CN113742946B - 一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法、系统及可存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法、系统及可存储介质，属于地质勘探技术领域，采用近似分析简化孔底钻具的受力分析；引入挠度，将钻具自重导致的位移偏移叠加到下一钻杆钻孔的预测轨迹；采用预测轨迹到设计轨迹距离最短约束条件来构建关于下一钻杆工具面角的偏差函数。本发明简化了通过孔底钻具的受力分析来推导下一钻杆钻孔的预测轨迹的过程，降低了预测模型对地层参数、钻具参数的依赖，考虑钻具自重的影响，使得整个预测模型既简单又准确，同时使最优工具面角的求解便于计算，且在跟踪轨迹的整个过程中无需采用任何传感器，减少成本，增强了安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，更具体的说是涉及一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法、系统及可存储介质。
背景技术
煤矿井下定向钻技术因其钻孔深、钻孔轨迹可控制、实现多分支孔等优点而越来越广泛应用于煤矿瓦斯治理、地质构造勘探等领域，其中，煤矿井下水平定向长钻孔是一种可进行多分支孔施工的新型钻孔，具有钻进效率高、瓦斯抽采效果好以及可大面积集中抽采等优点，采用水平定向长钻孔抽采瓦斯现已成为国内外煤层气开采、瓦斯抽放的主要技术途径。
目前，成熟的钻采方案是利用随钻测量系统监测实际钻孔轨迹与设计轨迹间的偏差，再通过调整工具面朝向来减小偏差，达到控制实钻轨迹的目的。
但是，在实际煤矿井下施工中，随钻测斜系统是在一根钻杆打钻完成后才进行测量，因此不可能边钻边测边调整，只能通过建立的轨迹预测模型求解最佳逼近设计轨迹的预测轨迹，然后根据预测轨迹进行打入下一根钻杆。由此如何跟踪设计轨迹的问题转化成了如何求解最优预测轨迹问题。在现有技术中，公开号为CN109630016A专利主要是通过纵横弯曲梁理论与三点定圆法来求解预测坐标，其中涉及到孔底钻具组合的连续受力分析，该过程需要获取钻机钻速和钻压，并且需要求解下一根钻杆的预测造斜率。因此需要安装矿用直线速率传感器和矿用压力传感器，既增加了成本也降低了安全性，并且该模型复杂不便于计算求导。
因此，如何提供一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法、系统及可存储介质是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法、系统及可存储介质，使用较为简单明了的模型预测钻孔轨迹，以力学分析为基础，在模型中考虑到了钻杆钻头重力的影响，建立预测坐标误差关于工具面角的函数表达式，可以方便的求出预测轨迹与设计轨迹的偏差，从而对工具面角进行求导得到最佳工具面角，在每根钻杆开钻前对工具面角进行调整，使实际轨迹最大程度贴近设计轨迹。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，基于钻孔、钻头以及钻杆，包括以下步骤：
参数获取：获取当前钻孔的姿态参数以及钻杆、钻头参数；
计算边缘坐标函数：在载体坐标系下根据钻杆、钻头参数以及当前姿态角绘制曲线簇，并计算曲线簇底面边缘坐标函数；
坐标函数转换：将边缘坐标函数转换为在孔口坐标系下的坐标函数；
计算预测坐标：根据孔口坐标系下坐标函数计算得到预测坐标；
计算最佳工具面角：根据预测坐标得到预测坐标偏差函数，并根据所述预测坐标偏差函数得到最佳工具面角；
获得跟踪轨迹：根据最佳工具面角进行操作，获得实钻跟踪轨迹。
优选的，所述姿态参数包括倾角、工具面角以及方位角。
优选的，所述曲线簇的侧面为曲面的圆锥体，其中底边缘为圆，所述圆锥体底面边缘坐标由第一跨长度和第二跨长度旋转得到的坐标叠加而成，具体计算边缘坐标函数的过程为：
根据第二跨长度围绕圆锥中心线旋转一周得到圆锥体曲面第一部分，计算出圆锥体第一部分分底面边缘坐标为：
其中，Ω为待求参数工具面角，为第二跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中X轴坐标函数，/>为第二跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Y轴坐标函数，/>为第二跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Z轴坐标函数；
根据第一跨长度围绕圆锥中心线旋转一周得到圆锥曲面第二部分，计算出圆锥体第二部分底面边缘坐标为：
其中，Ω为待求参数工具面角，为第一跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中X轴坐标函数，/>为第一跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Y轴坐标函数，/>为第一跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Z轴坐标函数；
将上述两部分底面边缘坐标叠加得到的圆锥体底面边缘坐标为：
其中，为圆锥体底面边缘坐标中X轴坐标函数，/>为圆锥体底面边缘坐标中Y轴坐标函数，/>为圆锥体底面边缘坐标中Z轴坐标函数。
优选的，所述将边缘坐标函数转换为孔口坐标系下坐标函数的具体为：
将孔口处坐标系的X(N)轴坐标、Y(E)轴坐标、Z(D)轴坐标旋转对应角度，得到X轴坐标旋转矩阵、Y轴坐标旋转矩阵以及Z轴坐标旋转矩阵；
根据X轴坐标旋转矩阵、Y轴坐标旋转矩阵以及Z轴坐标旋转矩阵得到变换方程；
将圆锥底面边缘坐标代入变换方程得到孔口坐标系下的坐标函数/>
优选的，所述计算预测坐标包括：在孔口坐标系的基础上叠加钻杆的最大挠度，得到预测坐标函数(Nn+1，En+1，Dn+1)。
优选的，所述获得跟踪轨迹包括：按照最佳工具面角控制实钻轨迹使其能最大程度地轨迹跟踪，获得实钻跟踪轨迹。
优选的，还包括：根据最佳工具面角打入下一钻杆，并获取当前姿态角，判断当前姿态角是否需要退钻；
若否，则返回初始步骤继续进行轨迹跟踪；
若是，则进行退钻操作，完成全程轨迹跟踪。
另一方面，本发明还提供了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪系统，包括：
获取模块：用于根据随钻测量系统获取当前钻孔的姿态参数以及钻杆、钻头参数；
计算模块：与所述获取模块连接，用于在载体坐标系下根据钻杆、钻头参数以及当前姿态角绘制曲线簇，并计算曲线簇底面边缘坐标函数；
转换模块：与所述计算模块连接，用于将边缘坐标函数转换为孔口坐标系下的坐标函数；
预测模块：与所述转换模块连接，用于根据孔口坐标系下坐标函数计算得到预测坐标；
处理模块：与所述预测模块连接，用于根据预测坐标得到预测坐标偏差函数，并根据所述预测坐标偏差函数得到最佳工具面角；
跟踪轨迹确定模块：与所述处理模块连接，用于根据最佳工具面角进行操作，获得实钻跟踪轨迹。
再一方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述矿用定向钻孔轨迹跟踪方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法、系统及可存储介质，可以应用于矿井下水平千米定向钻机，从而实现轨迹跟踪控制。本发明采用近似分析简化了孔底钻具的受力分析；引入了挠度，将钻具自重导致的位移偏移叠加到下一钻杆钻孔的预测轨迹，形成一个偏心的曲面圆锥预测轨迹；采用预测轨迹到设计轨迹距离最短约束条件来构建关于下一钻杆工具面角的偏差函数；采用求解导函数的方式得出下一钻杆钻孔轨迹最佳逼近设计轨迹的最优工具面角。本发明简化了通过孔底钻具的受力分析来推导下一钻杆钻孔的预测轨迹的过程，降低了预测模型对地层参数、钻具参数的依赖，并且考虑的钻具自重的影响，使得整个预测模型既简单又准确，同时使得最优工具面角的求解简单，便于计算，且在跟踪轨迹的整个过程中无需采用任何传感器，减少成本，增强了安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供轨迹跟踪方法流程示意图；
图2为本实施例提供的圆锥体底面边缘坐标示意图；
图3为本实施例提供的载体坐标系下的预测坐标示意图；
图4为本实施例提供的轨迹跟踪方法系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1所示，本发明实施例针对现有矿用水平千米定向钻机的钻进方式，公开了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，具体实施步骤如下：
参数获取：根据随钻测量系统获取当前钻孔的姿态参数以及钻杆、钻头参数；
计算边缘坐标函数：在载体坐标系下根据钻杆、钻头参数以及当前姿态角绘制曲线簇，绘制曲线簇，并计算曲线簇底面边缘坐标函数；
坐标函数转换：将边缘坐标函数转换为在孔口坐标系下的坐标函数；
计算预测坐标：根据孔口坐标系下坐标函数计算得到预测坐标；
计算最佳工具面角：根据预测坐标得到预测坐标偏差函数，并根据预测坐标偏差函数得到最佳工具面角；
获得跟踪轨迹：根据最佳工具面角进行操作，获得实钻跟踪轨迹。
在一个具体实施例中，计算边缘坐标函数具体包括：
设定工具面角的范围为0～360°，工具面角不同，则所钻进的轨迹不同，因此，随工具面角的变化，根据当前钻头在孔口处的坐标绘制曲线簇，绘制曲线簇可以近似看做一个曲面圆锥面，圆锥角的大小为α。
参见附图2所示，为本实施例提供的圆锥体底面边缘坐标示意图，具体的，由于钻杆分为两跨L1和L2，所以圆锥面也分为两部分。圆锥底边缘求解步骤为：
根据第二跨长度围绕圆锥中心线旋转一周得到圆锥体曲面第一部分，计算出圆锥体第一部分分底面边缘坐标为：
圆锥体的第二部分底面圆坐标为在第一部分底面圆坐标的基础上加上第一跨长度L1形成的圆锥底面边缘坐标：
得到整个圆锥底面边缘坐标：
在一个具体实施例中，坐标函数转换具体包括：
孔口坐标系绕X(N)轴顺时针(朝X轴朝向望去)转过一个大小为Φ的角度，则旋转矩阵为：
同理，若坐标系Y(E)轴顺时针(朝Y轴朝向望去)转过一个大小为θ的角度，则旋转矩阵为：
若坐标系绕Z(D)轴顺时针(朝Z轴朝向望去)转过一个大小为Ψ的角度，则旋转矩阵为：
以上三个矩阵都是正交矩阵，而正交矩阵的逆矩阵为矩阵的转置，则一个矢量坐标由载体坐标系经旋转变换到孔口坐标系，其变换方程可表示为：
将圆锥底面边缘坐标代入变换方程得到孔口坐标系下的坐标函数/>
参见附图3所示，为载体坐标系下的预测坐标示意图，在一个具体实施例中，考虑到钻杆和钻头自重的原因，使用力学分析计算钻杆的最大挠度，最大挠度与上一钻杆的倾角相关，在重力方向叠加上最大挠度，即可得到在孔口坐标系下的预测坐标函数，即：在预测坐标叠加钻杆的最大挠度，得到最终的预测坐标(Nn+1,En+1,Dn+1)，式中θ为上一钻杆的倾角。
具体的，最大挠度公式为：
式中E为钻杆弹性模量，I为钻杆惯性矩；
其中：
在一个具体实施例中，将最终的预测坐标与设计坐标作差得到预测坐标偏差函数：
式中(Nn+1，En+1，Dn+1)为预测坐标为设计轨迹中下一点的设计坐标，ΔS为预测坐标偏差函数。
其中，设计坐标在钻机钻孔前由煤矿设计部门根据地质勘察单位提供的矿图进行设计和计算的，通常以钻杆杆号和对应的姿态角(倾角，方位角)给出。
整理后偏差函数ΔS可以写为：
ΔS＝A(sinΩ)2+B(cosΩ)2+CsinΩ+DcosΩ+E
其中：A、B、C、D、E都为常数，且A＝B＝P2，则
ΔS＝P2+CsinΩ+DcosΩ+E
具体的，ΔS对Ω求导，得到函数关系式：
令导函数为零并求解，得到结果为Ω′，则在0～2π范围内有两个数值使得上式成立，分别为Ω1和Ω2，当Ω大于零时，Ω1＝Ω′,Ω2＝Ω′+π,当Ω′小于零时，Ω1＝Ω′+π,Ω2＝Ω′+2π,可以通过计算Ω1和Ω2与上一钻杆的工具面角之间的距离来选择最佳工具面角Ωoptimal。
按照所求最优工具面角Ωoptimal打入下一钻杆，并启动随钻测斜仪查看当前姿态角，判断是否需要退钻。
更具体的，若不需要退钻，则返回初始步骤继续进行轨迹跟踪；
若需要退钻，则进行退钻操作，完成全程轨迹跟踪，由此，本实施例以力学分析为基础，结合钻具实时姿态构建轨迹预测模型，根据预测轨迹下一测点轨迹参数，通过对轨迹偏差进行数学求导的方式给出最佳工具面角，实现对钻孔轨迹的连续控制。
参见附图4所示，本发明实施例还公开了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪系统，包括：
获取模块：用于根据随钻测量系统获取当前钻孔的姿态参数以及当前钻头在孔口处的坐标；
计算模块：与获取模块连接，用于根据当前钻头在孔口处的坐标绘制曲线簇，并计算曲线簇底面边缘坐标函数；
转换模块：与计算模块连接，用于将边缘坐标函数转换为孔口坐标系下的坐标函数；
预测模块：与转换模块连接，用于根据孔口坐标系下坐标函数计算得到预测坐标；
处理模块：与预测模块连接，用于根据预测坐标得到预测坐标偏差函数，并根据预测坐标偏差函数得到最佳工具面角；
跟踪轨迹确定模块：与处理模块连接，用于根据最佳工具面角进行操作，获得实钻跟踪轨迹。
本发明实施例还公开了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法、系统及可存储介质，可以应用于矿井下水平千米定向钻机，从而实现轨迹跟踪控制。本发明采用近似分析简化了孔底钻具的受力分析；引入了挠度，将钻具自重导致的位移偏移叠加到下一钻杆钻孔的预测轨迹，形成一个偏心的曲面圆锥预测轨迹；采用预测轨迹到设计轨迹距离最短约束条件来构建关于下一钻杆工具面角的偏差函数；采用求解导函数的方式得出下一钻杆钻孔轨迹最佳逼近设计轨迹的最优工具面角。本发明简化了通过孔底钻具的受力分析来推导下一钻杆钻孔的预测轨迹的过程，降低了预测模型对地层参数、钻具参数的依赖，并且考虑的钻具自重的影响，使得整个预测模型既简单又准确，同时使得最优工具面角的求解简单，便于计算，且在跟踪轨迹的整个过程中无需采用任何传感器，减少成本，增强了安全性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，基于钻孔、钻头以及钻杆，其特征在于，包括以下步骤：
参数获取：获取当前钻孔的姿态参数以及钻杆、钻头参数；
计算边缘坐标函数：在载体坐标系下根据钻杆、钻头参数以及当前姿态角绘制曲线簇，并计算曲线簇底面边缘坐标函数；
坐标函数转换：将边缘坐标函数转换为在孔口坐标系下的坐标函数；
计算预测坐标：根据孔口坐标系下坐标函数计算得到预测坐标；
计算最佳工具面角：根据预测坐标得到预测坐标偏差函数，并根据所述预测坐标偏差函数得到最佳工具面角；
获得跟踪轨迹：根据最佳工具面角进行操作，获得实钻跟踪轨迹；
其中，所述曲线簇的侧面为曲面的圆锥体，所述圆锥体底面边缘坐标由第一跨长度和第二跨长度旋转得到的坐标叠加而成，具体计算边缘坐标函数的过程为：
根据第二跨长度围绕圆锥中心线旋转一周得到圆锥体曲面第一部分，计算出圆锥体第一部分分底面边缘坐标为：
其中，Ω为待求参数工具面角，为第二跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中X轴坐标函数，/>为第二跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Y轴坐标函数，/>为第二跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Z轴坐标函数；
根据第一跨长度围绕圆锥中心线旋转一周得到圆锥曲面第二部分，计算出圆锥体第二部分底面边缘坐标为：
其中，Ω为待求参数工具面角，为第一跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中X轴坐标函数，/>为第一跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Y轴坐标函数，/>为第一跨长度形成圆锥体底面边缘坐标中Z轴坐标函数；
将上述两部分底面边缘坐标叠加得到的圆锥体底面边缘坐标为：
其中，为圆锥体底面边缘坐标中X轴坐标函数，/>为圆锥体底面边缘坐标中Y轴坐标函数，/>为圆锥体底面边缘坐标中Z轴坐标函数。
2.根据权利要求1所述的一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，其特征在于，所述姿态参数包括倾角、工具面角以及方位角。
3.根据权利要求1所述的一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，其特征在于，所述将边缘坐标函数转换为孔口坐标系下坐标函数的具体为：
将孔口处坐标系的X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标旋转对应角度，得到X轴坐标旋转矩阵、Y轴坐标旋转矩阵以及Z轴坐标旋转矩阵；
根据X轴坐标旋转矩阵、Y轴坐标旋转矩阵以及Z轴坐标旋转矩阵得到变换方程；
将圆锥底面边缘坐标代入变换方程得到孔口坐标系下的坐标函数/>
4.根据权利要求3所述的一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，其特征在于，所述计算预测坐标包括：在孔口坐标系的基础上叠加钻杆的最大挠度，得到预测坐标函数(Nn+1，En+1，Dn+1)。
5.根据权利要求1所述的一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，其特征在于，所述获得跟踪轨迹包括：按照最佳工具面角控制实钻轨迹使其能最大程度地轨迹跟踪，获得实钻跟踪轨迹。
6.根据权利要求5所述的一种矿用定向钻孔轨迹跟踪方法，其特征在于，还包括：根据最佳工具面角打入下一钻杆，并获取当前姿态角，判断当前姿态角是否需要退钻；
若否，则返回初始步骤继续进行轨迹跟踪；
若是，则进行退钻操作，完成全程轨迹跟踪。
7.一种矿用定向钻孔轨迹跟踪系统，其特征在于，包括：
获取模块：用于根据随钻测量系统获取当前钻孔的姿态参数以及当前钻头在孔口处的坐标；
计算模块：与所述获取模块连接，用于根据当前钻头在孔口处的坐标绘制曲线簇，并计算曲线簇底面边缘坐标函数；
转换模块：与所述计算模块连接，用于将边缘坐标函数转换为孔口坐标系下的坐标函数；
预测模块：与所述转换模块连接，用于根据孔口坐标系下坐标函数计算得到预测坐标；
处理模块：与所述预测模块连接，用于根据预测坐标得到预测坐标偏差函数，并根据所述预测坐标偏差函数得到最佳工具面角；
跟踪轨迹确定模块：与所述处理模块连接，用于根据最佳工具面角进行操作，获得实钻跟踪轨迹。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述矿用定向钻孔轨迹跟踪方法的步骤。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104060983A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-09-24 | 河南华北基础工程有限公司 | 有线地磁随钻导向仪及测量方法 |
| WO2018201714A1 (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-08 | 中国矿业大学 | 一种煤矿瓦斯的精准抽采方法 |
| CN109630016A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-16 | 太原理工大学 | 一种矿用水平千米定向钻机轨迹跟踪方法 |
-
2021
- 2021-10-09 CN CN202111177820.4A patent/CN113742946B/zh active Active
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN104060983A (zh) * | 2014-07-11 | 2014-09-24 | 河南华北基础工程有限公司 | 有线地磁随钻导向仪及测量方法 |
| WO2018201714A1 (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-08 | 中国矿业大学 | 一种煤矿瓦斯的精准抽采方法 |
| CN109630016A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-04-16 | 太原理工大学 | 一种矿用水平千米定向钻机轨迹跟踪方法 |
Non-Patent Citations (1)
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| 煤矿井下定向钻孔轨迹预测技术;张杰;;煤矿安全(10);全文 * |
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