[發(fā)明專利]一種鉆孔軌跡測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010140393.1
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111335879B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 徐文全;張元振;方楚雄;馮海;李賢良;吳安安;燕鍇;朱軒
• 申請（專利權）人: 陜西煤業(yè)化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/022;E21B47/00;E21B47/13
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，鉆孔軌跡測量裝置(10)安裝在首節(jié)鉆桿(9)中，包括外殼(1)及設置在外殼(1)中的鉆孔信息采集單元(2)、信號處理單元(3)、存儲單元(4)、通訊電路(5)及電源(6)，鉆孔信息采集單元(2)的輸出端與信號處理單元(3)的輸入端連接，信號處理單元(3)的輸出端與存儲單元(4)連接，存儲單元(4)的輸出端與通訊電路(5)連接，通訊電路(5)用于與終端設備(7)連接；

鉆孔信息采集單元(2)用于采集鉆孔施工信息，并將采集鉆孔施工信息傳輸至信號處理單元(3)，鉆孔施工信息包括鉆桿動作信息、鉆孔環(huán)境磁場信息及鉆桿內部壓力信息；信號處理單元(3)用于利用鉆孔施工信息，獲取鉆孔軌跡信息，并對鉆孔軌跡信息進行修正處理，得到修正后的鉆孔軌跡信息；存儲單元(4)用于存儲修正后的鉆孔軌跡信息；

鉆孔信息采集單元(2)包括六軸慣性傳感器(21)、三軸磁力計(22)及壓力傳感器(23)，六軸慣性傳感器(21)及三軸磁力計(22)均設置在外殼(1)中，并均與信號處理單元(3)連接；壓力傳感器(23)設置在外殼(1)的端部，且位于首節(jié)鉆桿(9)與鉆頭(11)的連接處；六軸慣性傳感器(21)包括三軸陀螺儀傳感器及三軸加速度傳感器，三軸陀螺儀傳感器用于獲取鉆桿轉向角速度信息，三軸加速度傳感器用于獲取鉆桿轉向角速度增量信息；三軸磁力計(22)用于獲取施工鉆孔所在環(huán)境的地磁場信息；壓力傳感器(23)用于鉆桿內部壓力信息。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，通訊電路(5)的接線端設置在外殼(1)的端部，通訊電路(5)的接線端上設置有防水體(8)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，首節(jié)鉆桿(9)采用短節(jié)鉆桿，短節(jié)鉆桿的長度為0.4-1.0m。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，信號處理單元(3)獲取鉆孔軌跡信息，并對鉆孔軌跡信息進行降噪及濾波處理過程，具體包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)設定的鉆桿轉向順序，建立歐拉角姿態(tài)運動學方程；

步驟2、利用在積分步進內點，關于鉆桿轉向角速度增量信息的多步算法，計算得到鉆頭的方位角ψ、滾轉角γ和俯仰角θ；

步驟3、利用離散非線性擴展卡爾曼濾波器，對鉆頭的方位角ψ、滾轉角γ和俯仰角θ進行修正處理，得到不同時刻鉆頭的姿態(tài)；

步驟4、根據(jù)獲取的鉆孔施工信息的周期性變化，對鉆頭掘進進尺進行模糊判斷，生成有效的鉆頭掘進進尺數(shù)據(jù)；

步驟5、利用步驟4中有效的鉆頭掘進進尺數(shù)據(jù)，計算得到鉆頭在掘進過程中累積鉆桿個數(shù)；結合已知的鉆桿長度及不同時刻鉆頭的姿態(tài)，得到鉆頭在三維空間中實時位置變化，即為鉆孔的軌跡信息。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，步驟1中，歐拉角姿態(tài)運動學方程為：

其中，為鉆頭姿態(tài)的方向余弦陣，上標n表示地理坐標系，下標b表示鉆頭測量坐標系；為三軸陀螺儀傳感器獲取的鉆桿轉向角速度三維向量構成的反對稱陣；三軸陀螺儀傳感器獲取的鉆桿轉向角速度三維向量

6.根據(jù)權利要求4所述的一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，鉆頭的方位角ψ、滾轉角γ和俯仰角θ的數(shù)學表達式如下：

其中，鉆頭姿態(tài)的方向余弦陣

7.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，外殼(1)中填充有密封膠，采用密封膠將鉆孔信息采集單元(2)、信號處理單元(3)、存儲單元(4)、通訊電路(5)及電源(6)密封在外殼(1)中。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆孔軌跡測量裝置，其特征在于，終端設備(7)用于對存儲單元(4)中存儲的修正后的鉆孔軌跡信息進行分析處理，繪制鉆孔三維軌跡圖。