地下磁导航系统.pdf

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1、学校代码10406分类号TG115.28+4密级论文编号83学号080080401101题目地下磁导航系统作者程强强学科、专业精密仪器及机械指导教师于润桥教授、伏燕军副教授申请学位日期2011.06学校代码：10406分类号：TG115.28+4学号：080080401101南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）地下磁导航系统硕士研究生：程强强导师：于润桥教授、伏燕军副教授申请学位级别：硕士学科、专业：精密仪器及机械所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2011-06授予学位单位：南昌航空大学UndergroundmagneticnavigationsystemADis

2、sertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnPreciseInstrumentandMechanicsbyChengQiangqiangUndertheSupervisionofProf.YuRunqiao&Prof.FuYanjunSchoolofTestingandOpto-ElectronicEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2011摘要传统的地面直井排水降压开采方式开采煤层气单井不但产量低，而且经济效益差。为了解决这个问题，常用的煤层气增产措施是水

3、平井技术。在这项技术中，精确导航钻头钻进将水平井与目标井连通，是煤层气开采时关键技术之一，也是我们目前开采技术发展的一大瓶颈。虽然国外拥有较先进的导航技术，但是由于国外价格昂贵及技术封锁，目前水平井与目标井的精确连通技术，仍是我国目前煤层气开采技术发展的一大难题。本文利用永磁短节产生的磁信号，精确导航钻头钻进，使钻铤钻进靶区，实现直井与水平井的对接连通。本文以库伦定律为基础，建立了磁偶极子模型。从该模型出发，推导得到了磁偶极子在空间任意一点的x，y，z三个方向产生的磁场强度，由此进一步推导出了永磁短节在空间任意一点的x，y，z三个方向的磁场强度；为了滤除夹杂在原始磁信号

4、中的地磁信号和噪声等干扰信号，设计了基于hamming窗的FIR数字滤波器，从而得到了由永磁短节产生的磁信号，为下一步进行角度和距离的测量做准备；在对原始磁信号进行FIR滤波过程中遇到了相位延迟的问题。运用基于波形匹配的端点延拓法消除了磁信号由于FIR滤波产生的相位延迟，很好的解决了这个问题；利用VC++软件编制了人机界面友好，功能全面的FIR数字滤波软件；由磁短节在空间任意一点产生的磁场强度计算公式，采用取极值的方法反演出了距离，井斜角，方位角和磁场强度的关系式；采用最小二乘线性拟合的方法求出了距离和磁场强度计算公式中的待定系数；运用多传感器数据融合技术，将三个传感器

5、采集的数据进行融合，进一步提高了角度和距离测量的精确度。野外试验结果表明：距离测量的最大绝对误差为0.9536，30m之内的角度测量相对误差最大3.4%，30m到40m的相对误差也不超过4%，50m之内的角度测量绝对误差小于0.4度。关键词：煤层气，磁导航，磁偶极子，永磁短节IAbstractTraditionalwayforCoalbedmethane(CBM)issurface(verticalwells)drainagebuck,butthismethodmaycauselowproductionofsinglewellandtheeconomicreturnre

6、lativelypoor.Inordertosolvethisproblem,oneofcountermeasurestostimulateCBMproductionishorizontalwelltechnology.ThetechnologythatconnecttheverticalwellandthehorizontalwellisnotonlythekeyintheCBMdevelopment,butalsoanbottleneck.Althoughtherewastheadvancednavigationtechnologyinothercountries,

7、becausethepriceisexpensiveandblockadeontechniques,preciseconnectiontechnologyfortheverticalandthehorizontalwellwasstillabigdifficultproblemintheCBMdevelopment.Inthispaper,toguidethebitdrillingaccuratelybymagneticsignalthatproductedbypermanentmagnetarrays.Andthedrillcollar