基于激光导向技术的反井钻高精度钻进及钻头姿态控制技术

摘要

反井钻机深孔钻进时，钻柱弹性弯曲、地层非均匀性以及参数不合适都会引起钻孔偏斜，传统的测量存在滞后性。针对反井钻导孔自上而下钻进的特点，提出基于下水平巷道激光指向仪的中靶导向方案，设计出由激光指向仪、钻头尾部光电靶标、倾角传感器和闭环算法组成的自动纠偏系统。反井钻机扩孔钻头工作状态数字孪生实时监控系统由空中模块、云空间模块、物理实体、虚拟空间模块、数字孪生体组成，构成空-云-地-孔智能监测系统。通过实时解算光靶上激光光斑偏移量来识别偏斜趋势，用分段PID和模糊控制相结合的方式来调节纠偏油缸的推力。工程实践证明，钻孔偏斜率控制较好，纠偏时间短，可以达到导孔高精度贯通的效果。