[發(fā)明專利]一種交變磁場導(dǎo)向裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010234898.0
• 申請(qǐng)日: 2010-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN101915061A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宗艷波;史曉鋒;林國鈞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B7/04
• 分類號(hào): E21B7/04;E21B44/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種交變磁場導(dǎo)向裝置，其特征在于：包括近鉆頭人工磁極模塊、目標(biāo)端模塊和源端控制模塊；

近鉆頭人工磁極模塊位于源端控制模塊的近鉆頭處，發(fā)射低頻交變磁場信號(hào)，目標(biāo)端模塊采集近鉆頭人工磁極模塊所發(fā)射的低頻交變磁場信號(hào)，并解算鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)間的相對(duì)方位和距離，鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)間的相對(duì)方位和距離信息通過目標(biāo)端模塊的遠(yuǎn)距離傳輸單元傳輸至源端控制模塊的司鉆指示控制單元，由司鉆指示控制單元根據(jù)所收到的鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)間的相對(duì)方位和距離信息調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)控制鉆頭向目標(biāo)靶點(diǎn)精確鉆進(jìn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交變磁場導(dǎo)向裝置，其特征在于：所述的近鉆頭人工磁極模塊為，在鉆鋌的剖面上打六個(gè)通孔，在六個(gè)通孔中嵌入六組交流線圈，每兩個(gè)交流線圈間隔30°，交流線圈內(nèi)的交流激勵(lì)電流相位兩兩相差π/6。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交變磁場導(dǎo)向裝置，其特征在于：所述的近鉆頭人工磁極模塊為，在鉆鋌的剖面上打六個(gè)通孔，在六個(gè)通孔中設(shè)有永磁體。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交變磁場導(dǎo)向裝置，其特征在于：所述的目標(biāo)端模塊包括目標(biāo)端井下測量單元、目標(biāo)端地面單元、絞車和遠(yuǎn)距離傳輸單元；

目標(biāo)端井下測量單元包括減震定位裝置、傳感器艙、電路艙、微機(jī)艙、電源艙、磁定位艙、馬籠頭和外殼；減震定位裝置、傳感器艙、電路艙、微機(jī)艙、電源艙、磁定位艙位于外殼內(nèi)，減震定位裝置與外殼最前端固定連接，具有定位和減震作用；傳感器艙包括一組三軸加速度計(jì)和一組三軸高靈敏度磁通門，設(shè)傳感器艙的軸線方向?yàn)閆軸，與軸線方向垂直的平面，設(shè)定相互正交的X軸、Y軸方向，X軸、Y軸、Z軸兩兩相互正交，三軸加速度計(jì)和三軸高靈敏度磁通門的三個(gè)軸向方向分別在X軸、Y軸、Z軸方向，三軸加速度計(jì)測量重力矢量G分別在X軸、Y軸、Z軸上的重力加速度分量G_x、G_y、G_z；三軸高靈敏度磁通門所測信號(hào)包括地磁信號(hào)H_dc和低頻交變磁信號(hào)H_ac，其中地磁信號(hào)為地球固有，低頻交變磁信號(hào)由近鉆頭人工磁極模塊產(chǎn)生；三軸高靈敏度磁通門測量地磁信號(hào)H_dc分別在X軸、Y軸、Z軸上地磁信號(hào)分量H_dcx、H_dcy、H_dcz，地磁信號(hào)分量為直流分量；三軸高靈敏度磁通門測量低頻交變磁信號(hào)H_ac分別在X軸、Y軸、Z軸上的低頻交變磁信號(hào)分量H_acx、H_acy、H_acz，低頻交變磁信號(hào)分量為交流分量；傳感器艙與電路艙通過航空多芯電纜連接，將三軸加速度計(jì)所測的重力加速度分量G_x、G_y、G_z，三軸高靈敏度磁通門所測的地磁信號(hào)分量H_dcx、H_dcy、H_dcz和低頻交變磁信號(hào)分量H_acx、H_acy、H_acz傳輸至電路艙；

電路艙接收并調(diào)理傳感器艙提供的原始信號(hào)，電路艙接收三軸加速度計(jì)測量的重力矢量三軸的加速度分量G_x，G_y，G_z；接收三軸高靈敏度交流磁通門測量的直流分量H_dcx、H_dcy、H_dcz和交流分量H_acx、H_acy、H_acz；電路艙采用RC濾波電路將三軸高靈敏度交流磁通門測量的直流分量與交流分量分離，采用OP27放大器將加速度分量G_x，G_y，G_z、直流分量H_dcx，H_dcy，H_dcz、交流分量H_acx，H_acy，H_acz的信號(hào)幅度調(diào)整到±10伏以內(nèi)，并通過航空多芯電纜傳輸給微機(jī)艙；微機(jī)艙包括CPU、數(shù)據(jù)采集電路和通信驅(qū)動(dòng)電路，數(shù)據(jù)采集電路采用多路同步模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片AD7656，在CPU的控制下，通過數(shù)據(jù)采集電路采集G_x、G_y、G_z、H_dcx、H_dcy、H_dcz、H_acx、H_acy、H_acz；通信驅(qū)動(dòng)電路將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，并通過單芯電纜上傳至目標(biāo)端地面單元；微機(jī)艙與電源艙通過航空多芯電纜連接；電源艙通過單芯電纜從地面獲得的交流電壓轉(zhuǎn)換為目標(biāo)端井下測量單元所需的直流電壓，通過航空多芯電纜向傳感器艙、電路艙、微機(jī)艙和磁定位艙供電；磁定位艙測量井深，井深數(shù)據(jù)通過單芯電纜傳輸至目標(biāo)端地面單元；馬籠頭兩端分別連接單芯電纜和磁定位艙；單芯電纜通過馬籠頭將目標(biāo)端井下測量單元和絞車固定連接，通過調(diào)節(jié)單芯電纜的長度實(shí)現(xiàn)目標(biāo)端井下測量單元的深度調(diào)節(jié)；

目標(biāo)端地面單元包括測井車、計(jì)算機(jī)、接口箱和打印機(jī)；計(jì)算機(jī)、接口箱和打印機(jī)位于測井車內(nèi)；接口箱包括遠(yuǎn)程傳輸接口和接口箱通信驅(qū)動(dòng)電路；接口箱設(shè)有遠(yuǎn)程傳輸接口，用于與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接口箱通過接口箱通信驅(qū)動(dòng)電路接收由單芯電纜輸出的加速度分量G_x、G_y、G_z、地磁信號(hào)分量H_dcx、H_dcy、H_dcz和低頻交變磁信號(hào)H_acx、H_acy、H_acz，并將其輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)利用近鉆頭人工磁極模塊產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的頻率信號(hào)對(duì)低頻交變磁信號(hào)H_acx、H_acy、H_acz進(jìn)行相敏解調(diào)，得到目標(biāo)端磁場特征信號(hào)H_IQ在三個(gè)坐標(biāo)軸上的特征信號(hào)H_XI、H_YI、H_ZI和H_XQ、H_YQ、H_ZQ，從而得到目標(biāo)端磁場特征信號(hào)H_IQ的特征分量，分別為H_IQX、H_IQY和H_IQZ；鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)間的相對(duì)傾斜角α為：

α=tg-1(HIQXHIQZ)---(1)]]>

目標(biāo)靶點(diǎn)的特征方位角為：

鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)間的相對(duì)方位角θ通過下式得到：

距離r為：

r=M4πHmin3---(4)]]>

式中：H_min為H_IQ信號(hào)幅度的最小值，M為已知磁矩；

計(jì)算機(jī)解算得到相對(duì)傾斜角α與相對(duì)方位角θ，相對(duì)距離為r，通過打印機(jī)打??；計(jì)算機(jī)解算的鉆頭相對(duì)目標(biāo)靶點(diǎn)的相對(duì)方位和距離信息通過遠(yuǎn)距離傳輸單元傳至司鉆指示控制單元。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交變磁場導(dǎo)向裝置，其特征在于：所述的源端控制模塊包括司鉆指示控制單元、鉆桿、隨鉆測量模塊和鉆鋌，司鉆指示控制單元接收經(jīng)由遠(yuǎn)距離傳輸單元發(fā)送的鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)之間的相對(duì)方位和距離，司鉆指示控制單元通過鉆桿連接鉆鋌，隨鉆測量模塊測量近鉆頭在地理坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置，以鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)間的相對(duì)方位和距離信息為閉環(huán)控制參數(shù)，通過司鉆指示控制單元實(shí)時(shí)控制鉆頭向目標(biāo)靶點(diǎn)精確鉆進(jìn)。