[发明专利]一种煤矿井下定向钻孔轨迹预测方法

说明书

技术领域：

本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种煤矿井下定向钻孔轨迹预测方法。

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。目前煤矿井下定向钻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，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程度不够易造成实际钻轨迹偏离设计钻孔轨迹，轻则致使定向钻具在孔内摩阻力过大而影响定向钻的施工安全和施工质量，重则钻具进入危险区域而发生孔内事故，造成重大经济损失。煤矿井下定向钻施工中无法准确预测钻孔轨迹，凭经验施工易使钻孔轨迹失去控制、增加钻孔施工风险现状。

发明内容：

针对上述现有技术中的问题，本发明的目的在于采用螺杆钻具工具面向角预测定向钻孔轨迹变化趋势，指导定向钻轨迹控制。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种煤矿井下定向钻孔轨迹预测方法，利用螺杆钻具的工具面向角改变钻孔轨迹倾角、方位角的算法，预测定向钻孔轨迹变化趋势。

一种煤矿井下定向钻孔轨迹预测方法，通过以下步骤实现：

步骤一根据煤矿井下实际钻孔各测点的测量数据轨迹参数：倾角、方位角、测深、主设计方位角，计算出钻孔各测点相对于孔口的空间三维坐标；

步骤二根据煤矿井下定向钻中螺杆钻具结构特征、施工地层特点，计算螺杆马达的预测造斜强度；

步骤三根据螺杆钻具造斜规律，利用工具面向角改变钻孔轨迹倾角、方位角的数学模型，计算预测点在该工具面向角的钻孔轨迹全弯曲角和其相应的造斜偏移量，再计算出造斜偏移量在垂直方向、水平方向产生的位移量和其相应的倾角变化、方位角变化量，进而计算出预测点的倾角、方位角；

步骤四利用预测点的倾角、方位角、测深及实际钻孔测点轨迹参数，计算出预测点的空间三维坐标，对比钻孔预测点与设计轨迹空间关系，选择沿钻孔设计轨迹变化的工具面向角施工。

（1）根据煤矿井下定向钻的实际钻孔测点轨迹参数：倾角{θ₁，θ₂…θ_i}、方位角{α₁，α₂…α_i}、测深{L₁，L₂…Li}、主设计方位角λ，可计算出钻孔各测点相对于孔口(0,0,0)的空间三维坐标：视平移{X₁，X₂…X_i}、左右位移：{Y₁，Y₂…Y_i}、垂深：{Z₁，Z₂…Z_i},钻孔轨迹三维坐标计算公式如下：