[发明专利]一种非开挖井下导向系统

说明书

本发明公开了一种非开挖井下导向系统，本发明采用主动激发的人工磁场作为信标，使得井下的定向探管能够在有磁场干扰的环境下接收到清晰的信标磁场信号，通过随钻探管能精确测量钻具的姿态参数和相对位置坐标，随钻探管采集的数据通过贯穿在钻杆内的电缆，传输到地面信息处理设备进行处理。有线信号传输抗干扰能力强，不受地层障碍物的干扰。最终算出钻头到信号源的相对位置，还辅有钻具温度，并绘制测量点的井眼轨迹，为钻进方向提供修正指标，具有极高的见靶精度。

技术领域

本发明涉及非开挖铺管和水平定向钻技术领域，具体地涉及一种非开挖井下导向系统。

背景技术

传统的明挖施工会造成交通堵塞、绿地和园林毁坏，有时还因为河道、水网、铁路、机场及建筑物的存在不允许开挖施工。非开挖技术是指在不挖开地表的情况下，利用定向钻进技术和地球物理探测技术，进行地下打井施工。在非开挖铺管工程中，井下导向是关键的技术环节。只有通过导向系统才能准确的知道当前地下钻头的位置与姿态，进而控制导向钻进按预设轨迹前进，最终到达靶点。

在导向钻进过程中，钻孔位置的空间坐标、钻孔俯仰角和工具面角是控制钻孔轨迹要使钻孔准确命中某方位的靶区的必要参数，必须不断测试钻孔俯仰角和工具面角。目前国内常用的无线导向定位仪主要由地下测试单元、地面手持式定位跟踪仪和远端监视设备(地面司钻显示仪)三部分组成，如图1所示。此种方法存在测量距离短、深度浅、可靠性差等问题。有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明针对现有技术的不足而提出一种非开挖井下导向系统及对应本系统的非开发挖施工方法及算法，从而解决了受施工穿越深度、长度、施工环境、计算机系统操作复杂、算法分析误差高的影响；在保证精度的情况下施工效率高并且可以实时地面图形界面化跟踪；数据传输更加稳定可靠。

本发明提供了一种非开挖井下导向系统，，包括人工磁场发生装置、施工动力装置和地面专用数据处理设备；所述施工动力装置包括钻机、与钻机连接的无磁钻铤；所述无磁钻铤包括与钻机连接的钻杆、与钻杆连接的螺杆马达、与螺杆马达连接的钻头、和嵌入无磁钻铤内与地面专用数据处理设备连接的随钻探管。

人工磁场发生装置，用于产生等效磁矩的磁场；

施工动力装置，用于向预设靶位钻进，以及采集磁场数据、加速度数据和温度数据，并发送给所述地面专用数据处理设备；

地面专用数据处理设备，用于根据接收到的磁场数据、加速度数据和温度数据计算所述钻头的相对位置坐标和姿态参数，根据预设靶位为钻进方向提供修正参数。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：本发明采用主动激发的人工磁场作为信标，使得井下的定向探管能够在有磁场干扰的环境下接收到清晰的信标磁场信号，通过随钻探管能精确测量钻具的姿态参数和相对位置坐标，随钻探管采集的数据通过贯穿在钻杆内的电缆，传输到地面信息处理设备进行处理。有线信号传输抗干扰能力强，不受地层障碍物的干扰。最终算出钻头到靶点的相对位置，还辅有钻具温度，并绘制测量点的井眼轨迹，为钻进方向提供修正指标，具有极高的见靶精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1绘示了本发明实施例的现有技术中测量设备结构示意图；

图2绘示了本发明实施例的非开挖井下导向系统结构示意图；

图3绘示了本发明实施例图2中的正交磁靶方案的结构示意图；

图4绘示了本发明实施例图2中的旋转磁接头方案的结构示意图；

图5绘示了本发明实施例图2中的多边形线框方案的结构示意图；