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煤矿井下近水平随钻测量定向钻孔轨迹设计与计算方法

石智军;许超;李泉新

【摘要】OnthebasisofbasictheoryofdirectionaldrillingandMWD

technicalcharacteristicinundergroundcoalmine,designcontent,

computationalmethodanddesignprocessofdirectionalborehole

trajectoryinundergroundcoalminewerestudied.Bydefiningthebasic

parametersofboreholetrajectory,buildingthecoordinatesystemof

boreholetrajectorydesign,stipulatingrepresentingmethodofborehole

trajectorygraph,amethodofdirectionalboreholetrajec-torydesignand

calculation,includingplanedesign,sectiondesignandcheckwasprovided.

Practicalapplicationprovedthatthemethodmettheaccuracydemandsof

thedirectionalboreholedesignandguideddrilling.%以定向钻进基础理论为

依据，结合煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术特点，研究煤矿井下定向钻孔轨

迹设计内容、计算方法及设计流程。通过定义钻孔轨迹基本参数，建立钻孔设计坐

标系以及规定钻孔轨迹图形表示方法，形成一套包括钻孔轨迹平面设计、剖面设计

及轨迹参数校核等关键环节的钻孔轨迹设计和计算方法。实践证明，该设计和计算

方法满足了定向钻孔设计的精度要求，为定向钻孔施工起到了良好的指导作用。

【期刊名称】《煤田地质与勘探》

【年(卷),期】2015(000)004

【总页数】5页(P112-116)

【关键词】煤矿井下;近水平定向钻孔;轨迹设计;轨迹计算

【作者】石智军;许超;李泉新

【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

定向钻进技术起源于油气勘探开发领域，随着钻探技术的不断发展深入，该技术逐

渐被引入地质勘探、煤矿井下钻探等新领域[1-2]。近水平随钻测量定向钻进技术

是煤矿井下钻探工程领域的一项新技术，目前主要用于煤矿井下瓦斯抽采、水害防

治以及地质勘探等钻孔工程[3-4]。煤矿井下定向钻进中，钻孔轨迹设计是保证钻

孔成功以及钻具安全的关键。在油气勘探开发钻井、地质勘探以及非开挖钻进领域

中，定向钻孔(井)轨迹以靶点为目标，钻孔轨迹有准确的造斜点、稳斜点和靶点等

关键点的坐标。而在煤矿井下近水平定向钻进过程中，要求整个钻孔轨迹尽可能地

在目标层位(煤层或特定岩层)中延伸，以达到最好的瓦斯抽采或水害防治效果。上

述技术特点的差异，使得现有的其他行业的定向钻孔(井)轨迹设计方法不能直接应

用于煤矿井下定向钻孔的设计。因此，有必要研究出一种针对煤矿井下近水平定向

钻孔的轨迹设计和计算方法。

1钻孔轨迹设计基础

1.1钻孔轨迹基本参数

煤矿井下随钻测量定向钻进技术的实质是测斜仪器对钻孔轨迹进行一个点一个点地

测量，而非连续性地测斜(目前的测斜方法还做不到连续测斜)[5]。钻孔轨迹上被测

量的点叫做测点，两个测点之间的孔段叫做测段，每个测点上测量所取得的测量数

据包括该测点处的孔深、倾角和方位角。这3项参数是描述钻孔轨迹的基本参数，

其他参数都是根据该3项基本参数计算、推导而来。

a.孔深孔口到孔内某测点的钻孔轴线长度，通常以孔内钻具总长度减去测具前端

钻具长度来度量。

b.倾角钻孔轴线上某点沿轴线延伸方向的切线与水平面之间的夹角。倾角以水平

面为基准，上仰为正，下斜为负，范围+90°～-90°。

c.方位角以钻孔轴线上某点正北方向线为始边，顺时针旋转至该点沿钻孔轴线延

伸方向的切线在水平面上的投影线所转过的角度，即真方位角，范围0°～360°。

真方位角用于计算钻孔轨迹各测点在矿