煤矿井下复合定向钻进及配套泥浆脉冲无线随钻测量技术研究

煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用赵建国;赵江鹏;许超;吴智峰【摘要】针对传动滑动钻进方法施工千米以上长距离定向钻孔遇到的问题,借鉴石油钻井领域先进技术经验,提出煤矿井下近水平复合定向钻进技术,对其高效钻进机理与钻孔轨迹控制原理进行了分析探讨.根据复合定向钻进工艺技术要求,完成了泥浆脉冲无线随钻测量系统选型,完善了复合定向钻进技术装备配套,形成了泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进工艺,开展了煤矿井下长距离定向钻孔复合定向钻进现场试验,完成一个1566 m本煤层定向长钻孔.试验结果表明,与传统滑动定向钻进技术相比,在钻进安全性显著提升的基础上,复合定向钻进技术综合钻进效率显著提升,实现了本煤层定向长钻孔的安全高效钻进.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】5页(P202-206)【关键词】复合定向钻进;泥浆脉冲;随钻测量【作者】赵建国;赵江鹏;许超;吴智峰【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】P634随着我国煤矿井下高产高效综采技术全面推广，煤矿安全生产对于煤矿井下地质异常体探测钻孔、水害防治钻孔与瓦斯抽采钻孔轨迹精确控制要求不断提高，随钻测量定向钻进技术在煤矿坑道钻探工程领域迅速推广，广泛应用于煤层瓦斯抽采治理，矿井水害防治，井下隐蔽致灾地质因素探查，采空区防灭火等工程领域[1-2]。

在上述背景下，传统的滑动定向钻进技术逐渐暴露出一些问题和不足：下斜定向长钻孔钻进返渣不畅，局部孔段易出现积渣卡钻情况；碎软地层孔壁稳定性差，易发生塌孔埋钻、卡钻事故；随着钻孔深度的增加，孔内钻柱存在“托压”现象，导致钻机推进压力过高，不利于实现深孔钻进。

上述问题的出现，一定程度上制约了随钻测量定向钻进技术在煤矿井下定向长钻孔中的进一步推广。

基于定向钻进技术的随钻测量系统应用研究发布时间：2022-11-27T06:55:43.348Z 来源：《中国科技信息》2022年8月第15期作者：钱龙[导读] 伴随着我国对于矿井开采力度的不断加大，相关的技术研究也在不断地不断地进展。

钱龙山西金鼎高宝钻探有限责任公司 048000摘要：伴随着我国对于矿井开采力度的不断加大，相关的技术研究也在不断地不断地进展。

为了能够针对煤矿井进行更加精确的开采，定向钻进技术的随钻测量系统开始广泛地应用于各个煤矿井的开采工作中，使得煤矿井的开采工作效率大幅度提升，对于我国的能源行业的发展提供了先进的技术。

本文章基于定向钻进技术进行研究，研究分析随钻测量系统在煤矿井下开采过程中的应用效果。

并且针对随钻测量定向钻进技术的三个应用进行了阐述，希望能够有更多相关技术人员了解到该技术的应用，推动我国煤矿井下开采的发展。

关键词：定向钻进技术；随钻测量系统；煤矿井前言我国煤矿开采技术在不断地改革创新，矿井安全生产方面上得到了更加广泛的关注。

当前的煤矿开采要逐步实现智能化开采的工作方式，确保煤矿开采生产过程变得更加安全，保障煤矿工人的生命财产安全。

当前煤矿开采工作对于矿井勘测、瓦斯抽放等相关业务的要求也在不断地提高，只有针对技术方面上进行创新才能够满足前阶段的要求。

随钻测量定向钻进技术是当前较为常用的一种煤矿井下施工技术，能够有目的地将钻孔轴线由弯曲变直，尽可能地确保在井下工作的过程中逼近目标要求，确保煤矿井下的开采工作能够顺利完成。

很多相应的煤矿开采企业开始针对随钻测量系统进行研究并且应用在实际开采工作中，取得了良好的效果。

一、随钻测量定向钻进技术概述及原理（一）随钻测量技术概述随钻测量技术指的是矿井在施工的过程中，施工技术人员在钻头钻进的过程中实现各种参数连续测量的技术，这些参数主要包括矿井的倾角、方位角等等，伴随着参数的测量调整钻头地钻进状态，更好地完成矿井的探测开采工作。

煤矿井下水平定向钻进技术与装备的新进展石智军;李泉新;姚克【摘要】煤矿井下定向钻进技术作为一项工程领域的新技术,已经广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采、防治水、地质勘探和精确工程钻孔施工等领域.经过在国内30多个矿区推广应用,煤矿井下定向钻进技术和装备逐渐完善并取得新进展,形成了ZDY12000LD型大功率定向钻机、无线随钻测量系统、地质导向钻进装置及复合定向钻进工艺.结合现场试验完成了主孔深度1881 m的煤层定向长钻孔和1026 m岩层定向长钻孔,充分说明了ZDY12000LD型钻机功率大、钻进及事故处理能力强,无线随钻测量系统测量精度高,配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑、沉渣少、钻孔曲率小,钻进效率高.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2015(042)001【总页数】5页(P12-16)【关键词】煤矿井下;定向钻孔;无线随钻测量;地质导向;大功率定向钻机;复合定向钻进【作者】石智军;李泉新;姚克【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】P634.7煤矿井下定向钻进技术可以实现钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在预定层位中的有效延伸，增长钻孔有效抽采距离，增加钻孔瓦斯抽采量，提高瓦斯抽采率;另外定向钻进技术可进行多分支孔施工，施工的钻孔能均匀覆盖整个工作面，具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，能显著提高煤层瓦斯治理效果，现已成为我国煤矿区瓦斯高效抽采的主要技术途径［1－2］。

定向钻进技术自2008年开始在我国煤矿井下应用以来，据统计已在30多个矿区进行了广泛的推广应用［3－4］，不断改进完善并取得了新的重要进展，在国内煤矿井下完成了最大孔深1881 m，终孔直径98 mm和孔深1209 m，终孔直径120 mm的集束型瓦斯抽采水平定向长钻孔;完成了最大孔深1026 m，终孔直径153 mm的顶板岩石高位定向长钻孔。

泥浆脉冲信号检测方式研究泥浆脉冲信号检测方式研究引言：泥浆脉冲信号是一种关键的地质勘探技术，常用于石油钻井中的岩层识别和井下测井。

泥浆脉冲信号检测方式的研究，对于提高钻井效率、减少钻井事故具有重要意义。

本文将深入探讨泥浆脉冲信号检测方式的多个方面，并分享个人的观点和理解。

一、泥浆脉冲信号的生成原理1.1 钻井过程中的泥浆脉冲信号产生机制在钻井过程中，钻头旋转和钻进作业会引起钻井液的扰动，进而产生泥浆脉冲信号。

这种信号主要受到钻头状态、岩层性质、钻井液参数等因素的影响。

1.2 泥浆脉冲信号的特点与应用泥浆脉冲信号具有频率范围广、能量较强、传输距离远等特点，使其成为了岩层识别和井下测井的重要手段。

通过对信号的检测和处理，可以获取到地层的物理性质和构造信息。

二、泥浆脉冲信号的检测方式2.1 传统的泥浆脉冲信号检测方法传统的泥浆脉冲信号检测方法主要依赖于专用的传感器和检测设备。

这些设备通常需要固定安装在钻井设备上，对于井下作业具有一定的限制。

2.2 基于无线传输的泥浆脉冲信号检测方法随着无线传输技术的发展，基于无线传输的泥浆脉冲信号检测方法逐渐兴起。

这种方法通过无线传感器将信号收集并传输到地面设备进行处理，不仅提高了检测的灵活性，同时也降低了装置安装和维护的成本。

三、泥浆脉冲信号检测方式的发展趋势3.1 多传感器结合的泥浆脉冲信号检测方法目前，一种新的趋势是采用多传感器结合的方式进行泥浆脉冲信号的检测。

这些传感器可以针对不同参数进行监测，进一步提高信号的准确性和可靠性。

3.2 人工智能在泥浆脉冲信号检测中的应用另一个发展方向是将人工智能应用于泥浆脉冲信号的检测与处理中。

通过机器学习算法，钻井工程师可以更准确地判断地层的性质，提高钻井效率和安全性。

结论：泥浆脉冲信号检测方式的研究对于提高钻井效率和保障钻井安全具有重要意义。

目前，随着无线传输技术和人工智能的发展，新的泥浆脉冲信号检测方法不断涌现。

多传感器结合和人工智能的应用将进一步提高信号的准确性和可靠性。

煤矿井下随钻测量定向钻进技术发表时间：2020-12-30T02:21:57.407Z 来源：《中国科技人才》2020年第24期作者：程建未[导读] 煤矿生产作为当前社会生产中的重要组成部分，对于社会经济的发展有着极为重要的作用。

中国煤炭地质总局一一九勘探队河北省邯郸市 056400摘要：煤矿生产作为当前社会生产中的重要组成部分，对于社会经济的发展有着极为重要的作用。

这就要求有关部门可以对煤矿开采有着足够的重视，确保煤矿开采工作可以顺利进行。

在这一过程中，相关部门应当对煤矿井下随钻测量定向钻进技术有着一个较为基本的了解，确保煤矿随钻测量结果的准确性。

随钻测量技术在煤矿开采中的合理应用，可以有效提高煤矿钻孔轨迹的精确控制，使得当前的煤矿开采更加高效化。

同时，随钻测量定向钻进技术还可以被应用于地质勘测中，在地质行业中有着较为广泛的应用。

通过对随钻测量定向钻进技术的研究，有效推动煤矿开采效率的提高，还能在一定程度上推动当前社会经济的稳定发展。

关键词：煤矿；随钻测量；定向钻进技术；分析随着社会经济的快速发展，人们对于煤矿开采也有着更高的要求。

煤炭作为当前较为常用的能源之一，对于社会经济的稳定发展有着极为重要的作用。

通过煤矿开采效率的提高，从而实现当前社会生产力的稳步提高。

随钻测量定向钻进技术作为煤矿开采中较为重要的施工工艺，对于煤矿开采效率的提高有着较为直接的影响。

这就要求有关部门能够对煤矿随钻测量定向钻进技术有着足够的重视，使得当前的煤矿开采可以更加合理化。

在这一过程中，煤矿企业还应当注意对于工作人员专业素养的培养，确保工作人员可以充分满足煤矿开采的需要，有效实现煤矿经济效益的提高。

同时，煤矿随钻测量定向钻进技术不仅可以被合理应用于煤矿领域，还可以被应用于地质勘测中，对于地质行业的发展有着较为重要的作用。

下面本文将针对煤矿随钻测量定向钻进技术进行分析研究。

1.随钻测量定向钻进技术原理1.1.钻进技术在对煤矿随钻测量定向钻进技术进行分析时，首先工作人员需要对煤矿随钻测量定向钻进技术原理有着一定的了解，确保煤矿开采可以顺利进行。

煤矿井下随钻测量定向钻进技术与应用探究作者：李磊来源：《中国科技纵横》2018年第06期摘要：本文简要阐述了随钻测量定向技术的应用原理，并对随钻测量定向钻进工艺做出了分析，随后进一步探讨了煤矿井下随钻测量定向钻进技术的应用。

以期通过本文的分析与研究，能够为煤矿井下作业技术的进一步完善提供相应的参考与借鉴。

关键词：煤矿；瓦斯抽采；随钻测量；定向钻进中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0180-02随着社会的发展和科技的进步以及城市化进程的不断推进，促使对于煤炭等能源的应用数量与范畴进入到全新的阶段。

在煤矿井下开采环节中，随钻测量定向钻进技术应用范围也呈现出逐渐扩展的趋势，通过应用此种技术，不仅能够完成较硬煤层的瓦斯抽采，还能够进行地质勘探等作业。

因而对此项技术进行应用研究，便具有典型的现实价值与意义。

1 随钻测量定向钻进技术原理1.1 钻进技术随钻测量定向钻进设备由两部分结构构成，且钻进设备是其中的基础部分之一。

应用于煤矿作业中的随钻测量定向钻进设备，其钻进设备中涵盖定向钻机、泥浆泵以及马达等部件。

在钻进设备运行过程中，泥浆泵通过对高压水的输送，使马达能够利用高压水来完成驱动与转动，进而为钻机的作业提供原动力。

在此过程中，钻进方向也由马达进行调控。

1.2 测量技术除了钻进设备之外，随钻测量定向钻进设备中的另一大核心技术，便是测量技术。

设备中的测量探管，可对钻孔倾斜角、方位角以及工具面向角等进行探测和接收，并由监视器生成钻孔路径图形。

由此便可使之与设计路径图形做出实时比对，以此做出更为精确的调整，确保钻孔路径与设计路径相同。

2 随钻测量定向钻进工艺分析2.1 水平长钻孔施工工艺通常情况下，煤矿井下瓦斯抽采的技术人员，希望钻孔作业能够穿透更厚的煤层，并尽量确保钻孔长度能够最大限度的延伸，以此来确保瓦斯抽采作业的准确与高效。

同时，在进行地质构造勘探过程中，若面对相对复杂的地质构造时，要尽可能的对构造障碍进行避让，来尽量增长钻孔长度。

煤矿井下复合定向钻进技术研究与应用摘要:本文结合煤层的地质条件，采用井下随钻测量定向钻探技术与旋转磁场定位技术相结合的方式，降低井下定向长钻孔轨迹控制误差、提高中靶率，远端对接连通井下定向长钻孔与地面U型井组直井，拟达到改变地面U型井组抽采方式，降低了煤矿区域瓦斯排采成本的目的。

关键词:煤矿井下;复合定向钻进;无线随钻测量;引言为了提高地面煤层气井组抽采效率，通过对煤矿井下复合定向钻进的结构设计、钻孔轨迹控制技术及对接工艺技术等施工技术进行研究，利用泥浆脉冲无线随钻测量复合定向钻进技术和主动磁测距技术来实现钻孔轨迹控制、精准对接贯通。

结果表明，主动磁测距技术可以有效的降低定向钻孔轨迹测量累积误差、消除靶点标定误差，实现精确中靶。

井下复合定向钻进与地面U型井组直井成功贯通为煤矿区井下和地面井组抽采系统构建了连通通道，降低了煤矿区域瓦斯排采成本，为井下、地面立体式联合抽采模式的应用提供了技术支持。

近年来，国内大型矿井采用随钻测量定向钻进技术施工井下水平定向长钻孔进行煤矿区域瓦斯预抽、水患探查治理、异常区域超前探测等已经逐步成熟。

研究表明，大功率随钻测量定向钻进装备可以满足煤矿井下2570m和3353m顺煤层超深瓦斯抽采定向钻孔施工要求。

研究表明，井下随钻测量定向钻进技术及配套装备可以精准探测老空水、底板奥灰水等各种隐伏构造，这种探测手段具有精确可控、探测覆盖范围较广等优势，但是此种技术在煤矿井下远端精准对接应用领域尚未做进一步研究。

基于旋转磁场地位技术的地面煤层气井精准对接钻井及完井工艺，并应用于晋城矿区煤层气勘探开发，取得了良好效果，但该技术在煤矿井下对接钻进中应用效果有待进一步检验。

1井下复合定向钻进钻进技术特点煤矿井下复合定向钻进是指煤矿井下水平定向长钻孔与直井井口水平间距大于500m的其他地面井组在目标煤层中进行精准对接连通。

此类钻孔钻进工艺集成了无线随钻测量定向长钻孔钻进、复合定向钻进、旋转磁测距、本煤层定向长钻孔侧钻开分支孔等多项先进技术。

无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理作者：张诒民来源：《科学导报·学术》2019年第51期摘 ;要：无线随钻测量泥浆脉冲传输中，根据无线传输通道的不同，可分为四种方式：泥浆脉冲的传输方式、电磁波的传输方式、声波的传输方式、光纤的传输方式。

在生产实践中应用泥浆脉冲的传输方式和电磁波的传输方式钻井，信号可以传输到地面，不仅能够远距离传输，而且具有良好的可靠性。

本文着重研究无线随钻测量泥浆脉冲传输方式工作原理。

关键词：无线随钻测量;泥浆脉冲;传输方式;工作原理引言：无线随钻测量泥浆脉冲传输方式主要包括两种传输方式，即有线传输方式和无线传输方式。

随钻测量及其相关技术发展速度非常快，从有线随钻测量到无线随钻测量，参数增多了，测量结果更加准确。

无线随钻测量技术已经成为工程技术领域中的重要方向。

对于该种信号传输方式进行研究中，准确掌握工作原理是非常重要的。

具體如下。

一、正脉冲方式泥浆正脉冲发生器上的针阀与泥浆正脉冲发生器小孔的相对位置会改变泥浆流动通道并在此处积聚，从而提高钻柱内泥浆压力。

针阀处于运动状态，发挥了驱动控制电路的作用，由探针管编码的测量数据来实现。

电磁阀直接驱动针阀需要的动力是非常大的，主要使用功能了小阀推大阀的方式，将泥浆的动力充分利用起来[1]。

同时，通过连续检测立管压力的方法，对不断变化的压力全面掌握，采用解码的方法将其转换成相应的测量数据。

涡轮钻具随钻测量系统可以在钻井液循环的情况下进行连续测量。

用钻盘钻孔时，钻具必须停止转动1.5秒之后才能测量。

其它液压通道的随钻测量系统与上述仪器的区别在于脉冲发射器的不同。

脉冲发生器的阀门由电磁线圈或步进电机控制，步进电机有较高的精度。

当测井传感器在测量的过程中有信号产生的选时候，起动器促使阀动作提升，节流钻井液。

压力脉冲信号的产生是通过地面检测设备检测获得的。

当钻杆停止旋转并保持钻井液循环的时候，传感器开始测量角度。

电动钻具钻进的过程中，钻井液循环多长时间，方位角的重复测量时间、井斜角的重复测量时间以及工具角的重复测量时间，都采用10位二进制测量，通常信号传输时间为50秒，传输深度超过7000米，由于技术环境有限，中国目前依然采用正脉冲模式[2]。

无线随钻测量泥浆脉冲信号传输浅析无线随钻测量泥浆脉冲信号传输浅析【摘要】无线脉冲随钻测斜仪是以钻井液作为信号传输介质，使井下探管所测数据能够以压力脉冲形式在钻杆内部传输到地面。

在脉冲信号传输的过程中，将会受到噪声的影响，噪声来源有钻井泵活塞运动、井下动力钻具、钻头切削等。

本文将对这些噪声的来源及特性进行分析，从而提出防止脉冲信号被干扰的方法。

【关键词】泥浆脉冲；传输；噪声无线脉冲随钻测斜仪是以钻井液作为信号传输介质，使井下探管所测数据能够以压力脉冲的形式在钻杆内部传输到地面，但泥浆脉冲信号传输过程容易受到钻井泵活塞运动、井下动力钻具、钻头切削等噪声的影响，其频率越接近于脉冲信号的频率，就越容易对地面信号的解码产生影响，因此对钻井液的性能、钻进参数及钻井设备的要求较高。

1.泥浆脉冲信号的产生及传输钻井液压力脉冲传输是将被测参数转变成钻井液压力脉冲，由钻杆内部自井底传输到地面，国内基于泥浆脉冲传输信号的MWD有正、负脉冲等类型。

以国产海蓝YST-48R为例，当井下定向探管的流量开关判断停泵后，定向探管开始测量停泵数据，当流量开关判断开泵后，定向探管将测量的数据变成电信号，发送到脉冲发生器，由它控制仪器脉冲发生器的伺服阀阀头。

当伺服阀阀头不工作时，由于钻井液在循环套和限流环的斜坡处产生反冲，将驱动头总成最下端的主阀头顶起，阀筒内弹簧被压紧，这时钻井液可顺利通过限流环。

当伺服阀阀头向上提起时，泥浆将流入驱动头总成的内孔，使驱动头总成内外压力平衡，阀筒内弹簧释放，使在主阀头与限流环处泥浆的过流面积减小，这样就产生一个正的钻井液压力脉冲，类似的还有负脉冲传输系统、连续波传输系统。

2.影响钻井液脉冲信号传输的因素最影响钻井液脉冲无线随钻仪器信号传输的是传输介质不稳定，压力脉冲在钻井液中传输衰减严重，且易受到外界噪声干扰。

假设要在地面成功捕捉到脉冲信号，就要尽量提高压力脉冲的初始信号强度，降低外界噪声干扰，控制噪声频率，提高信号传输信噪比。

随钻测量系统在石油勘探中起着至关重要的作用，它能够通过钻井操作时钻头下方的地层岩石特性来判断地层情况，为油田开发提供重要的数据支持。

而泥浆脉冲信号是随钻测量系统中的关键信号之一，其准确性和稳定性对系统的测量性能具有重要影响。

为了提高泥浆脉冲信号的测量精度，我们开展了对其滤波算法的研究与实现。

一、泥浆脉冲信号的特点泥浆脉冲信号是随钻测量系统中测量地层岩石特性的一种信号，其特点主要包括：1. 高频信号：泥浆脉冲信号具有高频特性，信号频率较高。

2. 噪声干扰：在钻井作业中，钻头的旋转、井壁的摩擦等因素会引入大量噪声，对泥浆脉冲信号的测量造成干扰。

由于以上特点，泥浆脉冲信号的测量是一项具有挑战性的工作，需要通过对信号进行滤波处理来提高测量精度。

二、泥浆脉冲信号滤波算法的研究针对泥浆脉冲信号的特点，我们进行了滤波算法的研究，主要包括以下几个方面：1. 频率特性分析：对泥浆脉冲信号进行频谱分析，确定其频率成分和功率分布情况，为滤波算法的设计提供依据。

2. 滤波器设计：根据泥浆脉冲信号的频率特性，设计合适的数字滤波器，以实现对信号频率成分的有效提取。

3. 滤波算法优化：对已设计的滤波器进行优化，使其能够在高噪声干扰下仍能有效滤除噪声，保留有用信号。

通过以上研究，我们针对泥浆脉冲信号的特点，提出了相应的滤波算法方案，并进行了理论分析和仿真验证。

三、泥浆脉冲信号滤波算法的实现在泥浆脉冲信号滤波算法的实现过程中，我们主要进行了以下工作：1. 算法编写：根据设计的滤波算法方案，采用Matlab等软件编写数字滤波器程序，并进行仿真验证。

2. 硬件实现：将设计好的滤波算法转化为硬件电路，选择合适的滤波器芯片进行搭载，实现对泥浆脉冲信号的实时滤波处理。

3. 系统集成：将实现了泥浆脉冲信号滤波算法的硬件集成到随钻测量系统中，进行实地测试和应用验证。

通过以上工作，我们成功实现了对泥浆脉冲信号的滤波处理，提高了随钻测量系统的测量精度和稳定性。

煤矿井下随钻测量技术及钻孔轨迹数据处理方法研究在煤矿生产作业中，为确保生产效率及安全，多会采取定向钻进技术，确保煤矿生产钻进工作的有效控制。

研制我国煤矿井下随钻测量技术，探究钻孔孔迹数据处理方法，其具备着极为显著的实践应用价值。

从一般水平定向钻进入手，分析水平定向钻孔轨迹的基本要素，探究煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法，提出一定的钻孔孔迹数据处理方法。

标签：煤矿井下随钻测量技术；钻孔轨迹；数据处理1 一般水平定向钻进钻孔轨迹一般意义上的水平定位钻进，多选择以地面作为参照，并进行相应空间坐标系建立。

在煤矿生产作业中，其水平定向钻孔则需要依据井下钻场为参照，建立相关的空间坐标系。

为确保钻孔钻井精度及效率，需要综合考虑矿井实际状况，确保空间坐标系建立准确性，并研究表征钻孔贵轨迹空间位置的实际点、线、面与角之间所存在的具体关系，确定描述钻孔轨迹的方法及相关计算方法，将其作为钻孔轨迹设计与钻孔轨迹数据信息处理的理论基础。

定向钻孔轨迹，以空间曲线参数作为划分标准，则可以分为设计钻孔轨迹、实际钻孔轨迹与实测钻钻孔轨迹。

其中实际钻孔轨迹，指的是钻头钻进过程中由钻头中心点沿着钻孔轴移动所形成的实际的几何路径，其钻孔轨迹，是由众多点组合而成。

然而在实际操作过程中，受条件限制无法对钻孔轨迹中的所有点实施测量，因此其实际钻孔跪进仅仅具备抽象意义，无法将其完整绘制展示。

钻孔实测轨迹，指的是在钻进过程中，对实际轨迹中存在的某些特定点执行测量操作获得的轨迹，这些店称之为测点，以测点为基础，绘制出的钻孔轨迹表现为折线，折线与实际轨迹之间所具备的近似程度，是由测点的密集程度来决定的。

媒矿井下水平定向钻孔轨迹空间坐标作为基础，逐步实现钻孔轨迹描述与绘制作业。

其操作步骤主要为：第一，依据区域特征及实际，建立钻孔轨迹空间坐标系，对钻孔轨迹所处于的实际空间位置进行确定。

传统方式的地面钻孔，多会选择以地面作为参照，依据钻孔表现的方向，多将向下方向作为垂直轴，设置为Z，表示正方向，然而井下钻孔作业，不仅仅存在着垂直孔与下斜孔，还存在着近水平孔，钻有上仰孔，且其钻孔地点均位于地面以下，为方便研究与描述其钻孔钻进状态，其基本参照物多选择井下钻场，依据其参照体系，构建出垂直于轴向上为正方向的煤矿井下钻孔坐标系。

52一、随钻测量技术的分类随钻测量技术就是指在钻进过程中通过井下测量仪器测量所需的井眼轨迹数据，然后利用各种不同的方式将数据传输至地面，地面系统接收后进行解码得到井下所测数据。

目前，随钻测量技术根据其功能可以分为随钻测井技术（LWD）、随钻测量技术（MWD）等。

随钻测量技术根据其采用的数据传输方式不同，可以分为有线随钻测量技术、无线随钻测量技术和其他方式。

有线随钻测量技术具有传输速率高，测量项目齐全等优势，但是其施工不方便，需要停止钻井作业才能施工，因此会耽误较多时间。

无线随钻测量技术又可以根据其传输介质分为泥浆脉冲方式、电磁波方式、声波方式；其中泥浆脉冲方式技术最为成熟，使用受限较小，所以其应用最为广泛，但是它受到泥浆性能的影响严重，比如在泡沫欠平衡钻井中就无法使用；电磁波传输方式不受钻井液性能的影响，所以适合于欠平衡钻井，但是它的传输深度受到地层电阻率的限制，所以其应用范围并不广泛，只能在某些区块应用较多；声波传输方式目前还处于研发阶段，最近也有报道该方式现场试验成功的案例，但是还没有形成商业规模；其他的无线随钻测量技术主要是指智能钻杆，其传输速率快，同时不受泥浆性能的限制，但是其生产成本高，现在只处于试验阶段，距离规模化商业应用还有一段时间。

二、泥浆脉冲传输方式目前，泥浆脉冲信号传输方式主要有正脉冲、负脉冲、连续波。

正脉冲主要是依靠节流控制阀，当井下仪器开始工作时，钻井液通过仪器的截面积发生变化，从而引起钻柱内泥浆压力的波动，地面设备检测到压力波后，开始解码。

正脉冲发生器的主要部件及原理如图1所示。

在信号传输过程中，蘑菇头上下伸缩，由于蘑菇头是具有一定角度的锥体，其伸缩过程中会导致限流环与蘑菇头间的间隙发生变化，这点变化会导致高压钻井液的压力发生较大变化，从而产生类似于正玄波的压力波动。

其中钻井液压力变化也即图1中入口压力1p和出口压力2p之间的压力差p∆发生变化。

p∆可由下式（2）求得：22121212()6d p p r rQvl r rπ−∆∆=×∆+∆ （1）121222126r rvlQp p pd r rπ∆+∆∆−×∆∆（2）式中：v为钻井液动力粘度；d为蘑菇头直径；l为蘑菇头长度；Q为通过间隙的流量；1r∆为入口处锥形间隙大小；2r∆为出口处锥形间隙大小。

MWD中泥浆脉冲信号的辩识和地面适配技术的提高，可以提高石油开采的技术和石油开采的质量,这对手我们当今的生活都有非常重要的影响 。

因此, MWD中泥浆脉冲信号的识别和地面适配技术的提高具有重要意义。

一、MWD技术原理MWD技术是在钻井过程中对井下信息进行实时测量和传输技术的简称,其特点是在不中断钻头正常钻进的情况下获得钻头附近的地质信息,并将这些信息以元线信号的方式传输到地面; 地面系统再对这些信号进行分析与处理,按照井下仪器匹配的编 码方式进行译码.获取施工所需要的定向数据、地层特性和钻井參数等各种信息。

二、MWD技术研究技术现状及面临的难题我国目前还处在引进和消化国外随钻测量技术的阶段,某些単位和研究机构已经成功研制出了具有各自特点的无线随钻测 量系统, 技术水平还是不够高。

由子泥浆脉冲信号在钻柱内的传输会受到现场的各种条件的影响,安装在井口处的压力传感器检测到的泥浆脉冲信号的压力波中含有大量的噪音信号,这些噪音信号主要是由子井下各种机械的转动或者震动引起的,它们淹没了原始有用的脉冲信号;即使是没有经过操声干扰的标准的泥浆脉冲波形,在经过长距离的传输或者由于泥浆本身的质量原因也会导致有用信号的大幅度衰减，因此.从频率不固定的强噪音背景中检测出微弱的泥浆脉冲信号和提高泥浆脉冲信号的信噪比, 就成为提高泥浆脉冲传输技术的关键。

三、主要的研究内容泥浆脉冲信号的提取与识别设计到电子学.流体力学,振动学、信号识別理论及技术等不同学科領域,其主要研究内容包括泥浆脉冲倍号传输机理分析,泥浆脉冲信号噪声研究,泥浆脉冲信号识别算法研究,地面信号采集箱设计与研制.地面解码软件的开发等。

1.泥浆脉冲信号传输机理分析井下信号的传输是研究随钻测量和随钻测井技术的关键技术之一，也是研究随钻测量和随钻测井技术的难点。

无线随钻测量中信息传输可以实现井下和地面信息之间的交換,是信息传输的重要通道。

随销测量.测井系统由井下控制器.各种井下参数测量仪器.随钻测量信息传输系统和地面信息接收.处理.显示系统组成。

无线随钻测量系统的研究开发的开题报告一、研究背景和意义无线随钻测量系统是一种可实现井下钻井监测和数据采集的新型技术。

传统的钻井监测和数据采集方式需要人工操作、数据传输困难、工作效率低下，而无线随钻测量系统可以实现远距离、自动化、实时性等优点，提高了井下钻井安全和作业效率，降低了人工操作风险和劳动强度，具有重要的技术和经济价值。

二、研究目标和内容本研究旨在开发实现一套稳定、高效、实用的无线随钻测量系统，主要包括以下内容：1. 系统硬件设计：研究开发符合井下作业环境的测量设备、通信设备和控制设备等，并设计合适的开发板和载板。

2. 系统软件设计：研究开发合适的无线传输协议、数据采集和处理算法，实现数据的远距离传输、实时监控和井底智能化控制。

3. 系统测试与实验：对研制的系统进行实验验证和综合测试，检测系统的性能指标，完善系统的功能和性能。

三、研究方法和技术路线1. 硬件设计：采用EDA工具进行电路板设计，以硬件综合平台进行可编程逻辑电路设计，结合汽车电子与通讯电子的设计经验，开发出符合井下作业环境的测量设备、通信设备和控制设备等。

2. 软件设计：采用C语言和汇编语言编程，在ARM和FPGA等芯片平台开发无线传输协议、数据采集与处理算法，并对嵌入式数据库及其存储方案进行设计和实现。

3. 系统测试与实验：基于模拟器和硬件平台进行模拟测试，并在实验室和现场进行综合测试和应用试验，对系统的性能进行测试和优化。

四、预期成果和社会效益本研究预期实现一个稳定、高效、实用的无线随钻测量系统，具有以下几点预期成果和社会效益：1. 设计实现一套可靠的硬件平台，包括测量设备、通信设备和控制设备等，满足井下作业环境的要求。

2. 研究开发一套高效可靠的软件系统，实现井下数据采集和监测，并能够对井下设备进行实时控制。

3. 完成对该系统的实验验证和综合测试，验证其性能指标，优化其功能和性能。

4. 推广应用该系统，提高井下作业安全、效率和智能化水平，具有广泛的社会应用前景和经济价值。

随钻测量定向钻进技术在煤矿井下地质勘探中的应用研究摘要：本文从技术原理、应用作用、主要工艺等角度着手，对随钻测量定向钻进技术进行简要分析，并对该技术在煤矿井下地质勘探中的应用方法加以阐述，旨在延长钻进深度，扩大勘探范围，提高钻进效率。

关键词：随钻测量；定向钻进；煤矿地质勘探引言：煤矿井下普遍存在断层、采空区、陷落柱等异常地质，为煤矿安全生产带来诸多不便。

在实际勘探过程中，钻进技术也不断发展，从以往的常规钻孔发展为随钻测量定向钻进技术，可适用于长距离瓦斯抽采钻孔施工中，并具有显著的应用效果。

1.随钻测量定向钻进技术概述1.1技术原理在煤矿井下工作中，随钻测量定向钻技术是借助专用工具，根据钻孔自然弯曲规律与设计要求，使分支孔轨迹延伸到目标区域中的一种高效钻探方式，可使钻孔轴线实现灵活的弯直改变。

定向钻进的配套装备由多个部分构成，为孔底马达、泥浆泵、测量探管、孔口监视器等等。

在应用过程中，泥浆泵中的高压水将经过送水器进入到孔底马达中，成为马达运行的动力，推动钻头旋转对煤岩层进行切削，并在钻进中使钻杆柱不断运行，通过改变孔底马达弯角的变化，实现对钻孔轨迹的有效控制。

在该系统中，随钻测量探管可对方位角、倾角与工具面进行调整，形成钻孔实钻轨迹，与钻孔轨迹以及偏移情况相结合，对孔底工具角进行调整，使其与钻孔轨迹目标相符合，实现钻孔轨迹向设计轨迹的延伸。

1.2主要作用在以往的煤炭井下勘探中，主要采用常规钻孔法、地面钻孔勘探法等，勘探范围较小，且信息精准度较低，难以实现长距离的精准勘探。

随钻测量定向钻进技术能够有效克服传统钻进技术中的缺陷，与大范围、高精度勘探需求充分符合，主要作用如下：一是勘探地质构造。

该方式运用测量功能，在勘探过程中，对地质构造点的三维坐标进行记录，并在钻机受阻的四周开一些新的分支孔，当这些分支孔再次受阻时，对附近的三维坐标进行记录构建模型，便可直观的了解地质构造情况；二是煤层走向勘测。

首先当钻孔受阻时对此坐标进行记录，然后将该坐标与地面距离进行转化为标高，最后根据新标高计算煤层倾斜角，从而得出煤层的具体走向[1]。

随钻测量技术是施工定向井、水平井的重要工具，主要为了获取控制井眼轨迹的参数，如井斜角、方位角、工具面角等。

随钻测量技术主要有三部分组成，即井下测量装置、信号发射装置、地面解码装置。

目前随钻测量技术中信号传输的介质主要有三种，电磁波、泥浆、声波等，其中电磁波在传输过程中信号衰减严重，只适合某一特定的地区使用；声波还处于研发阶段，并没有广泛的商业应用；而以泥浆脉冲的方式进行信号的传输，具有成本较低、可靠性较好等优势，所以是目前应用最多的传输方式。

一、泥浆脉冲的分类目前对于泥浆脉冲传输信号的方式根据其工作原理的不同可划分为三种：正脉冲、负脉冲、连续波，其中以正脉冲应用最为广泛。

1.泥浆正脉冲。

井下测量探管将所测数据发送给泥浆正脉冲发生器，脉冲发生器根据接收到的信号开始产生压力波信号。

正脉冲发生器主要结构是由针阀和小孔组成，脉冲器接收到信号后，开始控制针阀的上下运行，进而改变了针阀和小孔间的间隙，引起泥浆流道面积的变化，进而引发泥浆压力波的产生。

2.泥浆负脉冲。

泥浆负脉冲和正脉冲产生的原理正好相反，从上述可知正脉冲产生的主要原因是间歇性的缩小钻柱内泥浆流道的面积，而引发泥浆压力的升高。

而泥浆负脉冲主要是通过增大泥浆的流道面积，而引发泥浆压力的降低。

其主要组成部件是泄流阀和泄流孔，负脉冲发生器接收到信号后，就开始控制泄流阀的运动，引起泄流孔的开启和关闭，开启后泥浆由泄流孔流向环空引起钻柱内泥浆压力的降低，关闭后泥浆压力恢复正常，这样就产生了泥浆压力波。

3.泥浆连续波。

连续波脉冲发生器也是改变钻柱内泥浆流道的面积，只是其改变的方式和上述两种不同。

它是由一个定子和转子组成，其中定子和转子本身有许多叶片，脉冲发生器接收到信号后，开始控制转子的转动，当转子的叶片和定子的叶片重合时，泥浆流道面积最大，压力最低，转子的叶片和定子叶片没有重合就会导致泥浆流道面积的减小，而泥浆压力升高，这样就引起钻柱内泥浆压力的波动，形成了连续波。

煤矿井下随钻测量定向钻进技术探究黄红飞【摘要】针对井下瓦斯抽采工作中常用的煤矿井下随钻测量定向钻进技术,分别对井下定向钻进、井下随钻测量、孔底马达、旋转导向钻进的原理、适用范围、发展趋势进行了分析总结,旨在为这一技术的未来发展和大范围应用提供参考.【期刊名称】《陕西煤炭》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】3页(P137-139)【关键词】煤矿井下定向钻进;随钻测量;孔底马达;旋转导向钻进【作者】黄红飞【作者单位】新宇岩土工程有限责任公司,山西阳泉045000【正文语种】中文【中图分类】P634.530 引言我国煤矿开采仍以井工开采为主，这使得地质构造、水文条件、瓦斯涌出都严重威胁煤矿的生产安全。

抽采井下瓦斯是煤矿瓦斯治理的重要方法，煤矿井下随钻测量定向钻进技术的合理应用，可以确保瓦斯抽采系统正常运行，从根本上保障生产安全，避免安全事故的发生。

1 井下定向钻进1.1 适用范围适用于断层等地质异常体的工程探测及开采前的钻孔瓦斯抽采。

在前者应用时，对钻孔深度及中靶精度提出了很高的要求；而在后者应用时，未提出太高要求。

通过实际情况的了解，发现在后者的应用较为广泛。

1.2 技术发展我国对该技术的研究和应用起源于20世纪80年代末，与国外相比起步较晚，而且起初的发展重点也只是放在钻具组合方面，之后转变为孔底马达。

伴随相关理论日益成熟和技术不断发展，当前的研究重点正向孔底马达钻进方式转变[1]。

1.3 技术探究瓦斯抽采中，孔径和孔深直接影响实际抽采量，随孔径与孔深不断增大，实际抽采量越来越大，而这不代表二者影响程度也相同。

通过试验可知，在时间完全一致的情况下，随孔径不断增大，实际抽采率明显提高，但其增幅小于孔径增幅，并且增大孔径的难度也很高。

可见，采用增大孔径的方法来提高抽采率不可取。

但对孔深而言，其与抽采率之间保持正比关系，对实际抽采量有很大影响，目前也正朝这一方向不断发展。

2 井下随钻测量系统这是确保钻进准确性的关键所在，若按信号传输方式进行分类，则有无线与有线2类，二者有各自的优势、缺陷，也是2种发展方向。