CN101550806B - 一种实现钻机精确对接的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现钻机精确对接的方法，属于信息科学领域。所述方法包括：通过所述传感器检测所述磁铁的磁感应强度，判断出所述磁力杆和所述测量杆的相对位置；通过改变所述测量杆的工具面向角，获得所述磁力杆和所述测量杆共同所在的平面；根据参考平面，获取所述平面和所述参考平面的夹角；通过所述磁力杆的轴向运动时所述传感器测得的所述磁铁的磁感应强度，获得所述磁力杆和所述测量杆轴间距；根据所述获取的夹角和所述轴间距，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接。本发明实现了在长距离或复杂地质条件下两个钻机的精确对接，实现方法简单，满足了在钻机对接过程中，对精度的要求。

Description

一种实现钻机精确对接的方法

技术领域

本发明涉及信息科学领域，特别涉及一种实现钻机精确对接的方法。

背景技术

在水平钻进技术中，不同地层和深度的钻进可以通过监测和控制手段抵达设计位置。随着科学技术的发展和具体施工的要求，例如“西气东输”长距离的石油和天然气管道的铺设，传统的单向穿越技术在传输距离上存在的局限性，已经不能满足长距离穿越的要求。

为了实现长距离的穿越，现有技术中提供了一种平行追踪对接技术(也称为对穿技术)：是将两台钻机分别就位于入土点和出土点两侧，然后同时进行导向孔穿越，在到达对接区域时完成两条导向孔对接。对接成功后，出土点侧钻机从导向孔中拔出钻杆，同时，入土点侧钻机在出土点侧钻机的牵引下，沿对接后的导向孔继续推进，直至到达出土点侧，从而完成整个导向孔作业。采用平行追踪对接技术将进一步提升穿越能力，开拓穿越施工领域，延长穿越施工的长度，同时还可以保持地貌的完整。该技术在海滩穿越、超长距离穿越以及两侧均是复杂地质条件的穿越中有明显的技术优势。

发明人在实现本发明的过程中发现，在实现长距离的穿越过程中，由于穿越距离较长，如何实现两个钻机的精确对接是穿越技术中研究的重点和难点，但在现有技术中，始终找不到理想的对接模型和算法，或者现有技术所提供的对接的精度远远达不到现代技术条件下施工方对设备的要求，无法满足对对接精度的要求。

发明内容

为了在长距离水平定向钻进过程中，实现两个钻机的精确对接，本发明提供了一种实现钻机精确对接的方法。所述技术方案如下：

一种实现钻机精确对接的方法，无磁钻机的测量杆上安装有传感器、有磁钻机的磁力杆上安装有磁铁，所述方法包括：

通过所述传感器检测所述磁铁在Y轴和Z轴方向上的磁感应强度变化趋势，判断得到所述磁力杆所处所述测量杆的象限区域，所述象限区域用于表示所述磁力杆和所述测量杆的相对位置；令所述磁力杆保持不动，设定一个固定角度θ₁，在所述磁力杆所处所述测量杆的象限的顺时针的上一象限内，使测量杆的工具面向角从0度开始每隔θ₁度进行一次改变，每改变一次则获取相应的测量角度的磁感应强度值；根据所述获取的各个测量角度的磁感应强度值，得到各个测量角度的Y方向对接区内的磁感应强度值；

令所述磁力杆沿其轴向后撤到对接区外，将所述工具面向角恢复到0度；

当所述工具面向角恢复到0度后，使所述工具面向角从0度开始每隔θ₁度进行一次改变，每改变一次则获取相应的磁感应强度值；根据所述获取的各个测量角度的磁感应强度值，得到各个测量角度的Y方向对接区外的磁感应强度值；

根据所述得到的各个测量角度的Y方向对接区内的磁感应强度值、所述Y方向对接区外的磁感应强度值，得到各个测量角度的磁感应强度差值；

根据各个测量角度的磁感应强度差值，获取所述磁感应强度差值中的最大值；并根据所述获取的最大值，得到所述最大值对应的测量角度值θ_max，所述测量角度值θ_max为测量杆和磁力杆所在的轴向平面和参考水平面的夹角；

根据所述最大值对应的测量角度值θ_max，将所述测量杆的所述工具面向角调整为θ_max，获取所述传感器的磁感应强度值；

根据获取的磁感应强度值，获取X方向对接区外的磁感应强度值和Y方向对接区外的磁感应强度值；

令所述磁力杆沿轴向前进进入对接区，设定一个固定的长度l₂，使所述磁力杆从进入对接区开始，每前进l₂则所述测量杆进行一次磁感应强度值的测量，获取各测量位置的磁感应强度值；

根据获取的各测量位置的磁感应强度值，获取各测量位置的X方向对接区内的磁感应强度值和Y方向对接区内的磁感应强度值；

根据将各测量位置对应的X方向对接区内的磁感应强度值和X方向对接区外的磁感应强度值，得到X方向差值；根据各测量位置对应的Y方向对接区内的磁感应强度值和所述Y方向对接区外的磁感应强度值，得到Y方向差值；

根据所述X方向差值、所述Y方向差值，得到各测量位置对应的拟合曲线；

根据所述拟合曲线，得出Y方向磁感应强度差值为0的位置，所述位置为所述磁铁和所述传感器在Y方向的共线点；

根据所述共线点对应的X方向的磁感应强度值和标定曲线，获得Y方向测量杆和磁力杆的轴间距；

根据所述获取的夹角和所述轴间距，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接；

其中，所述标定曲线通过对所述磁铁中心点的径向各点磁感应强度进行标定得到。

其中，根据所述获取的夹角和所述轴间距，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接，之前还包括：

根据所述磁铁和所述传感器的共线点，获得所述磁铁从进入对接区起，沿轴向前进至所述共线点时的移动距离；

相应地，所述根据所述获取的夹角和所述轴间距，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接，还包括：

根据所述获取的夹角、所述轴间距以及所述移动距离，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接。

其中，所述通过所述传感器检测所述磁铁在Y轴和Z轴方向上的磁感应强度变化趋势，判断得到所述磁力杆所处所述测量杆的象限区域，之前所述方法还包括：

将所述磁力杆和所述测量杆的方位角调整为相同，所述磁力杆和所述测量杆的倾角都为0；

令所述磁力杆和所述测量杆分别沿各自轴向相向直线前进；

当所述传感器检测的磁感应强度发生明显变化时，判断出所述磁力杆和所述测量杆已经到达对接区，令所述磁力杆和所述测量杆均停止前进，将所述测量杆的工具面向角调整到0度；

当所述测量杆的工具面向角调整到0度后，令所述磁力杆继续沿轴向前进进入对接区。

本发明实施例提供的方案，保证了钻机的精确对接，满足了在长距离穿越过程中或复杂的地质条件下的穿越对接过程中对对接精度的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无磁钻机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的有磁钻机的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的实现钻机精确对接的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的标定曲线示意图；

图5是本发明实施例提供的对接过程的主视图；

图6是本发明实施例提供的对接过程的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了保证钻机的精确地对接，满足了在长距离穿越过程中或复杂的地质条件下的穿越对接过程中对对接精度的要求，本发明实施例提供了一种实现钻机精确对接的方法。

参见图1和图2，为本发明实施例提供的钻机示意图，其中，图1所示为本发明实施例提供的一种无磁钻机，该无磁钻机包括：钻头、测量杆、传感器和无磁钻杆，其中，测量杆位于钻头之后的某一段区域，传感器安装在无磁钻杆中。图2所示为本发明实施例提供的一种有磁钻机，该有磁钻机包括：钻头、轴向永磁铁(为了便于说明，将该轴向永磁铁简称为磁铁，可以采用人工磁铁实现)、磁力杆、无磁钻铤和无磁钻杆。其中，轴向永磁铁位于磁力杆中。

基于上述本发明实施例提供的无磁钻机和有磁钻机，本发明实施例提供了一种实现钻机精确对接的方法，可以实现测量杆和磁力杆的精确对接，进而实现两个钻机的精确对接，参见图3，该方法内容如下：

步骤101：在工程施工之前，对磁铁中心点的径向磁感应强度进行标定，得到标定曲线。

其中，参见图3，该磁铁的NS极方向和磁力杆的轴向一致，在磁铁外空间中，磁感线由N极出发，指向S极；磁铁内部则由S极指向N极，在整个空间中磁感线为一闭合的回路。

在该空间内，可以得到空间任意点的磁感应强度，如下所示：

均匀磁化情况下，磁微元在空间一点产生的磁场强度各分量的表达式为

$B_{\mathrm{ax}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}[M_x{\∫}_v\frac{2{(x-\mathrm{\ξ})}^2-{(y-\mathrm{\η})}^2-{(z-\mathrm{\ζ})}^2}{r^5}\mathrm{dv}+M_y{\∫}_v\frac{3(x-\mathrm{\ξ})(y-\mathrm{\η})}{r^5}\mathrm{dv}+M_z{\∫}_v\frac{3(x-\mathrm{\ξ})(z-\mathrm{\ζ})}{r^5}\mathrm{dv}]$

$B_{\mathrm{ay}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}[M_x{\∫}_v\frac{3(x-\mathrm{\ξ})(y-\mathrm{\η})}{r^5}\mathrm{dv}+M_y{\∫}_v\frac{2{(y-\mathrm{\η})}^2-{(x-\mathrm{\ξ})}^2-{(z-\mathrm{\ζ})}^2}{r^5}\mathrm{dv}+M_z{\∫}_v\frac{3(y-\mathrm{\η})(z-\mathrm{\ζ})}{r^5}\mathrm{dv}]---\left(1\right)$

$B_{\mathrm{az}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}[M_x{\∫}_v\frac{3(x-\mathrm{\ξ})(z-\mathrm{\ζ})}{r^5}\mathrm{dv}+M_y{\∫}_v\frac{3(y-\mathrm{\η})(z-\mathrm{\ζ})}{r^5}\mathrm{dv}+M_z{\∫}_v\frac{2{(z-\mathrm{\ζ})}^2-{(x-\mathrm{\ξ})}^2-{(y-\mathrm{\η})}^2}{r^5}\mathrm{dv}]$

式中B_ax、B_ay和B_az为空间磁场在测量点P(x，y，z)的3个互相垂直的磁感应强度分量，单位为T；r为磁微元到测量点P(x，y，z)的距离，单位为m；M_x、M_y和M_z分别为磁体磁化强度在x，y，z方向上的分量，单位为A/m；ξ、η和ζ为磁微元在x，y，z轴的坐标值，单位为m；μ₀为磁场在岩层中的磁导率，单位为H/m；v为磁体体积变量，单位为m³。

磁体模型的长度为2h，横截面积为S。相对于磁微元和测量点的距离而言，磁体横截面上的边长很小，即可以假设磁体上微元体的坐标y＝0，z＝0。磁截面微元坐标为Q(η，0，0)，由式(1)在磁体上积分，并假设磁体磁化方向为沿磁体的轴向，即x方向，得到P(x，y，z)点的磁感应强度为：

$B_{\mathrm{ax}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}{M}_{x}S\{\frac{x-h}{{[y^2+z^2+{(x-h)}^2]}^{\frac{3}{2}}}-\frac{x+h}{{[y^2+z^2+{(x+h)}^2]}^{\frac{3}{2}}}\}$

$B_{\mathrm{ay}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}{M}_x\mathrm{Sy}\{\frac{1}{{[y^2+z^2+{(x-h)}^2]}^{\frac{3}{2}}}-\frac{1}{{[y^2+z^2+{(x+h)}^2]}^{\frac{3}{2}}}\}---\left(2\right)$

$B_{\mathrm{az}}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}{M}_x\mathrm{Sz}\{\frac{1}{{[y^2+z^2+{(x-h)}^2]}^{\frac{3}{2}}}-\frac{1}{{[y^2+z^2+{(x+h)}^2]}^{\frac{3}{2}}}\}$

空间任意点的磁感应强度可由(2)式求得。

基于上述得到的空间任意点的磁感应强度，参见图4，为本发明实施例提供标定曲线示意图，磁铁的径向垂直于该磁力杆的轴向，相应地，如图4所示，对该磁铁中心点O的径向磁感应强度进行标定得到的标定曲线为MN，在该标定曲线MN上，各标定点的磁感应强度大小和各标定点到中心点O的垂直距离d存在映射关系，参见表1，为本发明实施例提供的标定曲线上的标定点的磁感应强度和各标定点到中心点O的垂直距离d的示意表。

表1磁感应强度和垂直轴向距离的关系

标定点	磁感应强度B	垂直轴向距离d
			A和A’	B1	d1
B和B’	B2	d2
			……	……	……

如表1所示，例如当磁感应强度为B₁时，标定曲线MN上所对应的标定点为A和A’点，相应地，A和A’到中心点O的垂直距离为d₁。

步骤102：将磁力杆和测量杆的方位角调整为相同，以使得磁力杆和测量杆轴向方向平行，并将磁力杆和测量杆的倾角都调整为0。

其中，所谓方位角是指偏离地磁场的角度，所谓倾角是指磁力杆和测量杆的轴向和水平面之间的夹角。通过对磁力杆和测量杆的方位角进行调整，以使得磁力杆和测量杆轴向方向平行，提高了后续磁力杆和测量杆的对接精度。在实际应用时，考虑到误差的存在，只需保证磁力杆和测量杆轴向方向基本平行即可，本实施例对此不做限制。

步骤103：让磁力杆和测量杆分别沿其轴向相向直线前进，当测量杆上的传感器测得磁感应强度发生了明显变化时，表明磁力杆和测量杆已经到达了对接区，则令磁力杆和测量杆均停止前进。

其中，当测量杆上的传感器测得磁感应强度发生了明显变化时，表明磁力杆和测量杆已经到达了对接区，此时，需要保证磁力杆和测量杆的方位角相同。

步骤104：将测量杆的工具面向角调整到0°。

其中，参见图5，为本发明实施例提供的对接主视图，以地面方向作为参考方向Y0，Z0与该参考方向Y0垂直，磁力杆和测量杆轴向平行(即在X方向上磁力杆和测量杆处于平行状态)，令磁力杆上的磁铁和测量杆上的传感器之间的直线连接方向为Y，且定义Z与Y垂直，则Z与Z0之间的夹角即为工具面向角，相应地，将测量杆的工具面向角调整到0°，即调节Z与Z0之间的夹角为0°。

步骤105：当测量杆的工具面向角调整到0°后，磁力杆继续前进进入对接区，通过测量杆上的传感器感应的磁力杆上磁铁的磁感应强度，获知测量杆和磁力杆的相对位置。

其中，参见图6，为本发明实施例提供的对接俯视图，该图中各坐标定义与图5相同不再赘述。当测量杆上传感器检测到磁感应强度明显变换时，获知磁力杆进入对接区，假设此时磁力杆所在位置为A点，即该A点为磁力杆刚进入对接区时所在的位置。

其中，该步骤105所涉及的通过传感器感应磁力杆上磁铁的磁感应强度，获知测量杆和磁力杆的相对位置的具体过程，参考如下：

(1)首先，位于测量杆上的传感器通过上述定义的Y轴和Z轴磁感应强度大小的变换趋势，判断出磁力杆所处的测量杆的象限区域。

例如，仍以图5所示的主视图为例进行说明，通过Z0和Y0将测量杆所处空间划分为四个象限，分别为第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限。假设磁铁在轴向X的前进方为自身的N极，若测量杆上的传感器感应到的Y方向的磁感应强度的输出由距离较远处测得的0开始减小，当磁力杆和测量杆之间的距离较近时磁感应强度出现极小值，然后磁感应强度又增大，则根据磁感应强度的变化趋势可以判断出磁力杆位于测量杆的第二或第三象限；若此过程中Z向传感器的磁感应强度输出一直为正值，则判断出磁力杆位于第三象限。其余，各象限判断方法与此类似，不再赘述。由此，即可判断出磁力杆所处的象限区域。本实施例为了便于说明，假设磁力杆位于该测量杆的第三象限。

(2)其次，根据得出的磁力杆所处的象限区域，获知测量杆和磁力杆的相对位置。

步骤106：调整测量杆，得到Y方向磁感应强度最大时所对应的工具面向角θ_max，根据得到的该θ_max，得出测量杆和磁力杆所在的轴向平面和参考水平面之间的夹角θ_max。

其中，步骤105中确定了磁力杆所处的测量杆的具体象限区域(如前所述，本实施例假设磁力杆位于测量杆的第三象限)。该步骤106所涉及的通过调整测量杆，得到Y方向磁感应强度最大时所对应的工具面向角θ_max，其中，若以Y方向磁感应强度值的变化来获取工具面向角θ_max时，则工具面向角应在步骤105中判断出的象限的顺时针的上一象限内转动，例如，步骤105判断出磁力杆位于测量杆的第三象限时，则在该第三象限顺时针方向的上一象限，即第二象限内转动工具面向角，具体参考如下：仍以图5所示主视图为例进行说明，

(1)首先，保持磁力杆不动，设定一个固定角度θ₁，在测量杆的第二象限内使测量杆的工具面向角从0度开始每隔θ₁度进行一次改变，每改变一次则获取相应的磁感应强度值，相应地，共获取到90/θ₁个磁感应强度值(例如，若θ₁取值为30度，则向磁铁方向改变30度，此时获取一个磁感应强度值；继续改变则在60度时获取到一个磁感应强度值；同理在90度时获取到一个磁感应强度值。其中，θ₁的值取值越小，则得到的测量角度的个数也越多，相应地，测量角度的个数越多，则测量的精度越高、误差越小)。由于测得的磁感应强度值是矢量，则根据获取的各个测量角度的磁感应强度值，可以得到各个测量角度的Y方向的磁感应强度值(为了便于说明，将该Y方向的磁感应强度值称为Y方向对接区内的磁感应强度值)。

(2)然后，将磁力杆沿其轴向(即X方向)后撤到对接区外(即离开对接区)，再将测量杆的工具面向角恢复到0度，当测量杆的工具面向角恢复到0度后，仍以上述固定角度θ₁进行转动，同理，每改变一次则获取相应的磁感应强度值，根据获取的各个测量角度的磁感应强度值，得到各个测量角度的Y方向的磁感应强度值(为了便于说明，将该Y方向的磁感应强度值称为Y方向对接区外的磁感应强度值)。实际上，如果磁力杆位于对接区之外，则此时测量杆上的传感器所测的磁感应强度值是地磁场的磁感应强度值。

(3)其次，将上述得到的各个测量角度的Y方向对接区内的磁感应强度值和Y方向对接区外的磁感应强度值对应相减，得到各个测量角度的磁感应强度差值，并根据每个角度的磁感应强度差值，获取磁感应强度差值中的最大值，并根据该获取的最大值，得到该磁感应强度差值对应的测量角度值，将该测量角度值作为工具面向角θ_max。示例如下：例如，测量角度为30度时对应的磁感应强度差值为2T(即该测量角度的Y方向对接区内的磁感应强度值-该测量角度Y方向对接区外的磁感应强度值)；测量角度60度对应的磁感应强度差值为4T；测量角度为90时度对应的磁感应强度差值为1T，由于4T＞2T＞1T，则可以获知该4T所对应的测量角度60度即为工具面向角θ_max，即当工具面向角θ_max＝60度时，Y方向磁感应强度最大。

如图5所示的主视图，由于Y和Z轴的垂直关系，Y₀和Z₀的垂直关系，因而能得出磁力杆和测量杆轴向所在的平面和参考水平面(以地面作为参考水平面)的夹角的度数和工具面向角θ_max的大小相同，即得出了测量杆和磁力杆所在的轴向平面和参考水平面之间的夹角θ_max，实现了将测量杆和磁力杆之间的空间上的方位关系转化到水平面位置关系中。

其中，可选地，也可以通过Z方向磁感应强度值的变化来获取工具面向角θ_max，只需将Z轴指向磁铁，通过Z方向对接区内的磁感应强度值和Z方向对接区外的磁感应强度值对应相减，得到各个测量角度的磁感应强度差值，并根据每个角度的磁感应强度差值，获取磁感应强度差值中的最大值，并根据该获取的最大值，得到该磁感应强度差值对应的测量角度值，将该测量角度值作为工具面向角θ_max，本实施例对此不做限制。

步骤107：将测量杆的工具面向角调整为θ_max，获取Y方向测量杆和磁力杆的轴间距d。

具体内容如下：

(1)首先，将测量杆的工具面向角调整为θ_max后，获取此时传感器的磁感应强度，根据获取的磁感应强度获取X方向和Y方向的磁感应强度(为了便于说明，由于此时磁力杆处于对接区之外，将该X方向的磁感应强度值称为X方向对接区外的磁感应强度值；将该Y方向的磁感应强度值称为Y方向对接区外的磁感应强度值)。

(2)然后，将磁力杆沿轴向(即X方向)前进进入对接区，设定一个固定的长度l₂(如3cm)，使磁力杆从进入对接区开始，每前进l₂则测量杆进行一次磁感应强度的测量，获取相应的测量位置的磁感应强度值，根据获取的各测量位置的磁感应强度值，获取各自的X方向和Y方向磁感应强度值(为了便于说明，将该X方向的磁感应强度值称为X方向对接区内的磁感应强度值；将该Y方向的磁感应强度值称为Y方向对接区内的磁感应强度值)。将各测量位置对应的X方向对接区内的磁感应强度值和上述X方向对接区外的磁感应强度值相减，得到X方向差值；并将各测量位置对应的Y方向对接区内的磁感应强度值和上述Y方向对接区外的磁感应强度值相减，得到Y方向差值。磁力杆每前进一次，则根据得到的X方向差值和Y方向差值，画出各测量位置相应的拟合曲线。

(3)其次，在磁力杆前进的过程中，从画出的拟合曲线上判断出测得的X方向磁感应强度值达到了最大值时，磁力杆所前进的次数，本实施例假设磁力杆前进了i次，即有Ni个测量位置，则相应地，测量了i次的X方向和Y方向磁感应强度值。其中，上述X方向磁感应强度值达到了最大值时所对应的测量位置(即Y方向磁感应强度差值为0的位置)，该位置即磁力杆上的磁铁和测量杆上的传感器在Y方向的共线点。

其中，该位置Y方向磁感应强度差值为0表示该位置的磁感应强度大小等于地磁场在该方向的分量的大小。仍以图6所示俯视图为例，假设当磁力杆由A点沿轴向前进至B点时，B点所处的位置对应的Y方向磁感应强度差值为0，则该B点所处位置即上述Y方向共线点，相应地，B点和传感器之间的距离即为轴间距d，该轴间距d和图5所示主视图中所示的d含义相同。

(4)最后，根据该共线点X方向的对应的磁感应强度值，和步骤101得到的标定曲线，获取到Y方向测量杆和磁力杆的轴间距d。

由于标定曲线中给出了空间任意点的磁感应强度和距离的映射关系，因此，可以根据得到的某一点的磁感应强度值，获取到Y方向测量杆和磁力杆的轴间距d。

下面以一具体示例进行说明，假设共需测量3次，即i取值为3，即存在3个测量位置N1、N2和N3，得到差值X1、X2和X3；Y1、Y2和Y3。根据得到的X1、X2和X3；Y1、Y2和Y3，画出两者的变换曲线(即磁感应强度的拟合曲线)，在该磁感应强度的拟合曲线上，找出在Y方向磁感应强度差值为0(或找出X方向磁感应强度变化量达到最大值)的位置，该位置即为磁力杆和测量杆在Y方向的共线点，利用步骤101得到的标定曲线，由于距离和磁感强度值存在对应的映射关系，则根据该传感器感应到的该共线点的X方向的磁感应强度值大小，和上述标定曲线提供的映射关系，得到该传感器和共线点之间的距离，该距离即为Y方向测量杆和磁力杆的轴间距d。

步骤108：根据步骤106得到的测量杆和磁力杆所在的轴向平面和参考水平面之间的夹角θ_max、步骤107得到的Y方向测量杆和磁力杆的轴间距d，得出磁力杆和测量杆在参考水平面的水平间距和垂直于参考水平面方向的垂直间距。

其中，如图5所示的主视图，Y方向测量杆和磁力杆的轴间距d，该测量杆和磁力杆所在的轴向平面和参考水平面之间的夹角θ_max，则相应地，磁力杆和测量杆在参考水平面的水平间距为dcosθ_max，磁力杆和测量杆在垂直于参考水平面方向的垂直间距为dsinθ_max。

步骤109：根据步骤107得到的共线点，得到磁力杆自进入对接区开始，需沿轴向前进的移动距离。

其中，如图6所示的俯视图，磁力杆自进入对接区开始，磁铁从刚进入对接区所对应的位置A沿轴向前进到共线点处(B位置)，其中，根据步骤107得到的共线点，得到磁力杆自进入对接区开始，需沿轴向前进的移动距离时，参考如下：

根据在步骤107中得到的磁力杆沿轴向所前进l₂的次数，根据该得出的次数，得出磁力杆从位置A点到位置B点轴向前进的移动距离。假设，磁力杆沿轴向所前进l₂的次数为3次，则得到磁力杆从位置A点到位置B点轴向前进的移动距离为3l₂。

本发明实施例不限制上述步骤108和步骤109执行的先后顺序。

步骤110：根据108得到的磁力杆和测量杆在参考水平面的水平间距和垂直于参考水平面方向的垂直间距，以及步骤109得到的磁力杆需沿轴向前进的移动距离，执行磁力杆和测量杆的对接。具体内容如下：

假设，磁力杆和测量杆在参考水平面的水平间距为dcosθ_max＝70cm、磁力杆和测量杆在垂直于参考水平面方向的垂直间距为dsinθ_max＝50cm、磁力杆需沿轴向前进的移动距离＝150cm，则将磁力杆沿先参考水平面移动70cm，再沿垂直方向移动50cm，其次，沿轴向前进150cm后，成功实现磁力杆和测量杆的对接。另外具体实现时，还可以将磁力杆先沿垂直方向移动30cm、将测量杆沿垂直方向相向于磁力杆的移动方向移动20cm；再将磁力杆沿参考水平面移动50cm、将测量杆沿水平方向相向于磁力杆的移动方向移动20cm；其次，将磁力杆沿轴向前进100cm，将测量杆沿轴向方向相向于磁力杆的移动方向移动50cm，同样可以成功实现磁力杆和测量杆的对接。本实施例对上述得到的磁力杆和测量杆在参考水平面的水平间距和垂直于参考水平面方向的垂直间距，以及磁力杆需沿轴向前进的移动距离，执行磁力杆和测量杆的对接时的具体方式和方法不做限制。

进一步地，如果测量杆和磁力杆对接成功，则该对接过程完成，对接结束；否则，返回执行步骤102，重新调整测量杆和磁力杆的方位角后，再执行步骤103到步骤110，直到实现测量杆和磁力杆之间的精确对接，方法类似，不再赘述。

综上所述，通过以上技术方案，本发明实施例提出一种实现钻机精确对接的方法，在长距离水平地下钻进过程中，通过磁力杆和测量杆在参考水平面的水平间距和垂直于参考水平面方向的垂直间距，以及磁力杆需沿轴向前进的移动距离的确定实现了两个钻机的精确对接，方法简单，方便，满足了在钻机对接过程中，对精度的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种实现钻机精确对接的方法，其特征在于，无磁钻机的测量杆上安装有传感器、有磁钻机的磁力杆上安装有磁铁，所述方法包括：

通过所述传感器检测所述磁铁在Y轴和Z轴方向上的磁感应强度变化趋势，判断得到所述磁力杆所处所述测量杆的象限区域，所述象限区域用于表示所述磁力杆和所述测量杆的相对位置；令所述磁力杆保持不动，设定一个固定角度θ₁，在所述磁力杆所处所述测量杆的象限的顺时针的上一象限内，使测量杆的工具面向角从0度开始每隔θ₁度进行一次改变，每改变一次则获取相应的测量角度的磁感应强度值；根据所述获取的各个测量角度的磁感应强度值，得到各个测量角度的Y方向对接区内的磁感应强度值；

令所述磁力杆沿其轴向后撤到对接区外，将所述工具面向角恢复到0度；

当所述工具面向角恢复到0度后，使所述工具面向角从0度开始每隔θ₁度进行一次改变，每改变一次则获取相应的磁感应强度值；根据所述获取的各个测量角度的磁感应强度值，得到各个测量角度的Y方向对接区外的磁感应强度值；

根据所述得到的各个测量角度的Y方向对接区内的磁感应强度值、所述Y方向对接区外的磁感应强度值，得到各个测量角度的磁感应强度差值；

根据各个测量角度的磁感应强度差值，获取所述磁感应强度差值中的最大值；并根据所述获取的最大值，得到所述最大值对应的测量角度值θ_max，所述测量角度值θ_max为测量杆和磁力杆所在的轴向平面和参考水平面的夹角；

根据所述最大值对应的测量角度值θ_max，将所述测量杆的所述工具面向角调整为θ_max，获取所述传感器的磁感应强度值；

根据获取的磁感应强度值，获取X方向对接区外的磁感应强度值和Y方向对接区外的磁感应强度值；

令所述磁力杆沿轴向前进进入对接区，设定一个固定的长度l₂，使所述磁力杆从进入对接区开始，每前进l₂则所述测量杆进行一次磁感应强度值的测量，获取各测量位置的磁感应强度值；

根据获取的各测量位置的磁感应强度值，获取各测量位置的X方向对接区内的磁感应强度值和Y方向对接区内的磁感应强度值；

根据将各测量位置对应的X方向对接区内的磁感应强度值和X方向对接区外的磁感应强度值，得到X方向差值；根据各测量位置对应的Y方向对接区内的磁感应强度值和所述Y方向对接区外的磁感应强度值，得到Y方向差值；

根据所述X方向差值、所述Y方向差值，得到各测量位置对应的拟合曲线；

根据所述拟合曲线，得出Y方向磁感应强度差值为0的位置，所述位置为所述磁铁和所述传感器在Y方向的共线点；

根据所述共线点对应的X方向的磁感应强度值和标定曲线，获得Y方向测量杆和磁力杆的轴间距；

根据所述获取的夹角和所述轴间距，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接；

其中，所述标定曲线通过对所述磁铁中心点的径向各点磁感应强度进行标定得到。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述获取的夹角和所述轴间距，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接，之前还包括：

根据所述磁铁和所述传感器的共线点，获得所述磁铁从进入对接区起，沿轴向前进至所述共线点时的移动距离；

相应地，所述根据所述获取的夹角和所述轴间距，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接，还包括：

根据所述获取的夹角、所述轴间距以及所述移动距离，实现所述磁力杆和所述测量杆的对接。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过所述传感器检测所述磁铁在Y轴和Z轴方向上的磁感应强度变化趋势，判断得到所述磁力杆所处所述测量杆的象限区域，之前所述方法还包括：

将所述磁力杆和所述测量杆的方位角调整为相同，所述磁力杆和所述测量杆的倾角都为0；

令所述磁力杆和所述测量杆分别沿各自轴向相向直线前进；

当所述传感器检测的磁感应强度发生明显变化时，判断出所述磁力杆和所述测量杆已经到达对接区，令所述磁力杆和所述测量杆均停止前进，将所述测量杆的工具面向角调整到0度；

当所述测量杆的工具面向角调整到0度后，令所述磁力杆继续沿轴向前进进入对接区。

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