一种修正随钻测量参数测量结果的方法与流程

本发明涉及矿井钻孔测量技术领域，尤其是一种修正随钻测量参数测量结果的方法。

背景技术：

在煤矿开采过程中，钻探是采集水文地质资料、观测地层结构、探放水、抽放瓦斯的重要技术手段。另外钻孔时还根据钻头切削力、钻杆扭转等参数间接获取岩石力学参数等信息，为保障工程安全发挥了较大的作用。

目前，随钻测量的应用包括钻机钻进参数的传感器测量和辅助探管随钻测量等，一般是在钻机的钻杆末端测量钻进参数，或者通过辅助的装置和传感器测量钻头位置处的钻进参数。但是，由于钻杆在钻进过程中受到钻孔围压的挤压和摩擦，测得各参数会低于实际值，导致测试结果出现较大偏差。

在随钻测量钻杆钻进过程中，扭矩、推进力、转速等参数的准确值应以钻头附近处为准，由于现场环境复杂，从钻杆到钻头处往往会出现参数衰减现象，且衰减程度随钻孔深度增加而增大。鉴于现有技术中钻头获取测量参数的难度大、成本高，提出了一种提高并修正随钻测量参数测试结果的方法，在不改变原有钻杆外端测量方法基础上，可减小随钻测量误差，提高钻孔使用率及岩石参数确定的准确性。

技术实现要素：

为了解决煤矿开采中钻屑法或钻孔卸压过程中，以钻杆测量参数作为钻孔测量参数存在误差的技术问题，提高钻孔使用率及岩石参数确定的准确性，本发明提供了一种修正随钻测量参数测量结果的方法，具体技术方案如下。

一种修正随钻测量参数测量结果的方法，步骤包括：

步骤a.取大块煤岩试样或制作相似材料模拟煤岩试样；

步骤b.室内试验随钻测量钻杆在钻机的钻杆末端位置和钻头位置处的单位进尺扭矩、单位进尺推进力、单位进尺转速测量参数；

步骤c.利用线性回归分析得到钻杆末端位置和钻头位置处测量参数每单位进尺衰减的拟合关系，确定扭矩修正系数km1、推进力修正系数kn1和转速修正系数kv1；

步骤d.矿井现场测量钻机的钻杆末端位置实际的单位进尺扭矩m现、实际的单位进尺推进力n现、实际的单位进尺转速v现，结合修正系数和室内试验近似比确定实际钻头位置处的测量参数。

优选的是，室内试验和矿井现场实际之间的模拟比取1:10～1:5，模拟与实际的近似比取0.94～0.99，近似比与模拟比正线性相关；当模拟比取1:10时，具体是室内试验中取钻头进尺0.1m，作为单位进尺的计算基础，矿井现场实际取1m，作为单位进尺的计算基础。

优选的是，扭矩修正系数km1的计算为：

km1＝室内试验单位进尺钻杆末端的扭矩测量值/钻头位置的扭矩测量值；

所述推进力修正系数kn1的计算为：

kn1＝室内试验单位进尺钻杆末端的推进力测量值/钻头位置的推进力测量值；

所述转速修正系数kv1的计算为：

kv1＝室内试验单位进尺钻杆末端的转速测量值/钻头位置的推进力测量值。

还优选的是，实际钻头位置处的测量参数包括实际钻头位置处的单位进尺扭矩m、实际的单位进尺推进力n、实际的单位进尺转速v，其中：

m＝(m现/km1)×近似比；n＝(n现/kn1)×近似比；v＝(v现/kv1)×近似比。

本发明的有益效果是：

(1)通过室内试验准确的确定钻杆末端和钻头位置处扭矩、推进力、转速测量参数的关系，进而确定修正系数，根据修正系数和近似比还原现场实际钻孔测量参数，减小了测量过程中误差，提高了原位测试的准确性、可靠性和科学性。

(2)室内试验测量更加精确，不需要改变现有的钻孔工艺和钻孔设备，计算简便快捷，适用范围广，可以用于各类岩质或复杂条件下的随钻测量。

附图说明

图1是修正随钻测量参数测量结果方法的原理流程图；

图2是实施例1中的参数修正系数曲线示意图；

图3是实施例2中的参数修正系数曲线示意图。

具体实施方式

结合图1至图3所示，本发明提供的一种修正随钻测量参数测量结果的方法具体实施方式如下。

基于现有随钻测量技术依靠传感器采集随钻测量参数，为了减小测试值与实际值的误差，提高现场随钻测量参数测试精度，通过将钻杆外端随钻测量参数值与测量节传感器随钻测量参数值进行拟合并修正得到修正系数，该修正系数与钻杆长度、钻进深度有关，可由室内试验和现场实测获取。将该修正系数运用到现场工程测试中，可达到对现场随钻测量参数测试结果修正的目的。

实施例1

一种修正随钻测量参数测量结果的方法，步骤包括：

步骤a.取大块煤岩试样或制作相似材料模拟煤岩试样。具体是在现场取大块煤岩样运输至实验室，或在实验室配置力学性能相符的相似材料煤岩试样；在实验室运用传感器测量分别对钻杆末端和钻头位置进行扭矩等参数的监测。

步骤b.室内试验随钻测量钻杆在钻机的钻杆末端位置和钻头位置处的单位进尺扭矩、单位进尺推进力、单位进尺转速测量参数。

由于室内试验的尺寸小于现场实际，室内试验和矿井现场实际之间的模拟比取1:10～1:5，方便室内试验的进行，室内模拟与实际的结构存在近似比，近似比可以取0.94～0.99，其中近似比与模拟比正线性相关，当模拟比取1:10时近似比取0.94，通过相似材料模拟试验的实际经验总结得到该近似比。当模拟比取1:10时，具体是室内试验中取钻头进尺0.1m，作为单位进尺的计算基础，矿井现场实际取1m，作为单位进尺的计算基础。

步骤c.利用线性回归分析得到钻杆末端位置和钻头位置处测量参数每单位进尺衰减的拟合关系，进而确定扭矩修正系数km1、推进力修正系数kn1和转速修正系数kv1。

扭矩修正系数km1的计算为：

km1＝室内试验单位进尺钻杆末端的扭矩测量值/钻头位置的扭矩测量值；

推进力修正系数kn1的计算为：

kn1＝室内试验单位进尺钻杆末端的推进力测量值/钻头位置的推进力测量值；

转速修正系数kv1的计算为：

kv1＝室内试验单位进尺钻杆末端的转速测量值/钻头位置的推进力测量值。

步骤d.在矿井现场，测量钻机钻杆末端位置处实际的单位进尺扭矩m现、实际的单位进尺推进力n现、实际的单位进尺转速v现，结合修正系数和室内试验近似比确定实际钻头位置处的测量参数。

由于矿井中钻屑法监测和钻孔卸压所设钻孔的长度均较大，需要接8-10根或更多的钻杆才能达到钻孔需要，因此实际钻头位置处的扭矩、推进力和转速的测量参数与钻杆末端的测量参数存在较大的差异。实际钻头位置处的测量参数包括实际钻头位置处的单位进尺扭矩m、实际的单位进尺推进力n、实际的单位进尺转速v，其中：

m＝(m现/km1)×近似比；n＝(n现/kn1)×近似比；v＝(v现/kv1)×近似比。

将通过室内试验准确的确定钻杆末端和钻头位置处扭矩、推进力、转速测量参数的关系，进而确定修正系数，根据修正系数和近似比还原现场实际钻孔测量，减小了测量过程中误差，提高了原位测试的准确性、可靠性和科学性。

实施例2

本实施例提供的根据现场实际打设测试钻孔，进而确定修正系数，根据修正系数还原现场钻头位置的实际钻孔测量参数。

步骤一.在现场合理的选择待测区域的位置，在垂直于煤壁的位置打设2-5个钻孔，进行现场的随钻测量测试。

步骤二.通过在钻杆和钻头位置分别设置传感器进行参数测量，钻头位置接传感器测量节，钻杆末端也通过传感器监测；或者利用辅助探管随钻测量装置对钻头位置处的扭矩、推进力和转速等参数进行测量。选择一种测量方法对现场实际钻孔参数进行测量，得到试验钻孔钻头位置和钻末端位置处的单位进尺扭矩、单位进尺推进力、单位进尺转速测量参数。

步骤三.对比钻头位置和钻末端位置处的测量参数，利用线性回归分析对两组数据进行拟合，得到现场钻头位置和钻末端位置处测量参数之间的拟合关系，该拟合关系与钻杆长度、钻进深度有关，利用该拟合关系对钻杆外端的各参数进行修正，得到扭矩修正系数km2、推进力修正系数kn2、转速修正系数kv2。

其中，扭矩修正系数km2的计算为：

km2＝现场实测单位进尺钻杆末端的扭矩测量值/钻头位置的扭矩测量值；

推进力修正系数kn2的计算为：

kn2＝现场实测单位进尺钻杆末端的推进力测量值/钻头位置的推进力测量值；

转速修正系数kv2的计算为：

kv2＝现场实测单位进尺钻杆末端的转速测量值/钻头位置的推进力测量值。

步骤四.随后的实际钻孔随钻测量时，根据试验钻孔的修正系数，可将钻杆外端监测的参数按钻进深度和钻杆的长度乘以相应的修正系数，进而得到修正后较为准确的测量值。

实际钻头位置处的测量参数包括实际钻头位置处的单位进尺扭矩m、实际的单位进尺推进力n、实际的单位进尺转速v，其中：

m＝m现/km2；n＝n现/kn2；v＝v现/kv2。

进一步，还可以结合实施例1中计算的修正参数，同时利用上述室内试验和试验钻孔得到的修正参数进行修正，取计算后的平均值作为现场实际的测量参数，进一步提升试验的准确性。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。