【摘要】：煤礦井下定向鉆孔軌跡預(yù)測技術(shù)是實現(xiàn)鉆孔軌跡智能控制的基礎(chǔ),通過研究煤礦井下定向鉆造斜規(guī)律,得出工面向角是螺桿鉆具改變鉆孔軌跡主要因素,建立工具面向角改變鉆孔傾角、方位角數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出工具面向角預(yù)測定向鉆孔軌跡算法,并開發(fā)相應(yīng)定向鉆軌跡預(yù)測軟件。楊柳礦現(xiàn)場試驗表明該鉆孔軌跡預(yù)測軟件滿足現(xiàn)場施工精度要求(相對誤差小于1.38%)、鉆具摩阻力降低20%以上,提高定向鉆施工安全性。
【圖文】：

率高，是常規(guī)彎接頭井下動力鉆具10倍以上。根據(jù)實鉆軌跡與設(shè)計軌跡偏差變化，一般每隔6m調(diào)整螺桿馬達彎外管指向(即工具面向角)改變鉆孔傾角、方位角，從而使鉆孔軌跡按設(shè)計方向鉆進，因此螺桿馬達不同工具面是改變鉆孔軌跡主要影響因素。主要通過研究螺桿馬達造斜規(guī)律，建立螺桿鉆具工具面向角改變鉆孔軌跡傾角、方位角計算模型，預(yù)算出工具面向角對鉆孔軌跡的傾角、方位角改變值，再利用定向鉆軌跡計算方法計算出鉆孔預(yù)測軌跡，指導(dǎo)定向鉆施工。1．1工具面向角對鉆孔軌跡改變規(guī)律工具面向角對傾角、方位角影響如圖1。在定向孔施工中，通過調(diào)節(jié)螺桿馬達彎管朝向(即工具面向角)來改變鉆頭碎巖方向，改變鉆孔軌跡變化趨勢，具體體現(xiàn)在改變鉆孔軌跡傾角、方位角大小，如圖1(a)［2，，6］。圖1工具面向角對傾角、方位角影響根據(jù)螺桿馬達造斜規(guī)律可知，相對于地層力學(xué)性質(zhì)、重力作用、鉆具在彎曲鉆孔空間位置因素，螺桿馬達造斜作用是改變鉆孔軌跡主要因素。在地層力學(xué)性質(zhì)均勻不變、不考慮重力與鉆孔彎曲影響情況下條件，螺桿馬達造斜強度不變，單位長度螺桿馬達改變鉆孔全彎曲角度是一定值。根據(jù)2點間工具面施工深度可計算達改變鉆孔全彎曲角度。根據(jù)該全彎曲角度可計算出鉆孔偏離原測點鉆孔軸線偏心位移a，根據(jù)所采用工具面相角可計算出該偏心位移a在水平、鉛垂方向位移分量，如圖1(b)［6－8］。1．2定向鉆軌跡預(yù)測算法1．2．1螺桿馬達造斜強度計算當前測點i與其前一點測點i－1間實測軌跡的全彎曲強度KTa(i)為:KTa(i)=arccos(sinθi－1sinθi+sinθi－1sinθicos(αi－αi－1))(Li－Li－1)(1)當前測點i處螺桿馬達極限造斜強度KT(i):KT(i)=KTa(i)/(Bi

出的excel數(shù)據(jù)。2)完成軌跡預(yù)測算法的計算，給全彎曲強度留下現(xiàn)場試驗時調(diào)整參數(shù)的接口。3)根據(jù)已有測量數(shù)據(jù)或預(yù)測數(shù)據(jù)的的傾角、方位角等數(shù)據(jù)，計算坐標值，在坐標系中進行轉(zhuǎn)換。同時將計算的預(yù)測數(shù)據(jù)輸出以驗證。4)軌跡顯示控件中輸出繪圖，并實現(xiàn)繪圖的縮放、移動、坐標轉(zhuǎn)換等功能。2．1軟件整體結(jié)構(gòu)鉆孔軌跡預(yù)測軟件的系統(tǒng)總體框架主要由數(shù)據(jù)讀取模塊、坐標計算模塊、預(yù)測點計算模塊、軌跡顯示模塊4個主要功能模塊組成。各模塊之間只有數(shù)據(jù)交互，減少了軟件流程中的交叉運算，簡化了程序的實現(xiàn)�？傮w框架如圖2［7－8］。2．2軟件使用圖2系統(tǒng)總體框架定向鉆孔軌跡預(yù)測軟件在Microsoft．NET平臺采用C#語言編程開發(fā)的，按照軟件設(shè)計完成數(shù)據(jù)讀取模塊、坐標計算模塊、預(yù)測點計算模塊、軌跡顯示模塊開發(fā)［7］。在定向鉆施工中，鉆孔軌跡預(yù)測軟件使用主要步驟如下:1)預(yù)測軟件與測量軟件是各自獨立之間通過excl文件傳輸數(shù)據(jù)，首先利用隨鉆測量軟件測量當前測點的傾角、方位角、工具面向角，并導(dǎo)出井下數(shù)據(jù)的excl文件:Datexls．xls。2)利用鉆孔軌跡預(yù)測軟件讀取鉆孔設(shè)計軌跡數(shù)據(jù)、實鉆軌跡數(shù)據(jù)(隨鉆測斜軟件導(dǎo)出井下的excl文件:Datexls．xls)。3)根據(jù)現(xiàn)場地層情況，選擇合適的造斜強度計算方法，對造斜參數(shù)進行設(shè)置。選擇需要預(yù)測鉆孔深度，默認值為當前鉆孔的深度，設(shè)置當前測點i孔深為Li。4)分析實鉆軌跡與設(shè)計軌跡偏差，根據(jù)預(yù)測未來6個測點L'i、L'i+1、L'i+2、L'i+3、L'i+4、L'i+5(一般測點間距6m，孔段30m)鉆孔軌跡，選擇合適工具面向角，使鉆孔軌跡按設(shè)計趨勢鉆進。3定向鉆軌跡預(yù)測軟件應(yīng)用實例2011年3月至5月ZDY6000LD(F)鉆機在楊柳煤礦10414工作面進?
【作者單位】： 中煤科工集團西安研究院有限公司;
【基金】：“十二五”國家科技重大專項資助項目(2011ZX05040-001-004)
【分類號】：TD421;TD712.6

【參考文獻】

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【二級參考文獻】

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本文編號：2526619