随钻测斜系统离线式数据同步方法研究

针对煤矿用普通中小型回转钻机的随钻测斜系统姿态数据无法在线上传的问题,提出了一种离线式数据同步方法。该方法是在打钻过程中,孔口同步仪和孔底探管分别对钻杆数据和钻孔测点姿态数据进行实时采集,打钻完成后,同步仪统一读取全部探管数据,同时采用同步方法进行有效测点筛选,最终实现钻孔轨迹绘制。试验结果表明,该离线式数据同步方法使钻杆数据和姿态数据实现了同步,能够在不改动钻机结构的前提下充分满足普通中小型回转钻机的随钻测斜需求。     

新型矿用无缆钻孔测斜仪的设计

介绍了新型矿用无缆钻孔测斜仪的组成、无缆测量原理及其关键部件的设计等.该无缆钻孔测斜仪工作原理基于同步技术,即首先将同步机和探管用连线连接后,使同步机和探管按预先设定的时间同步工作,然后拆开连线,将探管连接到钻杆上送入到测量处测量,与探管同步工作的同步机则记录有用的测点;测量完成取回探管,将探管测斜数据发送到同步机中,由同步机计算并显示出各测点的倾角和方位角.实际应用表明,该无缆钻孔测斜仪设计合理,使用方便,测量精度达到倾角(+90°～-90°)±0.2°、方位角(0～360°)±2°,完全满足煤矿井下钻孔轨迹测量的要求.     

基于ARM和MATLAB GUI的太阳图像数据采集系统设计

对太阳图像数据进行同步采集与分析,可以为辐射测量以及各种需要进行复杂图像算法处理的嵌入式系统提供重要参考。设计了一种能够对太阳图像进行同步数据采集的系统,该系统主要包括图像传感器模块、数据传输与存储模块、上位机软件设计等。利用传感器实现了对太阳图像的采集,通过ARM串口控制数据的读写,并利用MATLAB设计了上位机软件,完成了对采集数据的计算与管理。     

回转钻进钻孔数据处理与三维显示软件设计

针对煤矿井下回转钻进用随钻轨迹仪及手持式轨迹仪测量软件功能单一、显示不直观、无法实现瓦斯抽采盲区的分析与显示、不能指导钻孔施工等问题,设计了一种钻孔数据处理与三维显示软件。该软件包括钻孔数据预处理、钻孔深度与轨迹计算、钻孔轨迹三维建模与显示及钻孔轨迹设计指导4个功能模块:钻孔数据预处理模块重点关注地磁偏角计算及数据野点的剔除;钻孔深度与轨迹计算模块利用钻孔水压监测数据和测点倾角数据实现钻孔静水压力的提取及钻孔深度的计算,同时实现钻孔轨迹的计算及钻孔测点坐标的提取,完成钻孔轨迹深层次的数据挖掘;钻孔轨迹三维建模与显示模块将钻孔轨迹及煤层走向等钻孔信息通过三维实体有效呈现,便于钻孔瓦斯抽采盲区的确定,包括钻孔群轨迹及煤层分布三维显示、进煤面设计钻孔覆盖区域、进煤面实钻钻孔覆盖区域等显示;钻孔轨迹设计指导模块给出钻孔抽采盲区,并统计已有钻孔轨迹的偏移特性,给出后续补充钻孔施工的指导轨迹。采用该软件对某矿实钻钻孔进行三维显示和偏移规律分析,利用精准开孔技术和随钻轨迹测量技术对钻场进行了补充钻孔施工,补孔后的钻孔抽采覆盖区域达到了设计覆盖区域的95%以上,有效控制或消除了钻孔瓦斯抽采盲区。该软件解决了钻场或巷道钻孔群轨迹的三维显示问题,可直观再现钻孔轨迹与煤层的关系,为钻孔瓦斯抽采盲区的定量评价提供了一种新方法。     

井下随钻测斜仪误差校准方法及系统研究

随着油气开采领域中水平井、大位移井的大量开发，能够实时测量钻井轨迹的随钻测斜仪对于提高井筒轨迹控制精度，提高油气开采效率具有重要的意义。由于随钻测斜仪本身传感器加工及安装误差的影响，导致其测量得到的井斜、方位和工具面角具有较大的误差，同时针对传统25位置法、9位置法等校准耗时长、操作复杂的问题.提出了一种基于三特定位置法的测斜仪误差校准方法。首先，建立误差校准模型，利用三位置构建9个方程组，解算出误差修正矩阵。最后，开发出上位机系统，系统采用C#、MATLAB语言混合编程设计而成，具有实时数据采集、实时姿态测量显示、实时曲线绘制、数据报表、历史数据查询等功能，经过大量的现场校准试验，测斜仪测量精度相对于校准前得到了大幅提升，井斜提高了50％，方位提高了85.37％，工具面提高了 69.33％。     

一种面向机动的低成本姿态测量系统

载体作机动运动时,基于加速度计和磁传感器的姿态测量系统易受载体运动加速度的影响而导致测量精度降低.通过将GPS加速度引入重力观测方程,有效补偿了载体运动加速度造成的姿态测量误差.利用基于重力场和地磁场矢量观测的迭代最小二乘姿态确定算法得到修正罗德里格姿态参数.姿态信息通过互补滤波器与陀螺仪测量值融合以提高动态响应.实验结果表明,该低成本姿态测量系统可明显提高机动环境下的姿态测量精度,姿态角测量误差小于3°.     

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用

针对采用中心通缆式钻杆作为信号传输通道的有线随钻测量装置存在的钻杆结构复杂、机械性能受限、抗干扰能力差等问题,研制了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置。该装置由防爆计算机、防爆键盘、防爆数据存储器、防爆测量探管、防爆压力变送器等组成,采用间歇模式工作:防爆测量探管中的测量短节检测到泥浆泵停泵信号后,采集钻孔轨迹参数、定向钻具状态参数等静态数据并进行编码;当检测到泥浆泵开泵信号后,防爆测量探管中的驱动短节依次发送静态数据、测量并发送动态数据,同时控制脉冲发生器调整水力通道的流道面积;防爆压力变送器采集泥浆泵压力信号并将其发送至防爆计算机;数据传输完成后,防爆测量探管停止工作,脉冲发生器内部流道恢复,泥浆泵压力变为正常值,开始定向钻进。试验结果表明,该装置工作稳定,测量数据准确,传输可靠,提高了定向钻进效率和安全性,满足煤矿井下各类煤层孔和岩层孔定向钻进需要,且可实现常规钻孔轨迹随钻测量。     

基于超声波原理的开孔参数标定系统研究

针对传统的人工丈量方法标定开孔方位角和倾斜角存在操作程序繁琐、稳钻时间长、精度低等问题,设计了基于超声波原理的钻孔开孔参数标定系统。该系统采用超声波渡越时间检测法测量参考点之间的距离,并由单片机解算出钻杆的方位角,选用微机械三轴加速度计测量倾斜角,实现了全自动化的实时跟踪测量及智能化的钻机姿态调整语音指导操作;在误差允许范围内,可快速标定所需开孔参数。该系统提高了开孔参数标定精度、标定效率及煤矿管理水平,降低了矿工劳动强度和煤矿管理成本。     

基于超声波原理的开孔参数标定系统研究

针对传统的人工丈量方法标定开孔方位角和倾斜角存在操作程序繁琐、稳钻时间长、精度低等问题,设计了基于超声波原理的钻孔开孔参数标定系统。该系统采用超声波渡越时间检测法测量参考点之间的距离,并由单片机解算出钻杆的方位角,选用微机械三轴加速度计测量倾斜角,实现了全自动化的实时跟踪测量及智能化的钻机姿态调整语音指导操作;在误差允许范围内,可快速标定所需开孔参数。该系统提高了开孔参数标定精度、标定效率及煤矿管理水平,降低了矿工劳动强度和煤矿管理成本。     

矿用随钻轨迹测量系统误差补偿方法

介绍了随钻轨迹测量系统构成和测量原理,从传感器自身误差、工况环境误差、传感器安装误差3个方面详细阐述系统误差来源及其补偿方法。通过模拟水平定向钻进物理场景并分析比较误差补偿前后的姿态角可知,对不同误差源作出相应的误差补偿可以提高姿态角测量精度。     

未来智能钻井系统

展望了未来智能钻井技术的系统组成、功能及其运行方式.智能钻井新技术是钻井技术、新材料技术、检测控制、微电子技术、通信和计算机、机器人和超微加工技术等的集成.未来的智能钻井将采用轻便车载连续油管全自动钻机,钻井作业中,安置在钻头上的智能机器人将观测和检测到的所有井下参数上传到地面,在钻井的同时完成测井工作;地面人员通过控制钻头运动轨迹和转速,实现遥控智能钻井;起下钻等钻井作业均由地面机器人按指令自动完成;通过通信网络技术,实现全球钻井协同工作.因此,智能钻井将大幅度降低钻井成本,大大提高钻井速度,减少钻井事故的产生,实现井眼轨迹的精确控制,进一步提高石油天然气勘探开发技术水平.     

回转钻进随钻测量装置数据处理软件设计

根据回转钻进随钻测量装置数据处理软件的作用进行需求分析,详细阐述了软件各项功能的开发需求;根据软件开发需求设计了软件功能模块,阐述了各功能模块的作用,绘制了功能开发框架;根据需求和开发框架确定数据处理流程。实际应用结果验证了该软件具有良好的性能。     

新型煤矿井下定向钻进用有线随钻测量装置

针对现有煤矿井下定向钻进用有线随钻测量装置采用孔内电池筒供电存在的使用时间短、信号稳定性差、故障率和维护成本高等不足,提出一种采用孔口防爆计算机为孔内测量探管供电的技术方案;通过对孔口防爆计算机恒压源和信号转换解调设计,测量探管参数测量、二次电源工作和信号载波传输设计,测量软件的开发等关键技术进行研究,研制了防爆计算机供电式有线随钻测量装置,并在专业机构进行了测量精度试验,在神华宁煤集团石嘴山二矿进行了工作稳定性试验,在山西晋煤集团寺河矿进行了测量深度试验。试验结果表明,该装置技术方案可行,测量精度高于设计值,工作稳定性强,传输距离达1 881 m,可满足不同矿井、不同类型定向钻孔钻进需要。     

煤矿坑道定向钻机钻进参数监测系统设计

针对全液压坑道定向钻机在钻进施工中参数实时显示和集中存储等方面存在的不足,设计了煤矿坑道定向钻机钻进参数监测系统。该系统采用分布式设计,通过CAN总线实现数据的传输和通信,能实时显示钻进速度、钻进/起拔压力、转速、转矩、水泵流量和压力等钻探施工参数,并通过防爆计算机进行数据传输和集中存储,便于钻探参数的分析和调整,结合压力传感器、流量传感器等可实现定向钻进施工的精确测量与控制。现场应用结果表明,该系统可配套多种定向钻机使用,能实时、准确地监测并显示定向钻机运行的各种钻进参数。该系统的设计为后续实现煤矿坑道定向钻机的"机-电-液"一体化控制和故障诊断奠定了基础。     

随钻井下姿态测量系统

在随钻石油钻探时需要准确地了解钻具的姿态信息,通过对姿态信息的测量可以准确地掌握井眼的方位参数。随着近年来石油工业的发展,要求石油钻井技术采用精确的轨迹控制技术,适应定向井、水平井和大位移井等应用的需要。设计一种井下姿态测量系统,可以工作在随钻条件下,通过测量三轴陀螺仪、加速度计和磁阻传感器的信号并进行相应的算法处理,得到钻具在井下的姿态信息。     

普通钻孔和定向钻孔联合预抽煤巷条带瓦斯研究

针对采用单一顺层普通钻孔或定向钻孔预抽煤巷条带瓦斯时存在普通钻机施工长钻孔易偏离轨迹、定向钻机施工成本较高等问题,以青龙煤矿21601掘进工作面为研究背景,提出了采用普通钻孔和定向钻孔联合预抽煤巷条带瓦斯。数值模拟结果表明:单钻孔预抽瓦斯时,抽采初期钻孔终孔位置处钻孔轴向瓦斯压力等值线呈“V”形分布,随着抽采时间延长,瓦斯压力“V”形分布逐渐平滑;钻孔径向瓦斯压力以钻孔为中心呈环状依次向外递增;预抽93 d时的有效抽采半径达3.80 m;普通钻孔和定向钻孔可分别有效控制煤巷两帮15 m和煤巷掘进工作面前方200 m范围内瓦斯。现场应用结果表明:普通钻孔和定向钻孔联合预抽时,瓦斯抽采总量平均值为19.86×10^3 m^3,瓦斯抽采体积分数平均值为53.5%,瓦斯抽采纯流量平均值为1.97 m^3/min,瓦斯抽采混合流量平均值为3.68 m^3/min,残余瓦斯含量小于8 m^3/t,瓦斯抽采效果良好。     

Chasing shared understanding in drilling operations

Lack of shared understanding is frequently found to be the main cause when accidents are investigated. Still, few studies explicitly explore and document the causal effects of shared understanding in successful work. Thus, the attribution of insufficient shared understanding as an accident cause lacks the substantiation of shared understanding as a contributor to successful work. In this article a case of measurement discrepancies in an offshore drilling operation is studied, and in the elaboration of the case shared understanding is found not to qualify as a condition with significant impact on the collaborative work. One important reason for this is the epistemological inadequacy of the different concepts of shared understanding. Although more critical research on shared understanding is needed before one can conclude more generic on this topic, the findings are important to the current development of Integrated Operations where shared understanding is pointed out as an important target area.     

Multi-sensor measurement system for robotic drilling

In this paper we present a multi-sensor measurement system for robotic drilling. The system enables a robot to measure its 6D pose with respect to the work piece and to establish a reference coordinate system for drilling. The robot approaches the drill point and performs an orthogonal alignment with the work piece. Although the measurement systems are readily capable of achieving high position accuracy and low deviation to perpendicularity, experiments show that inaccuracies in the test scenario and slippage on the work piece when exerting clamping force considerably impact the results. With the current robotic drilling system an average position deviation of 0.334 mm and an average deviation to perpendicularity of 0.29° are achieved.     

鱼塘冰层智能钻孔机器人设计

本设计是以STC89C52单片机为核心,开发了一种可以通过Wi-Fi通信技术远程控制进行冰面钻孔的机器人.针对北方冬天气温低,湖面和河道会结冰,给捕鱼工作者带来困难和危险这一情况,利用51单片机和改制好的路由器进行串口通信,发送数据包来控制直流电机从而驱动机器人进行移动、钻孔的动作,再利用温度传感器进行空气温度和冰下温度的测量,所测得的数据通过Wi-Fi数据传输到主控制台,就可以得到机器人前方的实时路况.经实验检验,本设计已经能达到实现远程实时控制机器人在冰上的作业目的,降低了冰面捕鱼工作者在冰面上钻孔的危险性,并且大大提高了捕鱼效率,具有一定科研价值和应用前景.     

凿岩机器人钻臂定位控制交叉精英反向粒子群算法

在利用粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)进行凿岩机器人钻臂定位过程中,存在收敛速度慢和易于陷入局部最优解等问题.为此,提出一种交叉精英反向粒子群优化算法(crossover elite opposition-based particle swarm optimization,CEOPSO)并给出算法的流程.建立凿岩机器人钻臂运动学模型并对其逆向运动学进行求解.将交叉算子引入EOPSO中,采用自适应惯性权重和交叉概率参数控制技术,在维护粒子个体与最优解之间信息交换的基础上,增加粒子个体之间的信息交换,提高算法的全局搜索能力和钻臂定位效率.仿真结果表明,CEOPSO的平均位置误差和平均姿态误差均小于PSO和EOPSO算法,且迭代过程平稳,可以有效提高凿岩机器人钻臂的定位控制性能.