[發(fā)明專利]長距離大口徑油氣管道對穿控向大功率信號源系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910084536.5
• 申請日: 2009-05-15
• 公開（公告）號: CN101886541A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設計）人: 張金權;焦書浩;王小軍;王飛;方德學;劉素杰;趙鋒;霍峰;李維;曾科宏;楊依光;郭戈
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣管道局
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B7/04;G01J3/30
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 金杰;任清漢

技術領域

本發(fā)明是一種長距離大口徑油氣管道對穿控向大功率信號源系統(tǒng)。涉及信號裝置和管道系統(tǒng)技術領域。

背景技術

近年來，在非開挖技術行業(yè)中，水平導向鉆進是主要的增長點，由于設備能力的改善，其優(yōu)越性愈加明顯。非開挖鋪管可以穿越鐵路、公路、建筑、河流、飛機跑道、古跡等障礙物。它應用于于石油和天然氣管道、電力、電信、有線電視、給水、排水及市政建設。非開挖技術具有不開挖地面、不影響交通、不影響市容、不損壞建筑、方向性好、經濟和社會效益顯著等特點。非開挖技術可利用導向鉆進，還可進行管棚支護、水平注漿、水平降水及污染地層處理工程，在許多工程應用中，其相對成本已經降低到明挖法施工之下?？梢圆捎梅情_挖技術施工時，反對采用明挖施工是必然趨勢。

加快工程進度的、長距離的非開挖實時定位技術，即針對特別急需大口徑油氣管道對穿控向技術和設備的研究和研制。不僅滿足應用于于石油和天然氣管道的鋪設的施工現(xiàn)場的施工的設計要求，也滿足應用于電力、電信、有線電視、給水、排水及市政建設等施工現(xiàn)場的施工的設計要求。研究定向鉆對穿控向技術、控向理論和控向方法，采用電磁場和重力場作為導向信號，研究建立控向信號在大地的衰減規(guī)律和傳播機理、分布數(shù)學模型，各種干擾因素引起的測量誤差和修正方法等，確定控向信號和檢測裝置的基本參數(shù)，為裝備研制提供技術基礎。

國外的美國專利6,814,163用于水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)；6,736,222為了鉆頭定向的測量方法；美國專利6,626,252用于水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)；6,466,020B1電磁定位法隨鉆的測量方法；B2一種電磁精確定位和角度定位的方法；都沒涉及技術的實現(xiàn)，也沒有作具體實現(xiàn)的說明，更重要的是這些專利的實現(xiàn)存在角度(仰角、磁偏角等)的積累誤差，不可能達到0.1度的要求，要想達到上述精度，檢測設備非常復雜，因此，必須要研制具有自己知識產權的，施工容易、測試簡單易行的長距離水平雙向對穿導向鉆進控向設備?？紤]到現(xiàn)有鉆進定位設備的磁場源均為容易實現(xiàn)的脈沖波源，脈沖波形是由豐富的多次諧波組成的，因其波形的復雜性且功耗高，其中某次諧波對于感受弱磁場傳感器來講可能都是一個雜散不定的隨機噪聲。實驗發(fā)現(xiàn)，水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)的磁場源是關乎整個系統(tǒng)的精度的提高的重要因素之一。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是發(fā)明一種施工容易、測試簡單易行、定位精度高的長距離大口徑油氣管道對穿控向大功率信號源系統(tǒng)。

實驗發(fā)現(xiàn)，水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)的磁場源是關乎整個長距離大口徑油氣管道對穿控向系統(tǒng)的精度的提高的重要因素之一，而為了克服地磁場的干擾，大地電流的干擾，附近磁性物質造成的干擾，周圍環(huán)境的電磁干擾，依據(jù)導磁率在真空和大地為1的電動力學原理，激勵電流應為交變電流，則它在周圍激勵的就不是恒定磁場，而是交變電磁場，它不能簡單地用畢奧-薩伐爾定律來計算，交變電磁場不但與介質導磁率μ有關，而且與介質介電常數(shù)ξ有關。而ξ隨地層、巖土、泥土、含水量等變化極大，(成百倍地變化)，其衰減與交流電導率有關(導電率也是變化很大的)。因此，交變電流的頻率必須很低，例如：3HZ，以利檢波方法檢測鉆頭所處在人工磁場的強度。

考慮到現(xiàn)有鉆進定位設備的磁場源均為容易實現(xiàn)的脈沖波源，而長距離大口徑油氣管道對穿控向精度的磁場源一般由較之純正弦波發(fā)生器容易實現(xiàn)的大功率脈沖發(fā)生器所提供。脈沖發(fā)生器產生的脈沖波形是由豐富的多次諧波組成的，因其波形的復雜性且功耗高，其中某次諧波對于感受弱磁場傳感器來講可能都是一個雜散不定的隨機噪聲，對提高長距離大口徑油氣管道對穿控向精度的影響很大。因此要有一種提高長距離大口徑油氣管道對穿控向精度的磁場源，大功率純正弦波源代替脈沖波源。

本發(fā)明的構成如圖1所示：是由函數(shù)發(fā)生器、相位可調節(jié)高壓運算放大器、電流放大器組成；函數(shù)發(fā)生器、相位可調節(jié)高壓運算放大器、電流放大器依次相串連，由電流放大器輸出。

函數(shù)發(fā)生器產生的正弦波信號經相位可調節(jié)高壓運算放大器電壓放大并將相位調節(jié)準確，最后再經電流放大器放大電流后輸出。

這里：

函數(shù)發(fā)生器為超低頻正弦波發(fā)生信號源，產生的正弦波信號頻率為2.5-3赫茲；

電流放大器輸出的電壓振幅正負大于100伏，電流振幅正負大于10安培。

本發(fā)明的電原理如圖2所示，函數(shù)發(fā)生器IC1輸出接相位可調節(jié)高壓運算放大器IC2的輸入，IC2的輸出接晶體管組成的電流放大器Q1輸入，電流放大器Q1輸出接矩形線圈。

本發(fā)明電路簡單，可靠性高，定位精度高，施工中測試簡單易行、操作簡便。

附圖說明