一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于地下工程钻进领域，提供了一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统及方法

【技术实现步骤摘要】
一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统及方法


[0001]本专利技术属于地下工程钻进领域，尤其涉及一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统及方法
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]由于钻孔沿线的地层环境不均一，存在复合地层
、
交替地层等复杂环境，这样使得在进行深孔钻进时，钻头破岩断面岩石强度差异较大，从而影响钻头的受力的均匀性，容易发生偏移现象，最终由于偏移累积而导致钻孔倾斜度过大，甚至发生偏离预定钻进轨迹的问题
。
[0004]专利技术人发现，目前的技术方案是通过返回纠偏孔
、
填充偏斜孔等工序来解决偏离预定钻进轨迹的问题，但是上述施工程序复杂繁琐，且极大影响工程施工进度，增加施工成本
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提供一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统及方法，其能够实时获取钻头破岩断面岩石强度均匀情况，并能根据强度差异实时进行钻孔纠偏的智能控制，对解决深孔钻机钻孔偏斜问题，提升长距离钻孔精度，保证深孔施工高效安全作业十分必要
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供了一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统
。
[0008]一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统，包括：钻头感知模块/>、
纠偏决策模块和角度调整模块；
[0009]所述钻头感知模块用于实时获取钻头破岩断面各部位所受到的反力，得到钻进力
‑
时间曲线，进而匹配不同时间钻进力和钻头破岩断面位置的对应关系；
[0010]所述纠偏决策模块用于根据钻进力
‑
时间曲线，获得钻头旋转一圈过程中的钻进力最大值和最小值，计算得到钻进偏转因子，再根据钻进偏转因子与偏转阈值的比较结果来判断钻头是否存在偏转趋势；
[0011]所述角度调整模块用于根据所述纠偏决策模块输出的钻头偏转趋势判断结果，来调节水射流束的出射角度，直至钻头无偏转趋势，最终实现沿预定方向长距离准直钻进
。
[0012]作为一种实施方式，所述钻头感知模块包括在钻头周向布置的若干力传感器，用于实时测量钻头破岩断面各部位的钻进压力值，对比钻头旋转一圈测得的各钻进压力值大小，筛选出钻进压力最大值和最小值，根据钻进力
‑
时间曲线确定钻进压力最大值和最小值所对应的钻头破岩断面位置
。
[0013]作为一种实施方式，在所述纠偏决策模块中，判断钻头是否存在偏转趋势的过程
为：
[0014]取钻进压力最大值和钻进压力最小值之差为偏转因子；
[0015]将钻头偏转因子与预先设定的偏转阈值比较，若前者小于或等于后者，则判断钻头不存在偏转的趋势；
[0016]若前者大于后者，则判断钻头存在向岩石强度较弱的一方偏转的趋势
。
[0017]作为一种实施方式，在所述角度调整模块中，调节水射流系统中水射流喷头的偏转角度的过程为：
[0018]当判断钻头不存在偏转的趋势时，水射流沿钻头中心出射，辅助钻头快速钻进；
[0019]当判断钻头存在向岩石强度较弱的一方偏转的趋势时，调节水射流喷射角度至钻头断面测得钻进压力最大值所对应的位置，进行水射流切割弱化该位置处的岩石强度
。
[0020]作为一种实施方式，在所述钻头感知模块中，通过钻进力
‑
时间曲线匹配不同时间钻进力和钻头破岩断面位置的过程为：
[0021]通过在钻杆上布置绝对值编码器，标记钻头初始钻进位置；
[0022]在钻头实时钻进的过程中，实时获得钻进压力所对应的钻头破岩断面位置
。
[0023]本专利技术的第二个方面提供了一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制方法
。
[0024]一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制方法，包括：
[0025]实时获取钻头破岩断面各部位所受到的反力，得到钻进力
‑
时间曲线，进而匹配不同时间钻进力和钻头破岩断面位置的对应关系；
[0026]根据钻进力
‑
时间曲线，获得钻头旋转一圈过程中的钻进力最大值和最小值，计算得到钻进偏转因子，再根据钻进偏转因子与偏转阈值的比较结果来判断钻头是否存在偏转趋势；
[0027]根据钻头偏转趋势判断结果，调节水射流束的出射角度，直至钻头无偏转趋势，最终实现沿预定方向长距离准直钻进
。
[0028]作为一种实施方式，判断钻头是否存在偏转趋势的过程为：
[0029]取钻进压力最大值和钻进压力最小值之差为偏转因子；
[0030]将钻头偏转因子与预先设定的偏转阈值比较，若前者小于或等于后者，则判断钻头不存在偏转的趋势；
[0031]若前者大于后者，则判断钻头存在向岩石强度较弱的一方偏转的趋势
。
[0032]作为一种实施方式，调节水射流系统中水射流喷头的偏转角度的过程为：
[0033]当判断钻头不存在偏转的趋势时，水射流沿钻头中心出射，辅助钻头快速钻进；
[0034]当判断钻头存在向岩石强度较弱的一方偏转的趋势时，调节水射流喷射角度至钻头断面测得钻进压力最大值所对应的位置，进行水射流切割弱化该位置处的岩石强度
。
[0035]作为一种实施方式，通过钻进力
‑
时间曲线匹配不同时间钻进力和钻头破岩断面位置的过程为：
[0036]通过在钻杆上布置绝对值编码器，标记钻头初始钻进位置；
[0037]在钻头实时钻进的过程中，实时获得钻进压力所对应的钻头破岩断面位置
。
[0038]本专利技术的第三个方面提供了一种计算机可读存储介质
。
[0039]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的用于深孔钻机的射流智能纠偏控制方法中的步骤
。
[0040]本专利技术的有益效果是：
[0041](1)
本专利技术的水射流辅助纠偏智能控制系统，通过钻头感知模块实时获取钻头破岩断面各位置的钻进力大小，并通过对比决策判断钻头破岩断面岩石强度是否均匀，进而推断钻头是否存在偏转的趋势；同时通过水射流角度调整模块实时调节水射流出射角度，减小钻头破岩断面岩石强度差异性，保证钻头沿预定方向稳定钻进，达到实时纠偏的目的
。
[0042](2)
本专利技术的水射流辅助纠偏智能控制系统能够根据设定的钻进方向，调节水射流出射角度，改变钻头钻进方向；该智能控制系统不需其他的辅助手段便可实现定向钻进的功能，结构简单，操作方便，极具工程实用性
。
本专利技术解决了钻机长距离钻进时由于地层环境不均匀等原因导致的钻孔偏斜的实际关键问题，为深孔钻机钻孔纠偏和定向钻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统，其特征在于，包括：钻头感知模块
、
纠偏决策模块和角度调整模块；所述钻头感知模块用于实时获取钻头破岩断面各部位所受到的反力，得到钻进力
‑
时间曲线，进而匹配不同时间钻进力和钻头破岩断面位置的对应关系；所述纠偏决策模块用于根据钻进力
‑
时间曲线，获得钻头旋转一圈过程中的钻进力最大值和最小值，计算得到钻进偏转因子，再根据钻进偏转因子与偏转阈值的比较结果来判断钻头是否存在偏转趋势；所述角度调整模块用于根据所述纠偏决策模块输出的钻头偏转趋势判断结果，来调节水射流束的出射角度，直至钻头无偏转趋势，最终实现沿预定方向长距离准直钻进
。2.
如权利要求1所述的用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统，其特征在于，所述钻头感知模块包括在钻头周向布置的若干力传感器，用于实时测量钻头破岩断面各部位的钻进压力值，对比钻头旋转一圈测得的各钻进压力值大小，筛选出钻进压力最大值和最小值，根据钻进力
‑
时间曲线确定钻进压力最大值和最小值所对应的钻头破岩断面位置
。3.
如权利要求1所述的用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统，其特征在于，在所述纠偏决策模块中，判断钻头是否存在偏转趋势的过程为：取钻进压力最大值和钻进压力最小值之差为偏转因子；将钻头偏转因子与预先设定的偏转阈值比较，若前者小于或等于后者，则判断钻头不存在偏转的趋势；若前者大于后者，则判断钻头存在向岩石强度较弱的一方偏转的趋势
。4.
如权利要求1所述的用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统，其特征在于，在所述角度调整模块中，调节水射流系统中水射流喷头的偏转角度的过程为：当判断钻头不存在偏转的趋势时，水射流沿钻头中心出射，辅助钻头快速钻进；当判断钻头存在向岩石强度较弱的一方偏转的趋势时，调节水射流喷射角度至钻头断面测得钻进压力最大值所对应的位置，进行水射流切割弱化该位置处的岩石强度
。5.
如权利要求1所述的用于深孔钻机的射流智能纠偏控制系统，其特征在于，在所述钻头感知模块中，通过钻进力
‑
时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，黄新杰，张波，徐彬，李彪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：