速为100转/分钟时，计算得距离R＝28米，偏角θ＝5.5度。而实际测量距离R＝30米，偏角θ＝5度。由此可以看出，远距离穿针系统在100转/分钟的转速下，测量的距离偏小一些，测量的偏角偏大一些。

然后，沿着轨道推动测试小车以10～50米/小时的速度经过30米处，计算机计算两者之间的距离R和偏角θ值。与实际测量值相对比较，进而得到动态测量和永磁短节前进速度对测量精度的影响。永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

在测试小车以20米/小时的速度经过30米处时，计算得距离R＝28米，偏角θ＝5.5度；小车以40米/小时的速度前进时，计算得距离R＝31米，偏角θ＝4度。而实际测量距离R＝30米，偏角θ＝5度。由此可以看出，远距离穿针系统在这两个前进速度下，20米/小时的速度时测量的偏角准确一些，40米/小时的速度时测量的距离准确一些。进而更加细致的调节前进速度进行测量，找到距离和偏角测量值偏差都比较小的前进速度值。

3、远距离穿针工具传感器安放位置、居中性及非静止状态对测量精度影响的测量方法

保持永磁短节旋转速度为100转/分钟，测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，将远距离穿针工具传感器安放于三角支架上，调整远距离穿针工具传感器，使远距离穿针工具传感器分别由自然下垂变换为左右倾斜、左右偏离或上下偏离的不同安放位置，左右倾斜的范围在1～15度之间；左右偏离的距离在10～80厘米之间；上下偏离的距离在10～100厘米之间。分别计算永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R和两者的偏角θ值，并与实际测量值相对比较，从而测定远距离穿针工具传感器安放位置、居中性对测量精度的影响。两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

使远距离穿针工具传感器分别由自然下垂变换为左右倾斜10度、左右偏离50厘米、上下偏离50厘米，与实际测量值相比，计算得距离R值有2～5米的偏差，偏角θ值有5～15度的偏差。由此可以看出，远距离穿针工具传感器安抚位置、居中性对测量的影响会有一定影响，应该尽量消除。

轻度左右摇摆三角支架上远距离穿针工具传感器，分别计算永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R和两者的偏角θ值，与实际测量值相对比，从而测定远距离穿针工具传感器非静止状态对测量精度的影响。两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

在轻度左右摇摆远距离穿针工具传感器时，计算得到的距离R和偏角θ值出现了上下波动，距离R计算值偏离实际测量值5～20米，偏角θ计算值偏离实际测量值5～20度。由此可以看出，远距离穿针工具传感器若处于非静止状态，对测量的影响是很大的。

4、铁质物质对测量精度影响的测量方法

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，永磁短节旋转速度为100转/分钟。在远距离穿针工具传感器上下5米处各放置一根短套管，短套管的长度在50厘米。用磁强计测定套管的剩磁磁场强度(即上端磁化强度、下端磁化强度以及套管鞋处磁化强度)。连续调节两根套管之间的距离及套管与远距离穿针工具传感器之间的距离，观察永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R和两者的偏角θ值计算值的变化趋势及发生突变时两根远距离穿针工具传感器的位置。从而测定铁质物质对测量精度的影响。两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值用与步骤1同样的方法得到。

在远距离穿针工具传感器上下5米处各放置一根短套管时，计算得距离R＝26米，偏角θ＝6.5度。而实际测量距离R＝30米，偏角θ＝5度。由此可以看出，铁质物质可以使测量的距离偏小一些，测量的偏角偏大一些。

Claims (5)

1.一种远距离穿针工具的地面测试方法，其特征是：包括：

步骤A、测试准备：首先，选择一块磁场强度＜0.2nT的平整场地，在场地内铺设两条平行的轨道，轨道的长度为50～80米；将随钻测量系统MWD安装在测试小车后端2米处；将测试小车安放在轨道上；在测试小车上水平固定永磁短节；在轨道的另一端外侧并距离轨道0.5～2米悬挂有远距离穿针工具传感器；远距离穿针工具传感器悬挂在三角支架中心；远距离穿针工具传感器距离地面100毫米；远距离穿针工具传感器与计算机之间由信号线连接起来；随钻测量系统MWD与计算机之间由信号线连接起来；

步骤B、进行测试：启动测试小车上的电动机，电动机带动测试小车永磁短节旋转；形成一个旋转磁场；调节永磁短节的转速，使永磁短节以不同转速转动，永磁短节旋转速度在60～300转/分钟的范围内；同时测试小车静止在一个位置或推动测试小车向导轨另一端移动，测试小车移动时速度在10～50米/小时之间；远距离穿针工具传感器接收到永磁短节的磁信号，并传输到计算机，计算机进行计算处理；测试内容包括：A、永磁短节转速对测量精度影响；B、定点测量、动态测量和永磁短节前进速度对测量精度影响；C、远距离穿针工具传感器安放位置、居中性及非静止状态对测量精度影响；D、铁质物质对测量精度影响。

2.根据权利要求1所述的远距离穿针工具的地面测试方法，其特征是：所述的永磁短节转速对测量精度影响的测量方法是：

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，使永磁短节旋转速度在60～300转/分钟的转速范围内进行调节，用以下方法得到永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值；

永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R值，通过下式计算：

$R=\sqrt[3]{\frac{P}{4\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_{0}H}}$

式中，μ₀为煤层介质磁导率，单位：H/m；R为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离，单位米；P为磁矩，单位为A·m²；H为磁感应强度，单位为Gs；

永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的偏角θ值，通过下式计算： $\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{3\tan \left(\mathrm{\θ}\right)}{1-2{\tan }^2\left(\mathrm{\θ}\right)}\right)$

式中，α为永磁短节前进方向与磁场方向的夹角，单位：度；θ为永磁短节与远距离穿针工具传感器之间连线与导轨中心线之间的偏角，单位：度；

实际距离值和实际偏角值都是由现场用实际测量得到；

计算得到永磁短节与远距离穿针工具传感器之间的距离R值和两者之间连线与导轨中心线之间的偏角θ值，用距离R和偏角θ的计算值与实际测量值相对比，得到永磁短节转速对测量精度的影响。

3.根据权利要求1所述的远距离穿针工具的地面测试方法，其特征是：所述的定点测量、动态测量和永磁短节前进速度对测量精度影响的测量方法是：

测试小车固定在与远距离穿针工具传感器的直线距离30米处，使永磁短节旋转速度保持在100转/分钟，用与步骤A同样的方法得到永磁短节与远距离穿针工具传感器两者之间的距离R和偏角θ值的计算值和实际测量值，得到定点测量对测量精度的影响；

然后，沿着轨道推动测试小车以10～50米/小时的速度经过30米处，计算机计算两者之间的距离R和偏角θ值；与实际测量值相对比较，进而得到动态测量和永磁短节前进速度对测量精度的影响。

4.根据权利要求1、2或3所述的远距离穿针工具的地面测试方法，其特征是：使用的测试小车，主要由大皮带轮(1)、前主板(2)、轴承(4)、皮带轮轴(5)、短节前接头(6)、短节后接头(8)、后主板(9)、从动轴(10)、后底板(11)、车轮(12)、连接杆(13)、前底板(14)、主动轴(15)和小带轮(16)组成；在长方形前底板(14)和长方形后底板(11)之间固定有连接杆(13)，在前底板(14)和后底板(11)的两侧分别固定有车轮(12)；在前底板(14)上并垂直前底板(14)的上平面焊接有前主板(2)，在前主板(2)的上部通过轴承(4)和轴承盖(3)固定有皮带轮轴(5)，在皮带轮轴(5)的外侧端固定有大皮带轮(1)；皮带轮轴(5)的内侧端连接有变速箱和电动机；在前主板(2)的下部通过轴承(4)和轴承盖(3)固定有主动轴(15)，主动轴(15)与皮带轮轴(5)平行；在主动轴(15)的外侧端固定有小带轮(16)，大皮带轮(1)与小带轮(16)之间有皮带连接；在主动轴(15)的内侧端固定有短节前接头(6)，短节前接头(6)的端部有钻具外螺纹；在后底板(11)上并垂直后底板(11)的上平面焊接有后主板(9)，后主板(9)与前主板(2)平行；在后主板(9)的下部通过轴承(4)和轴承盖(3)固定有从动轴(10)，从动轴(10)的中心线与主动轴(15)中心线在同一条直线上；从动轴(10)的内侧端固定有短节后接头(8)，短节后接头(8)的端部有钻具外螺纹；在短节前接头(6)与短节后接头(8)上固定永磁短节(7)。

5.根据权利要求1、2或3所述的远距离穿针工具的地面测试方法，其特征是：使用的永磁短节，由本体和强磁圆柱体组成，本体为圆柱体形有中心孔，本体的两端有钻具内螺纹；本体由无磁材料加工制成，在本体上均匀分布有垂直中心线的通孔，在通孔内镶嵌强磁圆柱体。