CN110552688A - 一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法 - Google Patents

一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110552688A
CN110552688A CN201910874826.3A CN201910874826A CN110552688A CN 110552688 A CN110552688 A CN 110552688A CN 201910874826 A CN201910874826 A CN 201910874826A CN 110552688 A CN110552688 A CN 110552688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
drilling
stress wave
horizontal drilling
horizontal
signal acquisition
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
Application number
CN201910874826.3A
Other languages
English (en)
Inventor
宋雷
王国柱
杨维好
岳建华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201910874826.3A priority Critical patent/CN110552688A/zh
Publication of CN110552688A publication Critical patent/CN110552688A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/04—Measuring depth or liquid level
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/10—Correction of deflected boreholes

Abstract

本发明公布一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，属于岩土工程领域。步骤1：水平钻孔区域岩性特征和参数的勘察与测绘；步骤2：应力波传感器布置；步骤3：建立信号采集基站；步骤4：信号采集；步骤5：信号处理；步骤6：绘制钻头钻进位置图；步骤7：水平钻进实时纠偏。本发明优点是：创造良好的操作环境，有效的确保操作人员的安全性，排除不必要的干扰，提高操作精度；可以在施工的任何阶段进行，两种应力波传感器布置形式，可以有效的监测各种深度的水平钻孔；通过实时监测水平钻孔的钻进情况，可以实时的调整钻孔路径，不但可以缩短施工时间，还可以避免在钻进偏差过大时再进行纠偏，大大节约了施工成本。

Description

一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，具体地，涉及一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法。
背景技术
在实际施工中，出于安全、美观和经济等各方面的考虑，地下管线、电缆等公用事业管线经常埋设在地下，随着交通事业的发展，地下交通管线也越来越多。为了减小对上部建筑物和构筑物的扰动，水平钻孔技术可以有效的解决这方面的困扰。当水平孔钻进过程中，知道钻头的位置和方向是确保钻进路径的前提条件。
然而，水平钻孔定位技术是目前国内外存在的一个技术难题，这也大大地制约了水平钻孔技术的研究进展。目前已有的水平钻孔定位技术，大多需要人员在地下利用手持仪器进行操作，这种定位技术不但不安全而且定位精度较低。
发明内容
为克服现有技术的不足之处，本发明提供一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，通过在地面或者竖直孔中按阵列形式布置应力波传感器来实现钻孔定位，提高定位精度并且保证操作人员的安全。
本发明采用了以下技术方案：一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，步骤如下：
步骤1：水平钻孔区域岩性特征和参数的勘察与测绘；
按照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2009)和《工程测量规范》(GB50026-2016)确定水平钻孔区域的岩土相关参数具体如下，
确定地面到设计钻孔位置的深度d(m)、岩土介质密度ρ(kg/m3)、弹性模量E(GPa)、泊松比μ；
步骤2：应力波传感器布置；
根据步骤1测得的岩土参数求出应力波的传播距离；
当应力波的传播距离大于水平钻孔到地面的距离时，应力波传感器按阵列的形式布置在地面上；
当应力波的传播距离小于水平钻孔到地面的距离时，在水平钻孔上方的地面上开设竖直钻孔，应力波的传播距离大于水平钻孔到竖直钻孔的距离，应力波传感器按阵列形式布置在竖直钻孔内；
步骤3：建立信号采集基站；
应力波传感器连接到信号采集基站上；
步骤4：信号采集；
在水平钻孔钻进过程中，信号采集基站连续采集信号，信号实时地存储在信号采集基站中；
步骤5：信号处理；
1)波速分析：应力波在岩土介质中传播时，满足下式
式中，u,v,w表示质点在笛卡尔坐标下沿x,y,z方向的位移，t为时间，ρ为岩土介质的密度，且λ＝Eμ(1+μ)(1-2μ)，G＝E/2(1+μ)；
2)应力波信号定位；
设T0为空间坐标的原点，应力波源的位置为S(x,y,z)，其他相关点坐标即传感器坐标位置为T(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,L L n，则可以列出声源位置信号与任何点的距离差值为：
|STi|-|ST0|＝d0i i＝1,2,L L n (2)
将坐标带入整理得：
将(3)式，平方展开，令：
对(4)式，进行任意两点的取值，将两个值进行比，得到一个新的关系：
(xj-cjkxk)x+(yj-cjkyk)y+(zj-cjkzk)z＝dj-cjkdk (5)
由此可以推得应力波源S(x,y,z)的位置为：
通过以上计算方法，算出钻头在钻进过程中的所有点的坐标，进行水平钻孔钻进过程的精确定位；
步骤6：绘制钻头钻进位置图；
由步骤5得出的钻头钻进过程中的坐标，结合水平钻孔的初始钻孔深度等参数，绘制钻头在钻进过程中的位移图；
步骤7：水平钻进实时纠偏；
由步骤6绘制的钻头钻进过程位置图，实时地看出水平钻孔和设计钻孔之间的偏差，对水平钻孔钻进进行实时纠偏。
优选的：步骤3中，所述信号采集基站由蓄电池连续供电。
优选的：步骤2中，应力波传感器呈“一字”排布。
优选的：步骤2中，应力波传感器的数量至少三个。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、不需要操作人员在地下进行定位操作，可以有效的确保操作人员的安全性，创造良好的操作环境，排除不必要的干扰，提高操作精度；
2、操作方便简单，不影响水平钻孔的施工，可以在施工的任何阶段进行；
3、两种应力波传感器布置形式，可以有效地监测各种深度的水平钻孔；
4、通过实时监测水平钻孔的钻进情况，可以实时的调整钻孔路径，不但可以缩短施工时间，还可以避免在钻进偏差过大时再进行纠偏，大大节约了施工成本。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为应力波传感器按阵列形式布置在地面上时的示意图；
图3为应力波传感器按阵列形式布置在竖直孔时的示意图；
具体实施方式
以下是本发明的一个具体实施例，现结合附图对本发明作进一步说明。
结合图1至图3所示，
一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，步骤如下：
步骤1：水平钻孔区域岩性特征和参数的勘察与测绘；
按照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2009)和《工程测量规范》(GB50026-2016)确定水平钻孔区域的岩土相关参数具体如下，
确定地面到设计钻孔位置的深度d(m)、岩土介质密度ρ(kg/m3)、弹性模量E(GPa)、泊松比μ；
步骤2：应力波传感器布置；
根据步骤1测得的岩土参数求出应力波的传播距离；
当水平钻孔较浅时，即应力波的传播距离大于水平钻孔1到地面的距离时，应力波传感器2按阵列的形式布置在地面上；
当水平钻孔较深时，即应力波的传播距离小于水平钻孔到地面的距离时，在水平钻孔上方的地面上开设竖直钻孔3，应力波的传播距离大于水平钻孔到竖直钻孔的距离，应力波传感器2按阵列形式布置在竖直钻孔3内；
应力波传感器呈“一字”排布，本实施例中应力波传感器的数量为5个；
步骤3：建立信号采集基站；
各应力波传感器通过电缆线4连接到信号采集基站5上；信号采集基站由蓄电池连续供电；蓄电池可以连续供电48小时，即可以满足信号采集的需求也可以适应野外数据采集的需求。信号采集基站固定在安全位置，信号采集基站的布置比较灵活，以不影响其他活动为原则，可以通过收放电缆线的形式把信号采集基站布置在不同的位置；
步骤4：信号采集；
在水平钻孔钻进过程中，信号采集基站连续采集信号，信号实时地存储在信号采集基站中；
步骤5：信号处理；
1)波速分析：应力波在岩土介质中传播时，满足下式
式中，u,v,w表示质点在笛卡尔坐标下沿x,y,z方向的位移，t为时间，ρ为岩土介质的密度，且λ＝Eμ(1+μ)(1-2μ)，G＝E/2(1+μ)；
2)应力波信号定位；
设T0为空间坐标的原点，应力波源的位置为S(x,y,z)，其他相关点坐标即传感器坐标位置为T(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,L L n，则可以列出声源位置信号与任何点的距离差值为：
|STi|-|ST0|＝d0i i＝1,2,L L n (2)
将坐标带入整理得：
(xj-cjkxk)x+(yj-cjkyk)y+(zj-cjkzk)z＝dj-cjkdk (3)
将(3)式，平方展开，令：
对(4)式，进行任意两点的取值，将两个值进行比，得到一个新的关系：
(xj-cjkxk)x+(yj-cjkyk)y+(zj-cjkzk)z＝dj-cjkdk (5)
由此可以推得应力波源S(x,y,z)的位置为：
通过以上计算方法，算出钻头在钻进过程中的所有点的坐标，进行水平钻孔钻进过程的精确定位；
步骤6：绘制钻头钻进位置图；
由步骤5得出的钻头钻进过程中的坐标，结合水平钻孔的初试钻孔深度等参数，绘制钻头在钻进过程中的位移图；
步骤7：水平钻进实时纠偏；
由步骤6绘制的钻头钻进过程位置图，实时看出水平钻孔和设计钻孔之间的偏差，对水平钻孔钻进进行实时纠偏。

Claims (4)

1.一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，步骤如下：
步骤1：水平钻孔区域岩性特征和参数的勘察与测绘；
按照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2009)和《工程测量规范》(GB50026-2016)确定水平钻孔区域的岩土相关参数具体如下，
确定地面到设计钻孔位置的深度d(m)、岩土介质密度ρ(kg/m3)、弹性模量E(GPa)、泊松比μ；
步骤2：应力波传感器布置；
根据步骤1测得的岩土参数求出应力波的传播距离；
当应力波的传播距离大于水平钻孔到地面的距离时，应力波传感器按阵列的形式布置在地面上；
当应力波的传播距离小于水平钻孔到地面的距离时，在水平钻孔上方的地面上开设竖直钻孔，应力波的传播距离大于水平钻孔到竖直钻孔的距离，应力波传感器按阵列形式布置在竖直钻孔内；
步骤3：建立信号采集基站；
应力波传感器连接到信号采集基站上；
步骤4：信号采集；
在水平钻孔钻进过程中，信号采集基站连续采集信号，信号实时地存储在信号采集基站中；
步骤5：信号处理；
1)波速分析：应力波在岩土介质中传播时，满足下式
式中，u,v,w表示质点在笛卡尔坐标下沿x,y,z方向的位移，t为时间，ρ为岩土介质的密度，且λ＝Eμ(1+μ)(1-2μ)，G＝E/2(1+μ)；
2)应力波信号定位；
设T0为空间坐标的原点，应力波源的位置为S(x,y,z)，其他相关点坐标即传感器坐标位置为T(xi,yi,zi)，其中i＝1,2,L L n，则可以列出声源位置信号与任何点的距离差值为：
|STi|-|ST0|＝d0i i＝1,2,L L n (2)
将坐标带入整理得：
将(3)式，平方展开，令：
对(4)式，进行任意两点的取值，将两个值进行比，得到一个新的关系：
(xj-cjkxk)x+(yj-cjkyk)y+(zj-cjkzk)z＝dj-cjkdk (5)
由此可以推得应力波源S(x,y,z)的位置为：
通过以上计算方法，算出钻头在钻进过程中的所有点的坐标，进行水平钻孔钻进过程的精确定位；
步骤6：绘制钻头钻进位置图；
由步骤5得出的钻头钻进过程中的坐标，结合水平钻孔的初始钻孔深度等参数，绘制钻头在钻进过程中的位移图；
步骤7：水平钻进实时纠偏；
由步骤6绘制的钻头钻进过程位置图，实时地看出水平钻孔和设计钻孔之间的偏差，对水平钻孔钻进进行实时纠偏。
2.根据权利要求1所述的一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，其特征在于：步骤3中，所述信号采集基站由蓄电池连续供电。
3.根据权利要求1所述的一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，其特征在于：步骤2中，应力波传感器呈“一字”排布。
4.根据权利要求1所述的一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法，其特征在于：步骤2中，应力波传感器的数量至少三个。
CN201910874826.3A 2019-09-16 2019-09-16 一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法 Pending CN110552688A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910874826.3A CN110552688A (zh) 2019-09-16 2019-09-16 一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910874826.3A CN110552688A (zh) 2019-09-16 2019-09-16 一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110552688A true CN110552688A (zh) 2019-12-10

Family

ID=68740527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910874826.3A Pending CN110552688A (zh) 2019-09-16 2019-09-16 一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110552688A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116065952A (zh) * 2022-11-24 2023-05-05 沈阳工业大学 一种低孔位炮孔钻进凿岩机及其钻孔定位方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4003017A (en) * 1973-06-18 1977-01-11 Senturion Sciences, Inc. Continuous bit positioning system
CN101100940A (zh) * 2006-07-06 2008-01-09 李代甫 一种阵列化声信号检测系统及其工程应用
CN202300374U (zh) * 2011-11-03 2012-07-04 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 利用微振动对井下钻头准确定位的测量系统
CN102828742A (zh) * 2012-09-24 2012-12-19 河海大学 深井钻头位置的时差定位系统及方法
CN205277408U (zh) * 2015-12-17 2016-06-01 中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司 井下钻头定位测量装置
CN108150102A (zh) * 2018-03-06 2018-06-12 西安石油大学 一种井眼定位的声导向系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4003017A (en) * 1973-06-18 1977-01-11 Senturion Sciences, Inc. Continuous bit positioning system
CN101100940A (zh) * 2006-07-06 2008-01-09 李代甫 一种阵列化声信号检测系统及其工程应用
CN202300374U (zh) * 2011-11-03 2012-07-04 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 利用微振动对井下钻头准确定位的测量系统
CN102828742A (zh) * 2012-09-24 2012-12-19 河海大学 深井钻头位置的时差定位系统及方法
CN205277408U (zh) * 2015-12-17 2016-06-01 中石化胜利石油工程有限公司渤海钻井总公司 井下钻头定位测量装置
CN108150102A (zh) * 2018-03-06 2018-06-12 西安石油大学 一种井眼定位的声导向系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116065952A (zh) * 2022-11-24 2023-05-05 沈阳工业大学 一种低孔位炮孔钻进凿岩机及其钻孔定位方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2894203C (en) Deep formation evaluation systems and methods
CN108957521B (zh) 一种用于隧道长距离三维超前地质预报方法
NO20140001A1 (no) Nøyaktig borehullgeometri og BHA lateral bevegelse basert på sanntid kalibermålinger
US8146274B2 (en) Method and system for optimizing dredging
CN102590874B (zh) 一种山地采煤沉陷水田地表裂缝探测方法
EP2559842A1 (en) A method of directing vertical drillings
Li et al. Survey of measurement-while-drilling technology for small-diameter drilling machines
CN110595367B (zh) 一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法
CN108490485A (zh) 双线隧道微震监测系统及其定位精度评估方法
CN109917450B (zh) 一种全断面网络化布设的土石坝位移监测系统及方法
CN110031893A (zh) 钻孔结合微动探测的地铁工程地勘新方法
CN104090306A (zh) 煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法
US20190339411A1 (en) Borehole Size Determination Downhole
CN113654522A (zh) 一种旋挖桩孔垂直度随钻测量方法
RU2613688C1 (ru) Автоматическая оценка скважинного исследования
CN107165678A (zh) 一种深埋地下供水管线的爆破振动监测方法
Navarro et al. Assessment of drilling deviations in underground operations
CN112835118A (zh) 基于静力触探仪的地下管线探测装置和方法
CN103837604B (zh) 一种岩石爆破损伤跨孔声波测试中跨距的修正方法
CN202300374U (zh) 利用微振动对井下钻头准确定位的测量系统
CN110552688A (zh) 一种水平钻孔随钻信号阵列定位引导方法
CN103510949B (zh) 一种定向钻孔洞剖面测量检测系统及方法
CN106772613A (zh) 一种岩体现场声发射监测传感器推送定位方法及装置
CN106896412A (zh) 一种线状工程的岩土工程勘察方法
CN216717360U (zh) 一种旋挖桩孔垂直度测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination