CN101963533A - 在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法 - Google Patents
在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101963533A CN101963533A CN 201010261683 CN201010261683A CN101963533A CN 101963533 A CN101963533 A CN 101963533A CN 201010261683 CN201010261683 CN 201010261683 CN 201010261683 A CN201010261683 A CN 201010261683A CN 101963533 A CN101963533 A CN 101963533A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- segment pipe
- signal
- monitoring
- deformation
- receiving device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的方法,其包括:在铺设段管道的前端设置监测段管道;回拖监测段管道及铺设段管道;利用形变传感装置感测监测段管道在回拖过程中的形变,以产生感测信号;通过信号传输线将感测信号传送至信号接收装置;以及利用与信号接收装置相连接的信号处理装置,根据感测信号,对监测段管道的应力是否在允许的范围内进行监测。还公开了一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统。通过本发明提供的系统和方法,可直接监测管道在穿越过程中的应力值是否在管道的最大允许应力范围内,因此,可以检验管道在施工中能否进行三维穿越或者具有小于规范所规定的穿越轨迹的曲率半径,从而加快了施工的进度。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测管道应力的系统和方法,尤其涉及一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法。
背景技术
水平定向钻(Horizontal Directional Drilling)穿越施工技术是目前发展最快的一种非开挖施工方法。该施工技术是利用水平定向钻机,在不开挖地表的条件下或以最小的地表开挖工作量铺设多种地下公用设施,如管道、电缆的技术。
由于水平定向钻穿越施工技术具有定位精度高、不影响交通、不破坏环境、施工周期短、适合复杂地层条件下施工等诸多优点,该施工技术目前广泛应用于城市建设的管线穿越安装中。例如,水平定向钻穿越施工技术在城市燃气管道的施工中具有广泛的应用。
水平定向钻穿越施工技术一般分为三个步骤:导向孔钻进,回扩及回拖。施工过程中,钻机按预先设定的轨迹曲线在某一地层和深度下钻进导向孔;然后用回扩器扩孔至所需的孔径;最后将管道回拖至孔道内完成穿越。
在传统的施工方法中,在回拖管道时,只使用了钻机自带的回拖力测量设备,记录并监测在回拖过程中作用于管道上的轴向力。当此轴向力超过某一极限值时,说明回拖过程受阻,从而进行相应的调整。但在此回拖过程中,没有采用任何装置和方法对管道与钻孔相互作用所导致的管道内部的应力进行监测。
为了保证回拖过程中管道与钻孔相互作用所导致的管道内部的应力值不超过管道的最大允许应力,水平定向钻穿越工艺规范中只允许二维穿越,而不允许三维穿越,即不允许在穿越过程中同时在水平和垂直方向内借转铺设,另外,还规定穿越轨迹的曲率半径不得小于某一规定值。
然而,随着城市建筑与地层中管线的增多,地层中可供铺设管道的区域越来越少,因此,传统的穿越轨迹在很多施工现场不能满足规范的要求,常常要调整穿越方案,造成人力,物力,财力的浪费,且常导致延误工期。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的方法,可以直接监测管道在穿越过程中的应力值是否在管道的最大允许应力范围内,以检验管道在施工中能否进行三维穿越或者具有小于规范所规定的穿越轨迹的曲率半径,从而加快了施工进度,降低了施工成本。
为实现上述目的,本发明提供了一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的方法,所述方法包括:在铺设段管道的前端固定设置监测段管道;回拖所述监测段管道及所述铺设段管道;利用形变传感装置感测所述监测段管道在回拖过程中的形变,以产生感测信号;通过信号传输线将所述感测信号传送至信号接收装置;以及利用与所述信号接收装置相连接的信号处理装置,根据所述感测信号,监测所述监测段管道的应力值是否在允许的范围内。
在本发明的一较佳实施方式中,在铺设段管道的前端固定设置监测段管道的步骤包括:将所述铺设段管道焊接至所述监测段管道。
在本发明的一较佳实施方式中,所述形变传感装置包括至少一组形变传感器。
在本发明的一较佳实施方式中,所述形变传感器为形变片,所述信号传输线为线缆。
在本发明的一较佳实施方式中,在进行所述水平定向钻穿越施工前,对所述形变片进行标定,以确定所述应力值、所述形变片的形变位移和所述感测信号之间的关系。
在本发明的一较佳实施方式中,所述形变传感器为光栅,所述信号传输线为光纤。
在本发明的一较佳实施方式中,每组所述形变传感器包括四个形变传感器,所述四个形变传感器之间呈大约90°分布,并设置在所述监测段管道的同一截面的内表面上。
在本发明的一较佳实施方式中,所述信号接收装置为二次测量仪表,而所述信号处理装置为记录仪。
在本发明的一较佳实施方式中,所述方法包括:在完成所述水平定向钻穿越施工过程后,移除所述监测段管道,所述形变传感装置及所述信号传输线。
在本发明的一较佳实施方式中,所述监测段管道的长度是所述铺设段管道的长度的10%~20%。
本发明还提供了一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统,包括:监测段管道,固定设置在铺设段管道的前端;形变传感装置,设置在所述监测段管道的内表面,用于感测所述监测段管道在回拖过程中的形变以产生感测信号;信号接收装置,接收所述形变传感装置所传送的所述感测信号;信号传输线,连接所述形变传感装置与所述信号接收装置,并将所述感测信号传送至所述信号接收装置;以及信号处理装置,连接至所述信号接收装置,其中,所述信号接收装置将所述感测信号传送至所述信号处理装置,所述信号处理装置根据所述感测信号,监测所述管道的应力值是否在允许的范围内。
在本发明的一较佳实施方式中,所述监测段管道与所述铺设段管道通过焊接结合为一体。
在本发明的一较佳实施方式中,所述监测段管道的长度是所述铺设段管道的长度的10%~20%。
在本发明的一较佳实施方式中,所述监测段管道的材质和径向尺寸与所述铺设段管道的材质和径向尺寸相同。
在本发明的一较佳实施方式中,所述形变传感装置包括至少一组形变传感器。
在本发明的一较佳实施方式中,所述形变传感器为形变片,所述信号传输线为线缆。
在本发明的一较佳实施方式中,所述形变传感器为光栅,所述信号传输线为光纤。
在本发明的一较佳实施方式中,所述信号接收装置为二次测量仪表,而所述信号处理装置为记录仪。
在本发明的一较佳实施方式中,每组所述形变传感器包括四个形变传感器,所述四个形变传感器之间呈大约90°分布,并设置在所述监测段管道的同一截面上。
通过本发明所提供的在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法,可以直接监测管道在穿越过程中的内部应力值是否在管道的最大允许应力范围内,因此,可以检验管道在施工中能否进行三维穿越或者具有小于规范所规定的穿越轨迹的曲率半径,不仅加快了施工进度,而且降低了施工成本。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例的在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统的示意图;
图2是图1所示的形变传感器在监测段管道内部的排布示意图;
图3是应用图1所示的系统完成水平定向钻穿越施工过程的管道示意图。
具体实施方式
如图1所示,本较佳实施例的在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统包括监测段管道100,一组形变传感器110,信号接收装置200,信号处理装置300及信号传输线400。
监测段管道100用于容置形变传感器110。形变传感器110感测监测段管道100在回拖过程中的形变,以产生感测信号。信号传输线400用于将形变传感器110发出的感测信号传送到信号接收装置200,信号接收装置200进一步将感测信号传送至信号处理装置300。信号处理装置300根据所述感测信号,对监测段管道100的应力值是否在允许的范围内进行监测。
监测段管道100固定设置在需要完成水平定向穿越的铺设段管道500(图3所示)的前端。铺设段管道500为需要被铺设在地层中的管道。较佳地,通过焊接的方式将监测段管道100与铺设段管道500结合为一体。
较佳地,监测段管道100与铺设段管道500具有相同的材质和相同的径向尺寸,以通过监测段管道100明确地反映出铺设段管道500在水平定向钻穿越施工中将经受的内部应力。监测段管道100的长度可以是铺设段管道500的10%~20%,以在获得较佳地施工效率的同时,降低施工成本。
在本实施例中,形变传感器110为形变片,如图2中所示,在测量过程中,形变传感器110以四个为一组,四个形变传感器之间呈大约90°分布,并设置于监测段管道100的同一截面上,从而在四个不同方向上感测监测段管道100在水平定向钻穿越施工中的形变程度,使得监测结果更为准确。
当然,在其它实施例中,可设置多组形变传感器110,沿监测段管道100的长度方向,每隔一定距离布置一组,以记录各个截面上的形变片位移,更确实可靠地反映出监测段管道100在穿越过程中的内应力变化。每一组形变传感器110的数量也可以是二个,三个或者大于四个。
在进行穿越前,可以先对形变片进行标定,确定应力值、形变片的形变位移、及感测信号之间的关系。感测信号可以是电流或电压信号。
在回拖管道时,作用于管道上的应力使形变片产生形变位移,形变位移的大小与应力大小成正比。形变位移的信号可以被转化为感测信号,以通过信号接收装置200记录对应的管道处的形变情况。
信号传输线400可以为普通的线缆,用于将形变传感器110产生的信号传输到信号接收装置200。在本实施例中,信号传输线400一端具有一个传输端子401,连接信号接收装置200,而另一端具有四个传输端子402,分别连接四个形变传感器110。信号传输线400需足够长,以确保在穿越过程中,形变感测器110与信号接收装置200的可靠连接。
当然,在其它实施例中,也可以由四根独立的信号传输线400分别连接四个形变片与信号接收装置200。
在本发明的另一实施例中,形变传感器110为光栅,信号传输线400为光纤。
信号接收装置200可以是二次检测仪表,用以指示或记录来自形变传感器110的信号。在本实施例中,信号接收装置200与信号处理装置300通过连接线相连接。信号接收装置200将感测信号传送至信号处理装置300,信号处理装置300可根据感测信号,准确分析监测段管道100在整个回拖过程中的受力情况,通过信号处理装置300的监测值可以判断铺设段管道500在穿越过程中的内应力大小是否在国家标准允许范围内。
在本发明的另一实施例中,信号接收装置200与信号处理装置300之间为无线连接。
如图3所示,监测段管道100与铺设段管道500一同穿越经过地层600。在穿越过程中,由于监测段管道100位于铺设段管道500的前端,其先承受与管孔的相互作用而产生形变。
监测段管道100的形变可以反映回拖过程中,铺设段管道500所承受的所有应力情况。记录该应力情况可直接了解管道的所承受的应力,从而确定穿越过程中管道是否有超过规范所允许的数值范围的应力,便于质量控制和管道完整性管理的评估。
当整个管道从入口端a穿越到出口端b后,监测段管道100暴露于地层600外。此时,只需要将监测段管道100移除即可,例如,切割去除监测段管道100。同时,移除信号传输线400及形变传感器110。
配合上述系统,本发明还提出了一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的方法,其较佳实施例如下所述。
将一段监测段管道100焊接于铺设段管道500的前端。回拖监测段管道100及铺设段管道500。将形变传感器110以四个为一组,呈大约90°分布,并设置于监测段管道100的同一截面的内表面上,并利用形变传感装置110感测监测段管道100在回拖过程中的形变,以产生感测信号。
通过一根信号传输线400将所述感测信号传送至信号接收装置200。信号接收装置200将所述感测信号传送至信号处理装置300。利用信号处理装置400,根据所述感测信号,对监测段管道的应力值是否在允许的范围内进行监测。在穿越完成后,连同信号传输线400及形变传感器110一起,移除监测段管道100。
本发明的在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的方法可严密监测回拖过程的管道应力,直接检验某一穿越方案是否符合管道强度要求,保障穿越施工的质量。因此,应用此方法,可以直接检验管道在施工中能否进行三维穿越或者具有小于规范所规定的穿越轨迹的曲率半径,加快了施工的进度,降低了施工成本。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (20)
1.一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的方法,其特征在于,所述方法包括:
在铺设段管道的前端固定设置监测段管道;
回拖所述监测段管道及所述铺设段管道;
利用形变传感装置感测所述监测段管道在回拖过程中的形变,以产生感测信号;
通过信号传输线将所述感测信号传送至信号接收装置;以及
利用与所述信号接收装置相连接的信号处理装置,根据所述感测信号,监测所述监测段管道的应力值是否在允许的范围内。
2.如权利要求1所述的方法,其中,在铺设段管道的前端固定设置监测段管道的步骤包括:将所述铺设段管道焊接至所述监测段管道。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述形变传感装置包括至少一组形变传感器。
4.如权利要求3所述的方法,其中,所述形变传感器为形变片,所述信号传输线为线缆。
5.如权利要求4所述的方法,其中,所述方法包括:在进行所述水平定向钻穿越施工前,对所述形变片进行标定,以确定所述应力值、所述形变片的形变位移和所述感测信号之间的关系。
6.如权利要求3所述的方法,其中,所述形变传感器为光栅,所述信号传输线为光纤。
7.如权利要求3~6中任一权利要求所述的方法,其中,每组所述形变传感器包括四个形变传感器,所述四个形变传感器之间呈大约90°分布,并设置在所述监测段管道的同一截面的内表面上。
8.如权利要求1~6中任一权利要求所述的方法,其中,所述信号接收装置为二次测量仪表,而所述信号处理装置为记录仪。
9.如权利要求1~6中任一权利要求所述的方法,其中,所述方法包括:在完成所述水平定向钻穿越施工过程后,移除所述监测段管道,所述形变传感装置及所述信号传输线。
10.如权利要求1~6中任一权利要求所述的方法,其中,所述感测信号为电流信号或电压信号。
11.如权利要求1~6中任一权利要求所述的方法,其中,所述监测段管道的长度是所述铺设段管道的长度的10%~20%。
12.一种在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统,其特征在于,包括:
监测段管道,用于固定设置在铺设段管道的前端;
形变传感装置,设置在所述监测段管道的内表面,用于感测所述监测段管道在回拖过程中的形变以产生感测信号;
信号接收装置,用于接收所述形变传感装置所传送的所述感测信号;
信号传输线,连接所述形变传感装置与所述信号接收装置,并将所述感测信号传送至所述信号接收装置;以及
信号处理装置,连接至所述信号接收装置,其中,所述信号接收装置将所述感测信号传送至所述信号处理装置,所述信号处理装置根据所述感测信号,监测所述管道的应力值是否在允许的范围内。
13.如权利要求12所述的系统,其中,所述监测段管道与所述铺设段管道通过焊接结合为一体。
14.如权利要求12所述的系统,其中,所述监测段管道的长度是所述铺设段管道的长度的10%~20%。
15.如权利要求12所述的系统,其中,所述监测段管道的材质和径向尺寸与所述铺设段管道的材质和径向尺寸相同。
16.如权利要求12所述的系统,其中,所述形变传感装置包括至少一组形变传感器。
17.如权利要求16所述的系统,其中,所述形变传感器为形变片,所述信号传输线为线缆。
18.如权利要求16所述的系统,其中,所述形变传感器为光栅,所述信号传输线为光纤。
19.如权利要求12~18中任一权利要求所述的系统,其中,所述信号接收装置为二次测量仪表,而所述信号处理装置为记录仪。
20.如权利要求16~18中任一权利要求所述的系统,其中,每组所述形变传感器包括四个形变传感器,所述四个形变传感器之间呈大约90°分布,并设置在所述监测段管道的同一截面的所述内表面上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010261683 CN101963533A (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010261683 CN101963533A (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101963533A true CN101963533A (zh) | 2011-02-02 |
Family
ID=43516501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201010261683 Pending CN101963533A (zh) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | 在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101963533A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107063515A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-08-18 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 集成式管道应力监测桩 |
CN109138985A (zh) * | 2017-06-26 | 2019-01-04 | 中国石油天然气股份有限公司 | 管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置 |
US10801644B2 (en) | 2019-01-28 | 2020-10-13 | Caterpillar Inc. | Pipelaying guidance |
CN111929792A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-13 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种油气管道光缆定向钻穿越适应性分析方法 |
CN114659436A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-24 | 西安建筑科技大学 | 一种回拖管道轴向变形测量方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5026141A (en) * | 1981-08-24 | 1991-06-25 | G2 Systems Corporation | Structural monitoring system using fiber optics |
US20030205410A1 (en) * | 2001-07-18 | 2003-11-06 | Koch Geoff D. | Remote control for a drilling machine |
US20070104541A1 (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-10 | Copperhead Industries, Llc | Method of installing tracer wire with pipeline utilizing horizontal directional drilling |
-
2010
- 2010-08-24 CN CN 201010261683 patent/CN101963533A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5026141A (en) * | 1981-08-24 | 1991-06-25 | G2 Systems Corporation | Structural monitoring system using fiber optics |
US20030205410A1 (en) * | 2001-07-18 | 2003-11-06 | Koch Geoff D. | Remote control for a drilling machine |
US20070104541A1 (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-10 | Copperhead Industries, Llc | Method of installing tracer wire with pipeline utilizing horizontal directional drilling |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
《Canadian Journal of Civil Engineering》 20050831 Maria,Anna,Polak Analysis of polyethylene pipe behaviour in horizontal directional drilling field tests 第665-677页 1-20 第32卷, 第4期 2 * |
《石油工程建设》 20100228 王海 高密实度中细砂层的定向钻穿越技术 第19-21页 全文 第36卷, 第1期 2 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107063515A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-08-18 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 集成式管道应力监测桩 |
CN109138985A (zh) * | 2017-06-26 | 2019-01-04 | 中国石油天然气股份有限公司 | 管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置 |
CN109138985B (zh) * | 2017-06-26 | 2021-11-02 | 中国石油天然气股份有限公司 | 管道定向钻穿越轨迹的全角变化率确定方法及装置 |
US10801644B2 (en) | 2019-01-28 | 2020-10-13 | Caterpillar Inc. | Pipelaying guidance |
CN111929792A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-13 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种油气管道光缆定向钻穿越适应性分析方法 |
CN114659436A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-06-24 | 西安建筑科技大学 | 一种回拖管道轴向变形测量方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104613885B (zh) | 一种隧道内管道监测预警系统 | |
CN101963533A (zh) | 在水平定向钻穿越施工中监测管道应力的系统和方法 | |
CN101413264B (zh) | 格构柱三轴自动无线实时调垂系统及方法 | |
CN203177847U (zh) | 沉降实时监测系统 | |
CN101762347B (zh) | 一种用半波法测量多跨钢拉索索力的方法 | |
CN104613318B (zh) | 一种隧道内管道在线监测方法 | |
CN102171559A (zh) | 评估管道壁强度损伤的装置和方法 | |
CN206090647U (zh) | 一种桩基检测设备 | |
CN202230595U (zh) | 一种用于振弦式传感器的多通道数据采集系统 | |
CN105509979A (zh) | 基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位系统及方法 | |
CN110984247A (zh) | 基于ofdr光纤传感的基坑支撑轴力监测预警系统及方法 | |
CN111006849B (zh) | 一种判断油气管道伴行光缆敷设状态的方法及系统 | |
CN108506740A (zh) | 一种基于流速计的液体管道泄漏区域确定方法及系统 | |
CN104515791A (zh) | 混凝土可泵送性监测方法及装置 | |
CN107013812A (zh) | 一种三场耦合管道泄漏监测方法 | |
CN108426767A (zh) | 一种基于分布式光纤传感技术的压力管路裂纹识别方法 | |
CN104897133A (zh) | 一种用于长距离线状基础设施沉降测试的在线监测方法 | |
CN103485268A (zh) | 一种公路信息化智能注浆系统 | |
CN111174757A (zh) | 一种隧道底板沉降监测装置及方法 | |
CN111089646A (zh) | 一种用分布式光纤探测管道外水进入埋地管道或暗涵的位置的方法 | |
CN105157999A (zh) | 基于分布式光纤传感技术桩完整性和横向位移的评估方法 | |
CN104807422A (zh) | 顶进桥涵位置自动测试装置及方法 | |
CN103697332A (zh) | 埋地输水管道在线渗漏检测装置及检测方法 | |
CN206573104U (zh) | 隧道顶拱沉降液压式自动化监测装置 | |
CN102052365B (zh) | 一种用于液压挖掘机泵阀的试验台架 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110202 |