CN111458743A - 无桩号检波器点自动布设装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无桩号检波器点自动布设装置。装置包括控制器、运载底盘，所述运载底盘上设置悬挂主梁、第一油缸、第二油缸、角度传感器及钻机；悬挂主梁活动设置于运载底盘上，一端与第一油缸连接，另一端与第二油缸连接；第二油缸与钻机连接；角度传感器设置于悬挂主梁上，位移传感器设置在悬挂主梁上；控制器获取检波点的位置数据，通过角度传感器和位移传感器获取实时的角度和距离，控制第一油缸及第二油缸的伸缩，以使钻机准确定位在检波器点，控制钻机于检波器点上钻孔。本发明通过可编程的控制器，实现检波器孔自动定位、钻孔，实现机械化检波器孔布设，以期快速、准确布设检波器孔，提高成孔质量，改善检波器耦合性，提升采集资料品质。

Description

无桩号检波器点自动布设装置

技术领域

本发明涉及物探装备技术领域，尤指一种无桩号检波器点自动布设装置。

背景技术

随着石油地震勘探宽频检波器单点接收技术在西部探区的推广应用，为提高采集资料品质，减少资料后续处理难度，对如何提高检波器采集效果和减少噪音影响受到越来越多的关注。

在实际生产中，检波器埋置的常规方法主要是人工操作完成。具体步骤：1.检波器点定位(确定桩号，即插上彩色小旗，作为桩号的标记)：人工手持导航仪定位检波器点。2.检波器点钻孔：人工完成。在松软地层采用铁锹、镐挖坑埋置，耦合性差、埋置深度浅(人工控制，孔深浅不一)、劳动强度大、过程垂直度难以把握，镐双头施工，存在安全风险。在硬碱壳地层(包括变质岩、泥岩)。山地地区，地形崎岖，车辆无法驶入，采用电钻。电钻打孔，耦合性好，但电池容量小，工作时间太短，续航能力差，成本高。地表浮沙多的区域，极容易塌坑。3.插、埋检波器：人工完成。4.施工完成需要人工收回检波器串和小旗，小旗需要集中处理。

现有技术存在的问题：对于小面元高密度采集来说。1.检波器点布设用工越来越多，成本和风险越来越大。2.单人单点布设，劳动强度大，效率低。孔的质量没有办法保障(深度、孔径)，人工埋置因人而异，无法保证耦合质量，易造成接收到微弱的地震反射信号畸变、失真，影响资料品质。客观上需要用机械化布孔技术取代人工布孔。

发明内容

为了解决目前检波器点布设技术存在的劳动强度大、效率低、成本高、风险大及布设质量差等问题，本发明实施例提供一种无桩号检波器点自动布设装置，所述装置包括：控制器、运载底盘，所述运载底盘上设置有悬挂主梁、第一油缸、第二油缸、角度传感器、位移传感器及钻机；所述悬挂主梁活动设置于所述运载底盘上，一端与所述第一油缸连接，另一端与所述第二油缸连接；所述第二油缸与所述钻机连接；所述角度传感器、位移传感器设置于所述悬挂主梁上；

所述控制器获取检波器点的位置信息和所述角度传感器检测到的所述悬挂主梁的角度信息及所述位移传感器检测到的距离信息，根据所述位置信息及角度信息、距离信息控制所述第一油缸及所述第二油缸的伸缩，以使所述钻机对准所述检波器点，控制所述钻机于所述检波器点上进行钻孔。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器还用于复位所述第一油缸及所述第二油缸，以使所述第一油缸推动所述悬挂主梁与所述运载底盘垂直，并使所述第二油缸推动所述钻机到预设距离。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器还用于根据所述位置信息及角度信息，控制所述第一油缸推动所述悬挂主梁旋转对应角度，控制所述第二油缸推动所述钻机伸缩对应距离，以使所述钻机对准所述检波器点。

可选的，在本发明一实施例中，所述钻机包括钻架、第三油缸、第四油缸、触地压力传感器、钻进压力传感器、倾角传感器、第五油缸、马达、距离传感器及钻具；所述第四油缸、触地压力传感器、钻进压力传感器、倾角传感器、第五油缸、马达、测距传感器及钻具设置于所述钻架上；所述第三油缸设置于所述第二油缸及所述钻架之间，用于调整所述钻架的倾斜角度；所述第四油缸用于调节所述钻架的高度；所述第五油缸用于调节所述钻具的钻孔深度；所述马达用于驱动所述钻具进行钻孔。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器还用于复位所述第三油缸、第四油缸及第五油缸，以使所述第三油缸调节所述钻架垂直于所述第二油缸，使所述第四油缸调节所述钻架的高度至预设高度，使所述第五油缸调节所述钻具伸缩至预设深度。

可选的，在本发明一实施例中，所述钻机还包括设置于所述钻架上的卫星导航定位天线及动力头，所述动力头用于安装所述钻具。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器还用于接收所述倾角传感器检测到的所述钻架的倾斜角度，接收所述触地压力传感器检测到的所述钻架的触地压力，接收钻进压力传感器检测到的第五油缸推进钻孔的压力，接收所述测距传感器检检测的钻孔深度，以及接收所述卫星导航定位天线检测到的钻机位置信息。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器还用于根据所述倾斜角度控制所述第三油缸调节所述钻架的角度，根据所述触地压力控制所述第四油缸推动所述钻架下放至地面，并根据所述钻进压力调节所述第五油缸的伸出速度。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器还用于根据所述钻机位置信息，调整所述第一油缸及所述第二油缸的伸缩。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器还用于判断所述钻进压力是否超过预设压力阈值，若是，则控制所述第五油缸停止伸出，并控制所述马达停止工作。

本发明通过可编程的控制器，实现检波器孔自动定位、钻孔，实现机械化检波器孔布设，可无桩号对多点线批量检波器点快速布设，以期快速、准确地布设检波器孔，提高成孔质量，改善检波器耦合性，提升采集资料品质。解决人工检波器孔布设难题，满足高密度检波器埋置需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种无桩号检波器点自动布设装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一种无桩号检波器点自动布设装置的钻具结构示意图；

图3为本发明实施例一种无桩号检波器点自动布设装置的控制器示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种无桩号检波器点自动布设装置。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明实施例一种无桩号检波器点自动布设装置的结构示意图，图中所示装置包括：控制器、运载底盘b，所述运载底盘上设置有悬挂主梁a、第一油缸1、第二油缸3、角度传感器2、位移传感器及钻机；所述悬挂主梁a活动设置于所述运载底盘b上，一端与所述第一油缸1连接，另一端与所述第二油缸3连接；所述第二油缸3与所述钻机连接；所述角度传感器2、位移传感器设置于所述悬挂主梁a上；

所述控制器获取检波器点的位置信息和所述角度传感器2检测到的所述悬挂主梁a的角度信息及，所述位移传感器检测到的距离信息，根据所述位置信息及角度、距离信息控制所述第一油缸1及所述第二油缸3的伸缩，以使所述钻机对准所述检波器点，控制所述钻机于所述检波器点上进行钻孔。

在本实施例中，控制器并未标识于图1中，图1为装置的俯视图。图中所示的装置具有左右两套钻孔设备，即两个悬挂主梁、两个第一油缸、两个第二油缸两个角度传感器及两个钻机。图1中设备可沿图中上方箭头方向移动，由此运载底盘左右两侧的钻机可以实现同时布设两排检波器孔。进一步的，装置还可以包括多余两套的钻孔设备，由此实现同时布设多排检波器孔。

其中，控制器可以通过例如卫星导航，根据预先输入的检波器点位置信息，控制运载底盘向检波器点的位置移动。此外，还可以通过驾驶员的操作，在卫星导航下，利用例如拖车的方式，将运载底盘移送至检波器点的位置。由图1可看出，图中装置最右侧的通孔，可用于其他车辆或移动设备拖拽运载底盘。

运载底盘移动至检波器点位置后，角度传感器检测当前的悬挂主梁的偏转角度，位移传感器检测当前井架的距离，其中，图1中所示，悬挂主梁的初始偏转角度为与装置移动方向垂直。控制器根据悬挂主梁当前的角度信息，以及检波器点的位置信息，控制第一油缸推动悬挂主梁偏移，悬挂主梁可沿图中双向箭头的方向偏移。同时，控制器控制第二油缸推动钻机的伸缩，以使钻机前后移动。控制器通过控制第一及第二油缸的伸缩，可使钻机对准检波器点进行钻孔。

作为本发明的一个实施例，控制器还用于复位第一油缸及所述第二油缸，以使第一油缸推动悬挂主梁与运载底盘垂直，并使所述第二油缸推动所述钻机到预设距离。如图1所示，悬挂主梁的初始偏转角度为与装置移动方向垂直，钻机的初始伸缩距离可预设。控制器复位时，悬挂主梁恢复到初始偏转角度，钻机恢复到初始伸缩距离。

作为本发明的一个实施例，控制器还用于根据所述位置信息及角度信息，控制所述第一油缸推动所述悬挂主梁旋转对应角度，控制所述第二油缸推动所述钻机伸缩对应距离，以使所述钻机对准所述检波器点。

作为本发明的一个实施例，如图2所示为本发明实施例一种无桩号检波器点自动布设装置的钻具结构示意图，图中所示钻机包括钻架5、第三油缸4、第四油缸6、压力传感器7、倾角传感器9、第五油缸10、马达11及马达13、测距传感器15及钻具14；所述第四油缸、压力传感器、倾角传感器、第五油缸、马达、测距传感器及钻具设置于所述钻架上；所述第三油缸设置于所述第二油缸及所述钻架之间，用于调整所述钻架的倾斜角度；所述第四油缸用于调节所述钻架的高度；所述第五油缸用于调节所述钻具的钻孔深度；所述马达用于驱动所述钻具进行钻孔。钻机还包括运动滑轨c。

在本实施例中，控制器还用于复位所述第三油缸、第四油缸及第五油缸，以使所述第三油缸调节所述钻架垂直于所述第二油缸，使所述第四油缸调节所述钻架的高度至预设高度，使所述第五油缸调节所述钻具伸缩至预设深度。其中，第二油缸通过于东滑轨c水平推动钻架，水平移动距离范围为75mm-763mm。

在本实施例中，钻机还包括设置于所述钻架上的卫星导航定位天线8及动力头12，所述动力头用于安装所述钻具。

在本实施例中，控制器还用于接收所述倾角传感器检测到的所述钻架的倾斜角度，接收所述触地压力传感器检测到的所述钻架的触地压力，接收所述钻进压力传感器检测到的所述第五油缸的钻进压力，接收所述测距传感器检检测的钻孔深度，以及接收所述卫星导航定位天线检测到的钻机位置信息。

其中，控制器还用于根据所述倾斜角度控制所述第三油缸调节所述钻架的角度，根据所述触地压力控制所述第四油缸推动所述钻架下放至地面，并根据所述钻进压力调节所述第五油缸的伸出速度。

在本实施例中，控制器还用于根据所述钻机位置信息，调整所述第一油缸及所述第二油缸的伸缩。钻机位置信息可辅助控制器进一步调整钻机的位置，保证钻机处于检波器点位置的误差范围内。

在本实施例中，控制器还用于判断所述钻进压力是否超过预设压力阈值，若是，则控制所述第五油缸停止伸出，并控制所述马达停止工作。第五油缸在下放钻机时，钻机与地面之间产生压力，当该压力并未超过压力阈值，控制器通过控制第五油缸的伸缩及马达的振动冲击，进行钻孔，直到达到预设的深度。

在本发明一个具体实施例中，装置包括运载底盘、安装在运载底盘上左右两侧的可移可调钻机、钻具、可编程的控制器以及相应的连接管线、电缆、线束等。运载底盘具有较强的装载能力和通过性，能够承受钻进带来的振动力和扭转力，底盘可选装履带式、链轨式等多种底盘形式。钻机包括可移调钻架、冲旋动力头，油缸和压力、温度、角度传感器以及卫星定位天线等。钻具安装在冲旋动力头上。冲旋动力头、平移油缸、调直油缸、动力头升降油缸、钻架升降油缸、传感器(压力、温度、角度)及卫星导航天线安装在钻架上，螺栓连接。钻机通过滑动导轨安装于底盘左右两侧。根据检波器埋置需求和侧线间距设置初始参数，钻具可根据不同地层更换相应钻头。

装置工作过程的具体实现包括，寻点定位：运载底盘通过高精度的差分卫星导航，由驾驶员操纵到达预定工作地点，然后，钻机上的定位机构根据卫星定位反馈的坐标差迅速调整到准确的坐标孔位置，控制器根据传感器的信号自动计算需要调整偏移量及速度。检波器点钻孔：当钻机定位机构调整钻杆位置达到钻孔的位置要求并定位，放置钻架到位，钻机部分开始钻孔工作。控制器自动控制钻机执行机构完成钻孔工序。之后，运载底盘通过卫星导航定位，由驾驶员的操纵，到下一个工作点。

在本发明一个具体实施中，图2所示钻机由动力头12、钻架5、钻具14、第三油缸、第四油缸、第五油缸和检测触地的压力传感器S3、测距传感器S2、倾角传感器S4、卫星定位天线、马达M1，即马达11、马达M2，即马达13以及可编程的控制器、连接管线、电缆、线束等组成。各油缸与钻架、动力头销轴连接，动力头与钻架螺栓连接，钻机与底盘悬挂主梁之间通过运动滑架相对运动。马达M1、马达M2与动力头之间螺栓连接，钻具与动力头之间莫氏锥连接。第二油缸推动钻机，通过运动滑轨水平移动；第三油缸调整钻机垂直度；第四油缸推动钻架上下移动；第五油缸推动动力头沿钻架上下移动。马达M1驱动动力头旋转运动，马达M2驱动动力头振动冲击运动。

各控制功能及具体实施步骤：

1)复位(初始位置设置)

控制器启动后，按下复位按钮使整个系统处于初始状态：第一油缸驱动悬挂主梁与底盘垂直；第二油缸推动钻架到指定距离；通过倾角传感器S4判定钻架倾斜度是否达到设计要求，调整第三油缸确保钻杆垂直，之后锁定第三油缸，确保钻架始终保持垂直；调整第四油缸和第五油缸都在上位。完成上述操作后报警指示灯灭，系统处于初始状态。

2)到位

行走底盘通过卫星导航，操作员根据导航信号操作，实现整机的行走，移动设备到达工作点，根据卫星定位判断左/右侧是否到位，即钻杆与坐标点距离是否小于预设误差值(可根据需求调整)，到位以后左/右侧到位指示灯会亮。

3)自动布孔(自动寻点和钻孔)

当移动设备到位以后，通过控制面板上的按钮进行自动布孔操作，依次完成自动寻点和钻孔。

通过调整第一油缸旋转相应角度，调整第二油缸伸缩到指定距离，根据倾角传感器S4信号驱动第三油缸保证钻杆始终垂直，完成自动寻点定位，误差在要求范围以内。然后，锁定第一、第二及第三油缸。

钻杆移动到坐标点误差范围之内后，驱动第四油缸下放钻架。当钻架触地压力大于预设值(根据地表情况调整)时，触地压力传感器S3输出电平变化，驱动第四油缸停止运动，钻架平稳接触地面。

钻架放稳后，自动驱动第五油缸推动钻杆向下，同时驱动马达M1旋转、马达M2振动冲击，开始钻孔，到达预设深度即完成钻孔。钻孔过程中，扫描监测第五油缸的压力，当压力上升至工作压力P_w时，降低第五油缸的伸出速度，继续钻进直到预设的深度，完成钻孔；如果压力大于最大压力值P_max，则停止第五油缸推进，停止马达M2振动冲击，第五油缸回退1秒后重新推动钻杆前进，启动马达M2，继续钻进,如果钻进至预设深度，则完成钻孔。如重复三次仍未能钻至预设深度，则马达M1和马达M2停止，钻孔出错警报指示灯亮。需要按下钻具复位提起钻具和钻架进入手动模式。

完成钻孔后，马达M2停止，开始钻具14和悬挂主梁自动复位，即驱动第五油缸提起钻杆到上端，马达M1停止；第四油缸升起钻架到上端；然后第二油缸还原到初始位置，第一油缸旋转使悬挂主梁到初始位置。上述各部分均到位后，钻孔完成指示灯亮，设备处于可移动状态。

4)手动布孔模式

当自动钻孔出错报警灯亮时，按下钻具复位，首先第五油缸缩回，钻杆提起到钻架上端，然后第四油缸提起钻架到上端。当钻杆和钻架都到达上端时，手动旋转、伸缩和手动钻孔功能激活。进行手动布孔模式。

图3所示为本发明实施例一种无桩号检波器点自动布设装置的控制器示意图，图中所示可编程的控制器的操作面板包括左、右钻机的控制开关(包括自、手动)，控制器开关，启动开关，急停开关，油门开关，工作灯开关，左/右侧到位显示灯、钻孔完成显示灯，报警(出错)显示灯等。

在本发明一具体实施例中，装置具体包括：1)如图1所示，运载底盘、第一油缸B1、钻机、动力总成以及可编程的控制箱体(图3所示)。如图2所示，钻机包括：3.第二油缸B2、4.第三油缸B3、5.钻架、6.第四油缸B4、7.触地压力传感器S3、8.卫星导航定位天线、9.倾角传感器S1、10.第五油缸B5、11.马达M1、12.动力头、13.马达M2、14.钻具、15.测距传感器S2。

2)油缸B2推动钻机直线运动，油缸B3调整钻机垂直度，油缸B4带动钻架上下直线运动，油缸B5带动动力头沿钻架上下直线运动。

3)钻机布置在底盘两侧，可以双点布设(若施工需要，可单、多点布设)，由可编程的控制器进行控制，无需布设桩号。

4)运载底盘带动力，由驾驶员根据卫星导航信号操作，实现整机的行走功能。当钻机在测线上打孔工作时，运载底盘通过卫星导航引导，在驾驶员的操纵下从一个工作点行走到下一个工作点。运载底盘到达检波器埋置点的位置误差在设定范围内。

5)装置的工作过程包括：自动寻址和自动钻孔。

自动寻址：运载底盘根据卫星导航，操作员驾驶到达工作点，但运载底盘的位置不能满足地震勘探中检波器点的精度要求，需要钻机上的定位机构根据卫星导航定位信号调整钻杆的水平位置和垂直角度，达到检波器坐标孔位置的精度要求，该孔的误差可以根据地震勘探技术标准和生产要求确定。钻机定位机构带有位置传感器，控制器根据传感器的信号自动计算需要调整量及速度，在5秒内调整钻杆达到精度范围内。

自动钻孔：当钻机定位机构调整钻杆位置达到钻孔的位置并锁定后，能够自动放置井架和驱动钻机部分开始钻孔工作。控制器能够自动控制钻机执行机构完成钻孔工序并复位。

本发明的有益效果包括：1、相应无桩号检波器点自动布设，卫星导航自动寻址，机械化钻孔。单、双及多点检波器点自动布设、钻孔，定位准确。孔的质量高(孔径规则、深度一致)，有利于检波器与地表良好耦合，资料品质好。2、适应当前高密度采集技术，机械化自动布设钻孔，提高采集质量和效率。3、降耗增效，节省大量放线人员，节省放线工的工作量，更加环保，节省小旗材料支出。4、降低安全隐患。自动化施工，降低人工操作过程中的不安全因素。5、本发明设置自动和手动两种操作模式，当自动操作出现故障时，可选择手动完成。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无桩号检波器点自动布设装置，其特征在于，所述装置包括控制器、运载底盘，所述运载底盘上设置有悬挂主梁、第一油缸、第二油缸、角度传感器、位移传感器及钻机；所述悬挂主梁活动设置于所述运载底盘上，一端与所述第一油缸连接，另一端与所述第二油缸连接；所述第二油缸与所述钻机连接；所述角度传感器、位移传感器设置于所述悬挂主梁上；

所述控制器获取检波器点的位置信息和所述角度传感器检测到的所述悬挂主梁的角度信息及所述位移传感器检测到的距离信息，根据所述位置信息及角度信息、距离信息控制所述第一油缸及所述第二油缸的伸缩，以使所述钻机对准所述检波器点，控制所述钻机于所述检波器点上进行钻孔。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于复位所述第一油缸及所述第二油缸，以使所述第一油缸推动所述悬挂主梁与所述运载底盘垂直，并使所述第二油缸推动所述钻机到预设距离。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于根据所述位置信息及角度信息、距离信息，控制所述第一油缸推动所述悬挂主梁旋转对应角度，控制所述第二油缸推动所述钻机伸缩对应距离，以使所述钻机对准所述检波器点。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钻机包括钻架、第三油缸、第四油缸、触地压力传感器、钻进压力传感器、倾角传感器、第五油缸、马达、距离传感器及钻具；所述第四油缸、触地压力传感器、钻进压力传感器、倾角传感器、第五油缸、马达、距离传感器及钻具设置于所述钻架上；

所述第三油缸设置于所述第二油缸及所述钻架之间，用于调整所述钻架的倾斜角度；所述第四油缸用于调节所述钻架的高度；所述第五油缸用于调节所述钻具的钻孔深度；所述马达用于驱动所述钻具进行钻孔。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于复位所述第三油缸、第四油缸及第五油缸，以使所述第三油缸调节所述钻架垂直于所述第二油缸，使所述第四油缸调节所述钻架的高度至预设高度，使所述第五油缸调节所述钻具伸缩至预设深度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述钻机还包括设置于所述钻架上的卫星导航定位天线及动力头，所述动力头用于安装所述钻具。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于接收所述倾角传感器检测到的所述钻架的倾斜角度，接收所述触地压力传感器检测到的所述钻架的触地压力，接收所述距离传感器检检测的钻孔深度，以及接收所述卫星导航定位天线检测到的钻机位置信息。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于根据所述倾斜角度控制所述第三油缸调节所述钻架的角度，根据所述触地压力控制所述第四油缸推动所述钻架下放至地面，并根据所述钻进压力调节所述第五油缸的伸出速度。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于根据所述钻机位置信息，调整所述第一油缸及所述第二油缸的伸缩。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于判断所述钻进压力是否超过预设压力阈值，若是，则控制所述第五油缸停止伸出，并控制所述马达停止工作。

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