[发明专利]基于激光陀螺的钻孔轨迹测量装置及方法

说明书

技术领域

   本发明涉及钻孔轨迹测量技术领域，具体是一种基于激光陀螺的钻孔轨迹测量装置及方法,适用于油气抽采、勘探、岩土灾害防治等领域。

背景技术

钻孔作业是目前地质勘探、矿山开采、油气抽采、矿井及岩土工程灾害防治的必要手段。伴随工程技术提升与钻机技术水平的提高，钻孔深度不断加深。钻孔轨迹测量是确保钻孔质量及效果的重要工作。传统钻孔轨迹数据描绘是通过各种设计参数拟合生成，与实际钻孔轨迹具有较大误差。而常规钻孔轨迹实测方法主要以加速度计、磁感等测量等方式构建系统，存在测量精度低，受环境干扰大，数据矫正与分析困难，使用效果差等缺陷。近阶段开发的光纤陀螺精度低，受体积限制无法满足小型钻孔轨迹测量等要求。

发明内容

     为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种基于激光陀螺的钻孔

轨迹测量装置及方法，能够高精度测量钻孔轨迹。

 本发明是以如下技术方案实现的：一种基于激光陀螺的钻孔轨迹测量装置，包括固定支架以及安装在固定支架内的测量电路；所述的测量电路包括激光陀螺模组、与激光陀螺模组连接的监测主模组、与监测主模组连接的通讯接口以及用于供电的电源模组；所述的激光陀螺模组由互相垂直的三个激光陀螺组成，所述的激光陀螺模组由互相垂直的三个激光陀螺组成，其中中间激光陀螺自转轴与钻孔的轴向一致，另两个激光陀螺对应钻杆方向相垂直的两个面设置；所述的固定支架采用钻杆式支架，将所述的测量电路密封在钻杆式支架内。

一种基于激光陀螺的钻孔轨迹测量方法，采用上述测量装置，具体过程如下：激光陀螺模组实时输出旋转角速度和角位移给监测主模组，监测主模组据此计算并记录某时刻钻孔倾角、方位角及测量装置所在位置，在停止钻进时矫正测量装置所在位置；在计算机中可描绘出钻孔轨迹的三维空间坐标数据，计算钻孔在开采空间中的位置以及钻孔深度、钻进或退钻过程及速度参数。   

本发明的有益效果是： 

1、该装置及方法实现了随钻钻孔轨迹测量和后期钻孔轨迹测量，能够实现油气抽采、勘探、灾害防治等领域长深钻孔轨迹测量。

2、全封闭系统设计，使系统达到本质安全，可满足具有爆炸危险环境的特殊场合应用。

3、系统最小直径可达到30mm，能够满足常规钻孔的钻孔轨迹测定。

4、系统测试精度较常规技术高，倾角测量精度优于0.1°，方位角精度优于0.5°，能够更加精确的提供钻孔轨迹数据，更加准确的对钻进作业质量进行评估，满足长距离钻孔作业的高精度测量要求。

5、钻杆式固定支架构建的机械系统，能够最大程度吸收高频振动，减少测试模块工作过程中有可能受到的摩擦、震动、温度、磁场、电场等干扰。

6、系统造价低、寿命长、稳定性好、智能程度高，符合市场需求。

附图说明

图1 是本发明电原理框图；

图2是激光陀螺模组安装示意图；

图3是本发明结构示意图；

图4 是随钻钻孔轨迹测量流程示意图；

图5 是后期钻孔轨迹测量流程示意图。

1、激光陀螺模组，11、下激光陀螺，12、中间激光陀螺，13、上激光陀螺，2、监测主模组，3、电源模组，4、通讯接口，5、内螺纹口，6、长方形壳体，7、封装内胆，8、悬挂结构，9、外螺纹口。

具体实施方式

 如图1所示，一种基于激光陀螺的钻孔轨迹测量装置，包括固定支架以及安装在固定支架内的测量电路。所述的测量电路包括激光陀螺模组1、与激光陀螺模组1连接的监测主模组2、与监测主模组2连接的通讯接口4以及用于供电的电源模组3；所述的激光陀螺模组1由互相垂直的三个激光陀螺组成，其中中间激光陀螺自转轴与钻孔的轴向一致，另两个激光陀螺对应钻杆方向相垂直的两个面设置；所述的固定支架采用长方形固定支架，将所述的测量电路密封在长方形固定支架内。

通讯接口是实现监测主模组与采集仪或计算机交互与数据传输的主要数据通道。在计算机中可利用测试数据描绘出钻孔轨迹的三维走向，计算钻孔在开采空间中的位置以及钻孔深度、钻进或退钻过程及速度参数等。

电源模组主要完成系统的稳定电流供给。该部分具有输出电压低（3V）、滤波能力强、电源部分自动管理能力强等。该部分是保障系统可靠性运行的重要组件。