[發(fā)明專利]一種非開挖井下導(dǎo)向系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010063200.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN111173451A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁世佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北韶通翱達(dá)科技有限公司
• 主分類號(hào): E21B7/04
• 分類號(hào): E21B7/04;E21B47/024;E21B47/09;E21B47/12
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本發(fā)明公開了一種非開挖井下導(dǎo)向系統(tǒng)，本發(fā)明采用主動(dòng)激發(fā)的人工磁場(chǎng)作為信標(biāo)，使得井下的定向探管能夠在有磁場(chǎng)干擾的環(huán)境下接收到清晰的信標(biāo)磁場(chǎng)信號(hào)，通過隨鉆探管能精確測(cè)量鉆具的姿態(tài)參數(shù)和相對(duì)位置坐標(biāo)，隨鉆探管采集的數(shù)據(jù)通過貫穿在鉆桿內(nèi)的電纜，傳輸?shù)降孛嫘畔⑻幚碓O(shè)備進(jìn)行處理。有線信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，不受地層障礙物的干擾。最終算出鉆頭到信號(hào)源的相對(duì)位置，還輔有鉆具溫度，并繪制測(cè)量點(diǎn)的井眼軌跡，為鉆進(jìn)方向提供修正指標(biāo)，具有極高的見靶精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非開挖鋪管和水平定向鉆技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種非開挖井下導(dǎo)向系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的明挖施工會(huì)造成交通堵塞、綠地和園林毀壞，有時(shí)還因?yàn)楹拥馈⑺W(wǎng)、鐵路、機(jī)場(chǎng)及建筑物的存在不允許開挖施工。非開挖技術(shù)是指在不挖開地表的情況下，利用定向鉆進(jìn)技術(shù)和地球物理探測(cè)技術(shù)，進(jìn)行地下打井施工。在非開挖鋪管工程中，井下導(dǎo)向是關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。只有通過導(dǎo)向系統(tǒng)才能準(zhǔn)確的知道當(dāng)前地下鉆頭的位置與姿態(tài)，進(jìn)而控制導(dǎo)向鉆進(jìn)按預(yù)設(shè)軌跡前進(jìn)，最終到達(dá)靶點(diǎn)。

在導(dǎo)向鉆進(jìn)過程中，鉆孔位置的空間坐標(biāo)、鉆孔俯仰角和工具面角是控制鉆孔軌跡要使鉆孔準(zhǔn)確命中某方位的靶區(qū)的必要參數(shù)，必須不斷測(cè)試鉆孔俯仰角和工具面角。目前國內(nèi)常用的無線導(dǎo)向定位儀主要由地下測(cè)試單元、地面手持式定位跟蹤儀和遠(yuǎn)端監(jiān)視設(shè)備(地面司鉆顯示儀)三部分組成，如圖1所示。此種方法存在測(cè)量距離短、深度淺、可靠性差等問題。有鑒于此，特提出本申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出一種非開挖井下導(dǎo)向系統(tǒng)及對(duì)應(yīng)本系統(tǒng)的非開發(fā)挖施工方法及算法，從而解決了受施工穿越深度、長度、施工環(huán)境、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作復(fù)雜、算法分析誤差高的影響；在保證精度的情況下施工效率高并且可以實(shí)時(shí)地面圖形界面化跟蹤；數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定可靠。

本發(fā)明提供了一種非開挖井下導(dǎo)向系統(tǒng)，，包括人工磁場(chǎng)發(fā)生裝置、施工動(dòng)力裝置和地面專用數(shù)據(jù)處理設(shè)備；所述施工動(dòng)力裝置包括鉆機(jī)、與鉆機(jī)連接的無磁鉆鋌；所述無磁鉆鋌包括與鉆機(jī)連接的鉆桿、與鉆桿連接的螺桿馬達(dá)、與螺桿馬達(dá)連接的鉆頭、和嵌入無磁鉆鋌內(nèi)與地面專用數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接的隨鉆探管。

人工磁場(chǎng)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生等效磁矩的磁場(chǎng)；

施工動(dòng)力裝置，用于向預(yù)設(shè)靶位鉆進(jìn)，以及采集磁場(chǎng)數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述地面專用數(shù)據(jù)處理設(shè)備；

地面專用數(shù)據(jù)處理設(shè)備，用于根據(jù)接收到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)計(jì)算所述鉆頭的相對(duì)位置坐標(biāo)和姿態(tài)參數(shù)，根據(jù)預(yù)設(shè)靶位為鉆進(jìn)方向提供修正參數(shù)。

通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明可以取得以下技術(shù)效果：本發(fā)明采用主動(dòng)激發(fā)的人工磁場(chǎng)作為信標(biāo)，使得井下的定向探管能夠在有磁場(chǎng)干擾的環(huán)境下接收到清晰的信標(biāo)磁場(chǎng)信號(hào)，通過隨鉆探管能精確測(cè)量鉆具的姿態(tài)參數(shù)和相對(duì)位置坐標(biāo)，隨鉆探管采集的數(shù)據(jù)通過貫穿在鉆桿內(nèi)的電纜，傳輸?shù)降孛嫘畔⑻幚碓O(shè)備進(jìn)行處理。有線信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，不受地層障礙物的干擾。最終算出鉆頭到靶點(diǎn)的相對(duì)位置，還輔有鉆具溫度，并繪制測(cè)量點(diǎn)的井眼軌跡，為鉆進(jìn)方向提供修正指標(biāo)，具有極高的見靶精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1繪示了本發(fā)明實(shí)施例的現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2繪示了本發(fā)明實(shí)施例的非開挖井下導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3繪示了本發(fā)明實(shí)施例圖2中的正交磁靶方案的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4繪示了本發(fā)明實(shí)施例圖2中的旋轉(zhuǎn)磁接頭方案的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5繪示了本發(fā)明實(shí)施例圖2中的多邊形線框方案的結(jié)構(gòu)示意圖；