井下定向鉆孔軌跡預(yù)測(cè)研究

1、編號(hào)： 2011XAYQN006 類別： 青年基金項(xiàng)目 2011年度西安院自籌資金項(xiàng)目計(jì) 劃 任 務(wù) 書項(xiàng)目名稱： 井下定向鉆孔軌跡預(yù)測(cè)研究 承擔(dān)單位： 鉆探技術(shù)研究所 （蓋章）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 張 杰 起止年月： 2011年1月 2011年12月 中國(guó)煤炭科工集團(tuán)西安研究院制2011年2月一、 立項(xiàng)的必要性和緊迫性（從國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況、水平、發(fā)展趨勢(shì)，項(xiàng)目研究對(duì)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義，技術(shù)的先進(jìn)性與創(chuàng)新性等方面論述）：近年來我院ZDY6000LD、ZDY6000LD（A）等定向鉆進(jìn)設(shè)備與技術(shù)因其提高瓦斯治理效果而越來越受到礦方重視和青睞，并為我院帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益。然而煤礦井下定向軌跡控制技術(shù)是影

2、響該定向鉆進(jìn)設(shè)備使用的技術(shù)難點(diǎn)，目前煤礦井下定向軌跡控制主要通過分析隨鉆測(cè)量軟件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)軌跡數(shù)據(jù)得出鉆孔在目標(biāo)層的空間位置，結(jié)合軌跡控制經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整螺桿馬達(dá)的工具面向角來實(shí)現(xiàn)對(duì)定向鉆軌跡控制。因此現(xiàn)有的控制方法存在較大經(jīng)驗(yàn)性，定向鉆技術(shù)人員因經(jīng)驗(yàn)和對(duì)軌跡控制技術(shù)掌握不同，造成控制實(shí)鉆軌跡不一樣，可能出現(xiàn)以下情況：（1）軌跡控制不合理造成鉆孔局部孔段軌跡曲率較大，增加鉆具在孔內(nèi)摩擦阻力，增大定向鉆進(jìn)施工風(fēng)險(xiǎn)。（2）軌跡控制失誤造成鉆孔軌跡與設(shè)計(jì)軌跡偏離較大，影響鉆場(chǎng)相鄰鉆孔施工，達(dá)不到預(yù)期瓦斯抽采效果，嚴(yán)重時(shí)鉆孔脫離目標(biāo)層位進(jìn)入危險(xiǎn)地層而提鉆開分支或終孔，造成工期延誤。以上情況給礦方定向鉆進(jìn)

3、設(shè)備使用帶來不便，增加了定向鉆進(jìn)設(shè)備推廣難度和風(fēng)險(xiǎn)，為此需加深對(duì)煤礦井下定向鉆軌跡控制理論研究，并針對(duì)我院ZDY6000LD、ZDY6000LD（A）等定向鉆設(shè)備，開發(fā)出一套簡(jiǎn)單易學(xué)的定向鉆軌跡預(yù)測(cè)軟件。 二、 主要研究?jī)?nèi)容、主要研究目標(biāo)、主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：1、主要研究?jī)?nèi)容（1）煤礦井下定向鉆設(shè)備配套的1.25o、1.5o彎角螺桿馬達(dá)在不同硬度煤層、頂?shù)装鍘r層中造斜規(guī)律，重點(diǎn)研究螺桿馬達(dá)工具面向角對(duì)鉆孔軌跡的傾角和方位角變化影響。（2）建立常見曲率半徑鉆孔中的鉆具力學(xué)模型，分析鉆具受力情況，探索摩阻力較小的鉆孔軌跡，并優(yōu)化鉆孔軌跡控制方法。（3）選用摩阻力較小的工具面向角組合，預(yù)測(cè)其鉆孔軌跡變

4、化，并計(jì)算出最佳工具面組合，供技術(shù)人員進(jìn)行定向鉆進(jìn)軌跡控制參考。2、主要研究目標(biāo)為初級(jí)煤礦井下定向鉆技術(shù)人員提供一種定向鉆孔軌跡控制參考方法，使其更快而方便地掌握定向鉆軌跡控制技術(shù)，提高我院對(duì)礦方定向鉆技術(shù)人員培訓(xùn)效率。3、主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)（1）開發(fā)一套煤礦井下定向鉆軌跡預(yù)測(cè)軟件。（2）發(fā)表1篇關(guān)于定向鉆軌跡控制研究?jī)?nèi)容的文章。三、項(xiàng)目研究基礎(chǔ)（項(xiàng)目研究開發(fā)基礎(chǔ)，技術(shù)成熟狀態(tài)和主要缺陷，項(xiàng)目產(chǎn)品對(duì)國(guó)家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的符合程度）：鉆探技術(shù)研究所在參與“井下水平長(zhǎng)鉆孔鉆機(jī)研制及配套工藝開發(fā)”項(xiàng)目研發(fā)與設(shè)備推廣過程中，積累豐富煤礦井下定向鉆技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，特別是近年來我所技術(shù)人員為礦方提供了大量定向鉆進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)

5、培訓(xùn)，收集大量現(xiàn)場(chǎng)定向鉆技術(shù)資料，并不斷總結(jié)出定向鉆孔軌跡施工方法及鉆孔軌跡控制經(jīng)驗(yàn)，為本課題的定向鉆軌跡預(yù)測(cè)研究提供了基礎(chǔ)。本課題已有了前期的技術(shù)儲(chǔ)備，在課題研究的相關(guān)技術(shù)方面，進(jìn)行了大量的調(diào)研和資料查詢，掌握了課題涉及的技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為課題的研究工作做了扎實(shí)的技術(shù)儲(chǔ)備，和其他同類機(jī)構(gòu)相比具有技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，完全有能力完成課題研究的任務(wù)并達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。四、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及主要研究人員： 姓 名組內(nèi)職務(wù)職稱主要任務(wù)參加本項(xiàng)目實(shí)際工作時(shí)間（月）/年本人簽名張 杰組長(zhǎng)助理工程師總體方案設(shè)計(jì)、組織實(shí)施10姚寧平組 員研究員技術(shù)指導(dǎo)、項(xiàng)目協(xié)調(diào)8李喬喬組 員助理工程師參與設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)8

6、宋昱播組 員助理工程師軟件開發(fā)與調(diào)試6王 力組 員助理工程師力學(xué)分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)4五、項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃（主要技術(shù)路線，關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)措施，詳細(xì)進(jìn)度安排至少分成3-4段填寫，產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃）：主要技術(shù)路線：技術(shù)調(diào)研總體方案設(shè)計(jì)螺桿鉆具造斜規(guī)律研究數(shù)學(xué)模型建立與分析軌跡預(yù)測(cè)軟件開發(fā)軟件測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證與軟件優(yōu)化項(xiàng)目總結(jié)與驗(yàn)收。關(guān)鍵技術(shù)：1.螺桿鉆具在不同巖層中的造斜規(guī)律。2. 數(shù)學(xué)模型建立與分析。技術(shù)措施：1. 根據(jù)螺桿鉆具造斜規(guī)律，統(tǒng)計(jì)分析螺桿鉆具在不同巖層中，工具面向角對(duì)鉆孔軌跡傾角、方位角的影響。2. 為了獲得更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，分析螺桿鉆具造斜受力條件，采用多種計(jì)算公式計(jì)算，優(yōu)化選取數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)進(jìn)度安排：

7、1. 2010.122011.2。 技術(shù)課題調(diào)研及總體方案設(shè)計(jì)。2. 2011.32011.4。 螺桿鉆具造斜規(guī)律研究及資料收集。3. 2011.52011.6。 數(shù)學(xué)模型建立及軟件編寫。3. 2011.72011.8。 軟件測(cè)試。4. 2011.92011.11。 工業(yè)性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及軟件優(yōu)化。5. 2011.12。 項(xiàng)目總結(jié)與驗(yàn)收。產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃：本項(xiàng)目主要針對(duì)定向鉆進(jìn)系統(tǒng)推廣，優(yōu)化定向鉆進(jìn)操作系統(tǒng)軟件，減小煤礦技術(shù)人員工作強(qiáng)度，有效的提高了定向鉆進(jìn)推廣效率，拓展我院產(chǎn)品業(yè)務(wù)。六、經(jīng)費(fèi)預(yù)算科 目預(yù)算金額（萬元）備 注1.科研業(yè)務(wù)費(fèi)5.5（1）研究費(fèi)2技術(shù)查新，資料購(gòu)買，專家咨詢等費(fèi)用（2）分析/測(cè)試費(fèi)用2力學(xué)建模與分析、軟件開發(fā)與測(cè)試（2）論文出版費(fèi)0.5會(huì)議，論文出版等費(fèi)用（3）差旅費(fèi)1出差考察費(fèi)用（4）其它2.實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)0.5（1）原材料購(gòu)置費(fèi)0.5串口，傳感器等材料費(fèi)用（2）其它3.儀器設(shè)備費(fèi)1（1）購(gòu)置1相關(guān)軟件及高性能筆記本電腦（2）試制4.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)費(fèi)0.55.協(xié)作費(fèi)0.5合 計(jì)8科 目預(yù)算金額（萬元）備 注實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)： 用于購(gòu)買傳感器及數(shù)據(jù)串口的試驗(yàn)費(fèi)用，計(jì)0.5萬。儀器設(shè)備費(fèi)：購(gòu)置1臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件，用于定向鉆具力學(xué)建模及分析、軟件開發(fā)與調(diào)試，計(jì)1萬元。研究所審查意見：“井下定向鉆軌跡預(yù)測(cè)研究”能有效地提高我