一种根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法及装置与流程

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法及装置。背景技术：2.定向钻一般多用于石油、天然气以及一些市政管道建设，由大型的定向钻机进行钻孔、扩孔、清孔等过程以后再进行管道回拖。3.现行的钻孔轨迹多是凭借人工经验或者通过陀螺仪进行测量得到测出的轨迹，然而通过人工经验不能有效的得到轨迹数据，通过陀螺仪测量只能适用于新建管道，对在役管道则可用，且操作繁琐不方便，因此，设计一种对定向钻轨迹拟合的方案，使管道施工人员和一线运行人员获得定向钻施工的真实轨迹，避免第三方施工时发生撞管事故，成为亟待解决的问题。技术实现要素：4.本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法及装置。5.为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：6.本发明的一个方面提供了一种根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法，包括：s1，获取已知导向控制参数，其中，已知导向控制参数至少包括：前一根钻杆倾斜角度θn-1和钻杆两端点坐标(xn-1，yn-1)和(xn，yn)，其中，s2，根据加入的长度为ln钻杆时钻头处于的钻进状态，确定下入钻杆后，钻头的终点处坐标(xn+1，yn+1)；其中，如果钻头处于保直钻进，则根据第一公式确定终点处坐标：xn＝xn-1+ln·cosθn； yn＝yn-1+ln·sinθn；θn＝θn-1；y＝(x-xn)tanθn+yn；如果钻头处于造斜钻进，则根据第二公式确定终点处坐标：xn＝xn-1+ln·cosθn；yn＝yn-1+ln·sinθn；y＝(x-xn)tanθn+yn；s3，根据第一公式和/或第二公式进行迭代计算，绘制初步的钻孔轨迹曲线；s4，计算导向强度b，θn＝θn-1±b·l，其中根据斜掌面的朝向确定±，若斜掌面朝下，则确定为-；若斜掌面朝上，则确定为+；s5，根据导向强度计算曲率半径：其中，r为曲率半径；e为钻杆弹性模量，mpa；d为钻杆外径，mm；d为钻杆内径，mm；a为斜掌面积，cm2；θ为斜焊角，°；σ为土的压入硬度，mpa；f为摩擦系数；s6，根据曲率半径对初步的钻孔轨迹曲线进行圆角化，绘制拟合后的轨迹曲线。7.本发明另一方面提供了一种根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的装置，包括：获取模块，用于获取已知导向控制参数，其中，已知导向控制参数至少包括：前一根钻杆倾斜角度θn-1和钻杆两端点坐标(xn-1，yn-1)和(xn，yn)，其中，确定模块，用于根据加入的长度为ln钻杆时钻头处于的钻进状态，确定下入钻杆后，钻头的终点处坐标 (xn+1，yn+1)；其中，如果钻头处于保直钻进，则根据第一公式确定终点处坐标：xn＝xn-1+ln·cosθn； yn＝yn-1+ln·sinθn；θn＝θn-1；y＝(x-xn)tanθn+yn；如果钻头处于造斜钻进，则根据第二公式确定终点处坐标：xn＝xn-1+ln·cosθn；yn＝yn-1+ln·sinθn；y＝(x-xn)tanθn+yn；绘制模块，用于根据第一公式和/或第二公式进行迭代计算，绘制初步的钻孔轨迹曲线；计算模块，用于计算导向强度 b，θn＝θn-1±b·l，其中根据斜掌面的朝向确定±，若斜掌面朝下，则确定为-；若斜掌面朝上，则确定为+；根据导向强度计算曲率半径：其中，r为曲率半径；e为钻杆弹性模量，mpa；d为钻杆外径，mm；d为钻杆内径，mm；a为斜掌面积，cm2；θ为斜焊角，°；σ为土的压入硬度，mpa；f为摩擦系数；拟合模块，用于根据曲率半径对初步的钻孔轨迹曲线进行圆角化，绘制拟合后的轨迹曲线。8.由此可见，通过本发明提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法及装置，可以根据已知导向控制参数对轨迹曲线进行计算拟合，拟合结果精度高。填补了水平定向钻钢质管道施工轨迹归档资料的空白，对管道的安全运行提供技术支持。9.本发明利用导向控制参数来拟合的目的是获得定向钻施工的轨迹，让施工人员和后期运行人员获取更准确的管道轨迹，避免第三方施工时发生撞管事故。附图说明10.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。11.图1为本发明实施例提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法的流程图；12.图2为本发明实施例提供的保直钻进加钻杆示意图；13.图3为本发明实施例提供的造斜钻进加钻杆示意图；14.图4为本发明实施例提供的造斜钻进圆角优化示意图；15.图5为本发明实施例提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的装置的结构示意图。具体实施方式16.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。17.图1示出了本发明实施例提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法的流程图，参见图1，本发明实施例提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法，包括：18.s1，获取已知导向控制参数，其中，已知导向控制参数至少包括：前一根钻杆倾斜角度θn-1和钻杆两端点坐标(xn-1，yn-1)和(xn，yn)，其中，19.具体地，根据已知导向控制参数对轨迹曲线进行计算拟合。导向钻头工作主要分为两种情况：20.当钻杆带动导向钻头匀速旋转给进时，在给进推力的作用下，周围土体作用在钻头造斜面上的反作用力方向也随着沿周向做均匀变化，导向钻头保直钻进；21.当钻杆只给进而不回转时，钻头造斜面所受到的反作用力方向始终沿着某一方向，导向钻头朝着该方向给进，实现造斜钻进。22.如果知道在加入每根钻杆时，钻头是处于保直钻进还是造斜钻进，以及该钻杆长度，则可以绘制出钻孔轨迹曲线。23.s2，根据加入的长度为ln钻杆时钻头处于的钻进状态，确定下入钻杆后，钻头的终点处坐标(xn+1，yn+1)；24.其中，如果钻头处于保直钻进，则根据第一公式确定终点处坐标：25.xn＝xn-1+ln·cosθn；26.yn＝yn-1+ln·sinθn；27.θn＝θn-1；28.y＝(x-xn)tanθn+yn；29.如果钻头处于造斜钻进，则根据第二公式确定终点处坐标：30.xn＝xn-1+ln·cosθn；31.yn＝yn-1+ln·sinθn；32.y＝(x-xn)tanθn+yn；33.s3，根据第一公式和/或第二公式进行迭代计算，绘制初步的钻孔轨迹曲线；34.s4，计算导向强度b，θn＝θn-1±b·l，其中根据斜掌面的朝向确定±，若斜掌面朝下，则确定为-；若斜掌面朝上，则确定为+；35.s5，根据导向强度计算曲率半径：[0036][0037]其中，r为曲率半径；e为钻杆弹性模量，mpa；d为钻杆外径，mm；d为钻杆内径， mm；a为斜掌面积，cm2；θ为斜焊角，°；σ为土的压入硬度，mpa；f为摩擦系数；[0038]s6，根据曲率半径对初步的钻孔轨迹曲线进行圆角化，绘制拟合后的轨迹曲线。[0039]值得说明的是s3-s5，是在s2实施的过程中每次在钻头处于造斜钻进时，均要执行的。[0040]具体地，已知前一根钻杆倾斜角度为θn-1，钻杆两端点坐标为(xn-1，yn-1)和(xn，yn)，[0041](1)若加入一根长度为ln钻杆时钻头处于保直钻进，则下入该钻杆过程中，地下钻头所行进的曲线为保持之前的斜率直线向前，此时终点处坐标为(xn+1，yn+1)。如图2所示，则：[0042]xn＝xn-1+ln·cosθn；[0043]yn＝yn-1+ln·sinθn；[0044]θn＝θn-1[0045]该段曲线方程为：y＝(x-xn)tanθn+yn。[0046](2)若加入一根长度为ln钻杆时钻头处于造斜钻进，则下入该钻杆后，连接地下钻头的钻杆倾斜角度变化为θn，如图3所示，计算出该段导向强度b，则有：[0047]θn＝θn-1±b·l[0048]式中±的选取根据斜掌面的朝向，若斜掌面朝下，则选-；若斜掌面朝上，则选+。[0049]导向强度b，即在非开挖导向顶进单位长度内钻孔轨迹弯曲角度的变化值，单位°/m。其计算公式如下：[0050][0051]式中：r为曲率半径；e为钻杆弹性模量，mpa；d为钻杆外径，mm；d为钻杆内径， mm；a为斜掌面积，cm2；θ为斜焊角，°；σ为土的压入硬度，mpa；f为摩擦系数。[0052]若终点处坐标为(xn+1，yn+1)。则：[0053]xn＝xn-1+ln·cosθn；[0054]yn＝yn-1+ln·sinθn[0055]该段曲线方程为：y＝(x-xn)tanθn+yn。[0056]根据上述公式进行迭代计算，可以绘制出初步的钻孔轨迹曲线，该初步的钻孔轨迹曲线为多段折线式曲线，如图4所示，利用计算的导向强度计算公式中曲率半径r对折点附近直线段进行圆角化。由此，完成对钻孔轨迹曲线的修正。[0057]由此可见，通过本发明提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法，可以根据已知导向控制参数对轨迹曲线进行计算拟合，拟合结果精度高。填补了水平定向钻钢质管道施工轨迹归档资料的空白，对管道的安全运行提供技术支持。[0058]本发明利用导向控制参数来拟合的目的是获得定向钻施工的轨迹，让施工人员和后期运行人员获取更准确的管道轨迹，避免第三方施工时发生撞管事故。[0059]图5示出了本发明实施例提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的装置的结构示意图，该根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的装置应用上述方法，以下仅对根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的装置的结构进行简单说明，其他未尽事宜，请参照上述根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的方法中的相关描述，参见图5，本发明实施例提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的装置，包括：[0060]获取模块，用于获取已知导向控制参数，其中，已知导向控制参数至少包括：前一根钻杆倾斜角度θn-1和钻杆两端点坐标(xn-1，yn-1)和(xn，yn)，其中，[0061]确定模块，用于根据加入的长度为ln钻杆时钻头处于的钻进状态，确定下入钻杆后，钻头的终点处坐标(xn+1，yn+1)；其中，如果钻头处于保直钻进，则根据第一公式确定终点处坐标：xn＝xn-1+ln·cosθn；yn＝yn-1+ln·sinθn；θn＝θn-1；y＝(x-xn)tanθn+yn；如果钻头处于造斜钻进，则根据第二公式确定终点处坐标：xn＝xn-1+ln·cosθn；yn＝yn-1+ln·sinθn；y＝(x-xn)tanθn+yn；[0062]绘制模块，用于根据第一公式和/或第二公式进行迭代计算，绘制初步的钻孔轨迹曲线；[0063]计算模块，用于计算导向强度b，θn＝θn-1±b·l，其中根据斜掌面的朝向确定±，若斜掌面朝下，则确定为-；若斜掌面朝上，则确定为+；根据导向强度计算曲率半径：其中，r为曲率半径；e为钻杆弹性模量，mpa；d为钻杆外径，mm；d为钻杆内径，mm；a为斜掌面积，cm2；θ为斜焊角，°；σ为土的压入硬度，mpa；f为摩擦系数；[0064]拟合模块，用于根据曲率半径对初步的钻孔轨迹曲线进行圆角化，绘制拟合后的轨迹曲线。[0065]由此可见，通过本发明提供的根据导向控制参数拟合定向钻轨迹的装置，可以根据已知导向控制参数对轨迹曲线进行计算拟合，拟合结果精度高。填补了水平定向钻钢质管道施工轨迹归档资料的空白，对管道的安全运行提供技术支持。[0066]本发明利用导向控制参数来拟合的目的是获得定向钻施工的轨迹，让运行人员获取更准确的管道轨迹，避免第三方施工时发生撞管事故。[0067]以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。









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