[发明专利]长距离大口径油气管道对穿控向的分段磁体传感阵列系统

说明书

技术领域

本发明是一种长距离大口径油气管道对穿控向的分段磁体传感阵列系统。涉及管道系统技术领域。

背景技术

近年来，在非开挖技术行业中，水平导向钻进是主要的增长点，由于设备能力的改善，其优越性愈加明显。非开挖舖管可以穿越铁路、公路、建筑、河流、飞机跑道、古迹等障碍物。它应用于于石油和天然气管道、电力、电信、有线电视、给水、排水及市政建设。非开挖技术具有不开挖地面、不影响交通、不影响市容、不损坏建筑、方向性好、经济和社会效益显著等特点。非开挖技术可利用导向钻进，还可进行管棚支护、水平注浆、水平降水及污染地层处理工程，在许多工程应用中，其相对成本已经降低到明挖法施工之下。可以采用非开挖技术施工时，反对采用明挖施工是必然趋势。

加快工程进度的、长距离的非开挖实时定位技术，即针对特别急需地下双向水平钻进准直技术和设备的研究和研制。不仅满足应用于于石油和天然气管道的铺设的施工现场的施工的设计要求，也满足应用于电力、电信、有线电视、给水、排水及市政建设等施工现场的施工的设计要求。研究定向钻对穿控向技术、控向理论和控向方法，采用电磁场和重力场作为导向信号，研究建立控向信号在大地的衰减规律和传播机理、分布数学模型，各种干扰因素引起的测量误差和修正方法等，确定控向信号和检测装置的基本参数，为装备研制提供技术基础。

美国专利6,814,163和6,626,252用于水平随钻的双线圈定位系统；6,736,222为钻头定向的测量方法；6,466,020B1为电磁定位法随钻的测量方法；B2为一种电磁精确定位和角度定位的方法；这些专利都没涉及技术的实现，也没有作具体实现的说明。更重要的是这些专利的实现存在角度(仰角、磁偏角等)的积累误差，不可能达到0.1度的要求。要想达到上述精度，检测设备非常复杂。

考虑到现有钻进定位设备的磁体传感器均为单个高灵敏度可分辨微高斯的传感模块，由于磁体传感器本身感应灵敏度和感应的动态范围是成反比的，而为了提高长距离水平双向对穿导向精度，就必须在对穿双向接近时加进一个较大磁通量的人工永久磁体。这样，就使采用单个磁传感器为了适应其感应的动态范围而降低了感应的灵敏度，必须要从传感器的源头来提高整个长距离大口径油气管道对穿控向系统的精度的问题。

发明内容

本发明的目的是发明一种施工容易、测试简单易行的长距离大口径油气管道对穿控向的分段磁体传感阵列系统。

本发明就是从传感器的源头来提高整个长距离大口径油气管道对穿控向系统的精度的问题。考虑到现有钻进定位设备的磁体传感器均为单个高灵敏度可分辨微高斯的传感模块，由于磁体传感器本身感应灵敏度和感应的动态范围是成反比的，而为了提高长距离水平双向对穿导向精度，就必须在对穿双向接近时加进一个较大磁通量的人工永久磁体，这样就克服了采用单个磁传感器为了适应其感应的动态范围而降低了感应灵敏度的不足。

为此，本发明是这样实现的：

考虑到人工设置的电磁场的数量级和对穿到一定程度在钻杆头加入的永久磁铁的数量级不同，选择三个不同感应灵敏度和相应的感应动态范围磁体传感器，在不同时段分别接入。

所以，本发明的构成(见图1)同已有技术一样，是由三个磁体传感器、放大器、A/D转换和控制器组成。磁体传感器1、过渡磁体传感器2、永久磁体传感器3的输出各依次串接放大器、A/D转换后一并接控制器的输入。磁体传感器1、过渡磁体传感器2、永久磁体传感器3输出的信号各经放大并转换为数字信号，送控制器处理。

其中：

磁体传感器1为感知人工设置的永久磁体传感器；

永久磁体传感2定义为永久监视传感器，其感应的动态范围跨越在磁体传感器1和永久磁体传感器3之间，其感应的数值为磁体传感器1和过渡磁体传感器2切换依据；

永久磁体传感器3为感知对穿到一定程度在钻杆头加入的永久磁体传感器；

本发明的特征是磁体传感器1、过渡磁体传感器2、永久磁体传感器采用磁体传感芯片，其构成是4个电阻组成的平衡电桥电路；其中磁体传感器1用于检测微弱磁场可选用磁场范围是+/-2高斯左右的任意磁体传感器；过渡磁体传感器2，用于检测从微弱磁场到强磁场的过渡，可选用磁场范围是+/-6高斯左右的任意磁体传感器；永久磁体传感器3用于检测从微弱磁场到强磁场的过渡，可选用磁场范围是+/-60高斯左右的任意磁体传感器；