井下定向钻孔轨迹预测研究

1、编号：2011xayon006类别：青年基金项目2011年度西安院自筹资金项目计划任务书项目名称：井下述向钻孔轨迹预测研究承担单位:钻探技术研究所（盖章）项目负责人：理蛊起止年月：2011年1月2011年12月中国煤炭科工集团西安研究院制2011年2月一、立项的必要性和紧迫性(从国内外发展概况、水平、发展趋势, 项目研究对技术进步和产业发展的意义，技术的先进性与创新 性等方面论述):近年来我院zdy6000ld. zdy6000ld (a)等定向钻进设备与技术 因其提高瓦斯治理效果而越来越受到矿方重视和青睐，并为我院带来 巨大经济效益。然而煤矿井下定向轨迹控制技术是影响该定向钻进设 备使用的技

2、术难点，目前煤矿井下定向轨迹控制主要通过分析随钻测 量软件实测数据、设计轨迹数据得出钻孔在目标层的空间位置，结合 轨迹控制经验，调整螺杆马达的工具面向角来实现对定向钻轨迹控 制。因此现有的控制方法存在较大经验性，定向钻技术人员因经验和 对轨迹控制技术掌握不同，造成控制实钻轨迹不一样，可能出现以下 情况：(1) 轨迹控制不合理造成钻孔局部孔段轨迹曲率较大，增加钻 具在孔内摩擦阻力，增大定向钻进施工风险。(2) 轨迹控制失误造成钻孔轨迹与设计轨迹偏离较大，影响钻 场相邻钻孔施工，达不到预期瓦斯抽采效果，严重时钻孔脱离目标层 位进入危险地层而提钻开分支或终孔，造成工期延误。以上情况给矿方定向钻进设备

3、使用带来不便，增加了定向钻进设 备推广难度和风险，为此需加深对煤矿井下定向钻轨迹控制理论研 究，并针对我院zdy6000ld、zdy6000ld (a)等定向钻设备，开发岀 一套简单易学的定向钻轨迹预测软件。二、主要研究内容、主要研究目标、主要经济技术指标：1、主要研究内容(1) 煤矿井下定向钻设备配套的1.25。、1.5。弯角螺杆马达在不 同硬度煤层、顶底板岩层中造斜规律，重点研究螺杆马达工具面向角 对钻孔轨迹的倾角和方位角变化影响。(2) 建立常见曲率半径钻孔中的钻具力学模型，分析钻具受力 情况，探索摩阻力较小的钻孔轨迹，并优化钻孔轨迹控制方法。(3) 选用摩阻力较小的工具面向角组合，预测

4、其钻孔轨迹变化, 并计算出最佳工具面组合，供技术人员进行定向钻进轨迹控制参考。2、主要研究目标为初级煤矿井下定向钻技术人员提供一种定向钻孔轨迹控制参 考方法，使其更快而方便地掌握定向钻轨迹控制技术，提高我院对矿 方定向钻技术人员培训效率。3、主要经济技术指标(1) 开发一套煤矿井下定向钻轨迹预测软件。(2) 发表1篇关于定向钻轨迹控制研究内容的文章。三、项目研究基础（项目研究开发基础，技术成熟状态和主要缺陷， 项目产品对国家现有标准的符合程度）:钻探技术研究所在参与“井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开 发”项目研发与设备推广过程屮，积累丰富煤矿井下定向钻技术研发 经验，特别是近年来我所技术人员

5、为矿方提供了大量定向钻进现场培 训，收集大量现场定向钻技术资料，并不断总结出定向钻孔轨迹施工 方法及钻孔轨迹控制经验，为本课题的定向钻轨迹预测研究提供了基 础。本课题已有了前期的技术储备，在课题研究的相关技术方面，进 行了大量的调研和资料查询，掌握了课题涉及的技术领域的国内外研 究现状和发展趋势，为课题的研究工作做了扎实的技术储备，和其他 同类机构相比具有技术上的优势，完全有能力完成课题研究的任务并 达到技术指标。四、项目负责人及主要研究人员:姓名组内 职务职称主要任务参加本项h 实际工作时 间（月）/年本人签名张杰组长助理工程师总体方案设计、 组织实施10姚宁平组员研究员技术指导、项目协 调

6、8李乔乔组员助理工程师参与设计、现场试 验8宋昱播组员助理工程师软件开发与调试6王力组员助理工程师力学分析、现场试 验4五、项目实施计划（主要技术路线，关键技术、技术措施，详细进度 安排一一至少分成3-4段填写，产业化计划）：主要技术路线：技术调研总体方案设计螺杆钻具造斜规律研究数 学模型建立与分析轨迹预测软件开发软件测试现场验 证与软件优化项目总结与验收。1螺杆钻具在不同岩层中的造斜规律。2.数学模型建立与分析。技术措施:1.根据螺杆钻具造斜规律，统计分析螺杆钻具在不同岩层中, 工具面向角对钻孔轨迹倾角、方位角的影响。2.为了获得更准确预测数据，分析螺杆钻具造斜受力条件，采 用多种计算公式计

7、算，优化选取数学模型。详细进度安排：1.2010.12 2011.2。2. 2011.32011.4。3. 2011.52011.6。技术课题调研及总体方案设计。 螺杆钻具造斜规律研究及资料收集。 数学模型建立及软件编写。3.2011.7 2011.8。软件测试。4. 2011.92011.11。工业性现场试验及软件优化。5.2011.12o项目总结与验收。产业化计划：本项目主要针对定向钻进系统推广，优化定向钻进操作系统软 件，减小煤矿技术人员工作强度，有效的提高了定向钻进推广效率， 拓展我院产品业务。六、经费预算科目预算金额(万元)备注1 科研业务费5.5(1)研究费2技术查新，资料购买，专家咨 询等费用(2)分析/测试费用2力学建模与分析、软件开发与 测试(2)论文出版费0.5会议，论文出版等费用(3)差旅费1出差考察费用(4)其它2.实验材料费0.5(1)原材料购置费0.5串口，传感器等材料费用(2)其它3.仪器设备费1(1)购置1相关软件及高性能笔记本电脑(2)试制4.现场实验费0. 55.协作费0.5合计8科目预算金额(力元)备注实验材料费：用于购买传感器及数据串口的试验费用，计0.5 万。仪器设备费：购置1台高性能计算机及相关软件，用于定向钻具 力学建模及分析、软件开发与调试，计1万元。研究所审查意见:“井下定向钻轨