CN113482534A - 一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，涉及深井钻孔装置技术领域。本发明包括钻井装置以及与钻井装置信号连接的控制装置；钻井装置包括钻头、以及设置在钻头上且用于对钻头进行定位的定位单元；控制装置包括一与定位单元建立LoRa无线信号对接的LoRa无线接收机；定位单元包括第一处理器、第一定位模块和第一LoRa无线模块；LoRa无线接收机包括第二处理器、第二LoRa无线模块、显示模块、报警模块和操作模块。本发明通过包括建立LoRa无线信号对接的控制装置和定位单元设置，实现对位于地底的钻头的位置和横向偏角进行实时监测，满足了钻井作业的工程需求。
Description
技术领域
本发明属于深井钻孔装置技术领域，特别是涉及一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置。
背景技术
钻井工程中，尤其在百米以上的深井钻井工程中，百米以下的复杂地质条件不能被完整地勘察，施工时常遇到大块岩体、软弱夹层等情况，钻头在这些条件下会产生偏斜，最终导致钻井产生偏斜。控制钻井偏斜率是钻井工程中的主要任务，也是主要技术难点，迄今没有被很好地解决。
而通过GPS卫星空间定位技术可以定位钻头位置，根据钻头轨迹曲线，观测偏移趋势，用配置稳定钻杆的方法来对钻头进行实时调整。虽然GPS卫星定位技术已经广泛应用于各个领域，包括车辆、航天、军事等。但由于GPS卫星定位地面的信号强度为-155～158dBW，载波频率为1.2～1.5GHz，GPS卫星定位地面的信号强度受地面环境影响很大，卫星信号将被环境噪声信号淹没，不能很好定位地下作业中的钻头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，通过包括建立LoRa无线信号对接的控制装置和定位单元设置，解决了现有不能很好定位地下作业中的钻头的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，包括钻井装置以及与钻井装置信号连接的控制装置；所述钻井装置包括钻头、以及设置在钻头上且用于对钻头进行定位的定位单元；所述控制装置包括一与定位单元建立LoRa无线信号对接的LoRa无线接收机；所述定位单元包括第一处理器、第一定位模块和第一LoRa无线模块；所述LoRa无线接收机包括第二处理器、第二LoRa无线模块、显示模块、报警模块和操作模块。
进一步地，所述第一定位模块用于获取钻头的信息，并将其传输至第一处理器，第一处理器用于处理定位信息，获得处理结果，第一LoRa无线模块用于将第一处理器的处理结果转换成LoRa信号发送至LoRa无线接收机。
进一步地，所述第二LoRa无线模块用于接收第一LoRa无线模块发送的LoRa信号，并将其转换成定位信息传输至第二处理器，第二定位模块用于获取LoRa无线接收机的定位信息，并将其传输至第二处理器，第二处理器用于对第二定位模块、第二LoRa无线模块传送的相应信息进行处理，并获得相应的处理结果，显示模块用于显示第二处理器的处理结果；操作模块用于进行钻头控制信号的输入。
进一步地，所述报警模块包括三色灯和蜂鸣器，所述第一处理器和第二处理器均采用MT6261D型处理器，所述第一LoRa无线模块和第二LoRa无线模块均采用SX1278IMLTRT型射频芯片进行射频信号的转换，所述第一定位模块和第二定位模块均采用AT6558R定位芯片来获取相应定位信信息；所述操作模块为键盘或控制面板。
进一步地，还包括安装在钻头上用于检测钻头偏转角度的偏转检测机构；所述偏转检测机构包括安装在钻头内部的四个呈矩形分布的竖管，四个所述竖管且端面平行设置，四个所述竖管底部之间连通一“十”字型的导管二；任意一所述竖管的端侧均设置有一支管，四个所述支管之间连通一“十”字型的导管一；任意一所述竖管的顶部均设置封口、且封口的底侧面设置有液位传感器。
进一步地，所述竖管的轴向方向与所述钻头的轴向方向相同。
进一步地，四个所述竖管和所述导管一、导管二构成闭合管路，所述闭合管路内填充有液体；所述导管一的内径大于所述竖管的内径。
进一步地，所述钻头内部还设置有电源模块，所述电源模块为第一处理器、第一定位模块、第一LoRa无线模块和液位传感器供电；且所述液位传感器与所述第一处理器信号连接。
进一步地，所述第一处理器用于接收液位传感器的信号并对信号进行分析判断钻头的轴向偏转角度，并将轴向偏转角度信号通过第一LoRa无线模块发送至LoRa无线接收机。
进一步地，所述操作模块包括用于进行工作模式的切换，所述工作模式包括自动调整和手动调整。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过包括建立LoRa无线信号对接的控制装置和定位单元设置，实现对位于地底的钻头的位置和横向偏角进行实时监测，满足了钻井作业的工程需求。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明偏离预警及自动纠正装置结构示意图；
图2为本发明偏转检测机构结构示意图。
具体实施方式
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-2所示，本发明为一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，包括钻井装置以及与钻井装置信号连接的控制装置；钻井装置包括钻头、以及设置在钻头上且用于对钻头进行定位的定位单元；控制装置包括一与定位单元建立LoRa无线信号对接的LoRa无线接收机；定位单元包括第一处理器、第一定位模块和第一LoRa无线模块；LoRa无线接收机包括第二处理器、第二LoRa无线模块、显示模块、报警模块和操作模块。
第一定位模块用于获取钻头的信息，并将其传输至第一处理器，第一处理器用于处理定位信息，获得处理结果，第一LoRa无线模块用于将第一处理器的处理结果转换成LoRa信号发送至LoRa无线接收机。
第二LoRa无线模块用于接收第一LoRa无线模块发送的LoRa信号，并将其转换成定位信息传输至第二处理器，第二定位模块用于获取LoRa无线接收机的定位信息，并将其传输至第二处理器，第二处理器用于对第二定位模块、第二LoRa无线模块传送的相应信息进行处理，并获得相应的处理结果，显示模块用于显示第二处理器的处理结果；操作模块用于进行钻头控制信号的输入。
报警模块包括三色灯和蜂鸣器，第一处理器和第二处理器均采用MT6261D型处理器，第一LoRa无线模块和第二LoRa无线模块均采用SX1278IMLTRT型射频芯片进行射频信号的转换，第一定位模块和第二定位模块均采用AT6558R定位芯片来获取相应定位信信息；操作模块为键盘或控制面板。
还包括安装在钻头上用于检测钻头偏转角度的偏转检测机构；偏转检测机构包括安装在钻头内部的四个呈矩形分布的竖管1，四个竖管1且端面平行设置，四个竖管1底部之间连通一“十”字型的导管二12；任意一竖管1的端侧均设置有一支管，四个支管之间连通一“十”字型的导管一11；任意一竖管1的顶部均设置封口、且封口的底侧面设置有液位传感器。
竖管1的轴向方向与钻头的轴向方向相同。
四个竖管1和导管一11、导管二12构成闭合管路，闭合管路内填充有液体；导管一11的内径大于竖管1的内径。
钻头内部还设置有电源模块，电源模块为第一处理器、第一定位模块、第一LoRa无线模块和液位传感器供电；且液位传感器与第一处理器信号连接。
第一处理器用于接收液位传感器的信号并对信号进行分析判断钻头的轴向偏转角度，并将轴向偏转角度信号通过第一LoRa无线模块发送至LoRa无线接收机。
操作模块包括用于进行工作模式的切换，工作模式包括自动调整和手动调整。
使用时，通过液位传感器检测到四个竖管1内的液面高度分别为H1、H2、H3和H4，从而第一处理器根据H1、H2、H3和H4距初始液面高度H0的差值计算此时钻头的偏转角度；此时第一处理器将计算得到的偏转角度通过第一LoRa无线模块发送至LoRa无线接收机；同时第一定位模块用于获取钻头的信息，并将其传输至第一处理器，第一处理器用于处理定位信息，获得处理结果，第一LoRa无线模块用于将第一处理器的处理结果转换成LoRa信号发送至LoRa无线接收机；
LoRa无线接收机获得钻头的位置和偏转角度信息，并通过显示模块进行显示；
当工作模式为自动调整时，此时当判定钻头的偏转角度不符合预设值时，此时可进行转动调整；当工作模式为手动调整时，此时根据钻头的位置和偏转角度信息，通过操作模块进行钻头控制信号的输入实现手动调整；
同时，当当判定钻头的偏转角度不符合预设值，此时在HM I界面设置钻头位置的偏转角度及钻深偏差并设置偏差的一级报警和二级报警，当钻头在偏差范围内钻机上的三色灯绿灯闪烁。
当超过设置偏差的一级报警时钻机三色灯的黄色灯闪烁绿灯熄灭并伴随一级报警声，当超过设置偏差的二级报警时钻机三色灯红灯闪烁黄灯绿灯熄灭并通过蜂鸣器发出二级报警声，用于及时提醒施工人员及时处理。以免废井及对其他已完或未完井孔造成影响。
如偏差0.5-5％为一级报警，偏差大于5％为二级报警。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于：包括钻井装置以及与钻井装置信号连接的控制装置；
所述钻井装置包括钻头、以及设置在钻头上且用于对钻头进行定位的定位单元；
所述控制装置包括一与定位单元建立LoRa无线信号对接的LoRa无线接收机；
其中，所述定位单元包括第一处理器、第一定位模块和第一LoRa无线模块；
其中，所述LoRa无线接收机包括第二处理器、第二LoRa无线模块、显示模块、报警模块和操作模块。
2.根据权利要求1所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，所述第一定位模块用于获取钻头的信息，并将其传输至第一处理器，第一处理器用于处理定位信息，获得处理结果，第一LoRa无线模块用于将第一处理器的处理结果转换成LoRa信号发送至LoRa无线接收机。
3.根据权利要求1所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，所述第二LoRa无线模块用于接收第一LoRa无线模块发送的LoRa信号，并将其转换成定位信息传输至第二处理器，第二定位模块用于获取LoRa无线接收机的定位信息，并将其传输至第二处理器，第二处理器用于对第二定位模块、第二LoRa无线模块传送的相应信息进行处理，并获得相应的处理结果，显示模块用于显示第二处理器的处理结果；操作模块用于进行钻头控制信号的输入。
4.根据权利要求1所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，所述报警模块包括三色灯和蜂鸣器，所述第一处理器和第二处理器均采用MT6261D型处理器，所述第一LoRa无线模块和第二LoRa无线模块均采用SX1278IMLTRT型射频芯片进行射频信号的转换，所述第一定位模块和第二定位模块均采用AT6558R定位芯片来获取相应定位信信息；所述操作模块为键盘或控制面板。
5.根据权利要求1所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，还包括安装在钻头上用于检测钻头偏转角度的偏转检测机构；
其中，所述偏转检测机构包括安装在钻头内部的四个呈矩形分布的竖管(1)，四个所述竖管(1)且端面平行设置，四个所述竖管(1)底部之间连通一“十”字型的导管二(12)；
任意一所述竖管(1)的端侧均设置有一支管，四个所述支管之间连通一“十”字型的导管一(11)；
任意一所述竖管(1)的顶部均设置封口、且封口的底侧面设置有液位传感器。
6.根据权利要求5所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，所述竖管(1)的轴向方向与所述钻头的轴向方向相同。
7.根据权利要求5所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，四个所述竖管(1)和所述导管一(11)、导管二(12)构成闭合管路，所述闭合管路内填充有液体；
其中，所述导管一(11)的内径大于所述竖管(1)的内径。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，所述钻头内部还设置有电源模块，所述电源模块为第一处理器、第一定位模块、第一LoRa无线模块和液位传感器供电；
且所述液位传感器与所述第一处理器信号连接。
9.根据权利要求8所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，所述第一处理器用于接收液位传感器的信号并对信号进行分析判断钻头的轴向偏转角度，并将轴向偏转角度信号通过第一LoRa无线模块发送至LoRa无线接收机。
10.根据权利要求1或9所述的一种地热井钻孔偏离预警及自动纠正装置，其特征在于，所述操作模块包括用于进行工作模式的切换，所述工作模式包括自动调整和手动调整。
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