CN219452077U - 水平定向钻陀螺控向系统、控向系统用控向组件和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及水平定向钻领域，尤其是涉及一种水平定向钻陀螺控向系统、控向系统用控向组件和装置，包括陀螺组件本体，所述陀螺组件本体包括抗压筒、骨架、安装在骨架上的陀螺仪、加速度计及控制模块，所述骨架设置在所述抗压筒内。本申请能够减少水平定向钻的控向技术中的磁干扰与磁屏蔽问题，减少轨迹测量的误差。
Description
技术领域
本发明涉及水平定向钻领域，尤其是涉及水平定向钻陀螺控向系统、控向系统用控向组件和装置。
背景技术
水平定向钻进技术是指在不开挖地表的情况下，钻头和钻杆在控向仪器的引导下，穿越地层先形成一个导向孔，随后在钻杆柱端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设管线，回来扩孔的同时，将待铺设管线拉入钻孔内，完成铺管作业。
水平定向钻进技术具有施工速度快、施工精度高及成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气和十余等管线铺设的工程中。其中，水平定向钻技术中，井下施工组件的轨迹测量是钻进施工导向的基础，轨迹精度决定着施工效率，这一过程需要使用控向技术控制水平定向钻的方向。
现有的控向技术主要利用传统的地磁测量技术，但水平定向钻施工易受磁干扰影响，所以采用传统测量的磁方位会有很大的误差，如果采用主动磁导向测量技术（通电线框，通电螺线管，旋转磁铁等），虽然会有所改善，但依然产生误差，特别是在变化磁干扰和磁屏蔽条件下，主动磁导向测量技术基本失效，所以现有的控向技术无法从根源上解决磁干扰与磁屏蔽问题。
实用新型内容
为了减少水平定向钻的控向技术中的磁干扰与磁屏蔽问题，本申请提供一种水平定向钻陀螺控向系统、控向系统用控向组件和装置。
第一方面，本申请提供的水平定向钻陀螺控向系统用控向组件采用如下的技术方案：
水平定向钻陀螺控向系统用控向组件，包括陀螺组件本体，所述陀螺组件本体包括抗压筒、骨架、安装在骨架上的陀螺仪、加速度计及控制模块，所述骨架设置在所述抗压筒内。
通过采用上述技术方案，采用陀螺仪和加速度计完成控向功能，由于陀螺仪和加速度计本身就不受地磁的干扰，所以使用陀螺仪和加速度计能够从根源上解决环境的磁干扰问题与磁屏蔽问题，使水平定向钻的控向过程不受磁干扰与磁屏蔽的影响。且本申请能够应用于套管内的轨迹测量，能够应用与含铁磁物质的地层施工。
优选的，所述骨架上还安装有对转电机，所述对转电机使所述陀螺组体能够旋转。
通过采用上述技术方案，通过对转电机的设置，能够控制陀螺组件本体实现旋转的目的，以进行多角度测量，提高测量的精度。
优选的，所述陀螺组件本体的旋转角度为0°、90°、180°或/和270°。
通过采用上述技术方案，四个角度的固定位置进行测量，用于消除陀螺仪的误差，进一步提高测量的精度。
第二方面，本申请提供的水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，包括依次连接的第一扶正器、所述的陀螺组件本体、第二扶正器及分流器。
通过采用上述技术方案，用陀螺组件本体完成控向功能，由于陀螺仪和加速度计本身就不受地磁的干扰，所以使用陀螺仪和加速度计能够从根源上解决环境的磁干扰问题，第一扶正器与第二扶正器减少装置出现偏移和振动的现象，分流器能够用于在钻进过程中分流泥浆，本申请能够应用于套管内的轨迹测量，能够应用与含铁磁物质的地层施工。
优选的，所述分流器上设置有分泥通道，所述分泥通道在所述分流器的表面形成有若干第一通孔及第二通孔，所述第一通孔供泥浆流入所述分泥通道，所述第二通孔供泥浆自所述分泥通道流出。
通过采用上述技术方案，在钻进过程中，泥浆能够自第一通孔流入，经过分泥通道，自第二通孔流出，以达到分流泥浆的作用。
优选的，所述分流器远离陀螺组件本体的端部开口设置。
通过采用上述技术方案，分流器端部开口设置，便于带有分流器的控向装置能够安装在其他设备上。
优选的，所述第一扶正器上安装有第一缓冲件，所述第二扶正器上安装有第二缓冲件。
通过采用上述技术方案，第一缓冲件与第二缓冲件均起到缓冲的作用。
第三方面，本申请提供的水平定向钻陀螺控向系统，包括所述陀螺组件本体、钻铤及地面单元，所述陀螺组件本体安装在钻铤内，所述陀螺组件本体与地面单元通过电缆线通信。
通过采用上述技术方案，采用陀螺仪和加速度计完成控向功能，由于陀螺仪和加速度计本身就不受地磁的干扰，所以使用陀螺仪和加速度计能够从根源上解决环境的磁干扰问题。本申请能够应用于套管内的轨迹测量，能够应用与含铁磁物质的地层施工。钻铤对陀螺组件本体的位置进行限定，使陀螺组件本体在钻铤中始终保持居中的状态，钻铤给钻头施压，使钻头工作平稳且能够控制井斜。
优选的，所述地面单元包括接口单元、计算机及司显，所述陀螺组件本体通过电缆线连接到所述接口单元，所述计算机与所述接口单元、所述司显通信。
通过采用上述技术方案，接口单元通过对数据解算通过串口通信传输到计算机，计算机通过对接口单元解析的数据进行分析，从而计算控向所需要的井斜角、方位角及工具面角等数据，且通过司显显示。
第四方面，本申请提供的水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，包括所述陀螺组件本体和地磁探棒，所述地磁探棒与所述陀螺组件本体可拆卸连接。
通过采用上述技术方案，使用陀螺仪和加速度计能够从根源上解决环境的磁干扰问题，陀螺组件本体可以作为辅助连接件，配合磁探棒组合使用，实现复杂控向以及对接功能，增加了陀螺组件本体的磁性探棒能够提高地磁探棒探测的精度。
附图说明
图1是本申请实施例1的整体结构示意图。
图2是本申请实施例1中陀螺组件本体的剖面结构示意图。
图3是本申请实施例1中骨架的结构示意图。
图4是本申请实施例2的整体结构示意图。
图5是本申请实施例2中示出电极头的剖面结构示意图。
图6是本申请实施例2中分流器的结构示意图。
附图标记：
1、陀螺组件本体；10、抗压筒；11、骨架；110、第一安装槽；111、第二安装槽；2、钻铤；20、电缆线；21、钻头；3、第一扶正器；30、中心杆；31、第一连接头；32、第二连接头；33、簧片；34、第一接头；35、第一缓冲件；36、出线帽；37、第二接头；38、第三接头；39、电极头；390、铜帽；4、第二扶正器；40、第四接头；41、第五接头；42、第二缓冲件；5、延长杆；6、分流器；60、第一通孔；61、第二通孔。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
实施例1：本申请实施例公开一种水平定向钻陀螺控向系统，参照图1和图2，水平定向钻陀螺控向系统包括：陀螺组件本体1、钻铤2及地面单元，地面单元包括接口单元、安装有陀螺计算软件的计算机及司显，陀螺组件本体1居中安装在钻铤2内，陀螺组件本体1通过电缆线20传输到地面单元，接口单元通过对数据解算通过串口通信传输到计算机，计算机通过对接口单元解析的数据进行分析，从而计算控向所需要的井斜角、方位角及工具面角等数据，进而控制钻铤2移动，钻铤2给钻头21施压并控制井斜。
陀螺组件本体1包括抗压筒10、骨架11、陀螺仪、加速度计、控制模块及对转电机，参照图2和图3，骨架11上开设有第一安装槽110及第二安装槽111，陀螺仪和加速度传感器安装在第一安装槽110内，控制模块包括伺服电极驱动单元、陀螺传感器驱动单元、信号处理单元、多路电源单元及MCU，控制模块及对转电机安装在第二安装槽111内。
对转电机用于控制陀螺组件本体1旋转，本申请中，陀螺组件本体1的旋转角度为0°、90°、180°或/和270°，在上述四个角度的固定位置进行测量，用于消除陀螺仪的误差。
本申请中，陀螺仪设置为三轴陀螺仪，三轴陀螺仪可以是高精度的光纤陀螺或高精度MEMS陀螺。加速度计为三轴加速度计，三轴加速度计可以是石英加速度计或高精度MRMS加速度计。
本申请中的陀螺组件本体1能够应用于多个涉及轨道测量的领域，且陀螺控向系统能够在管道内复测轨迹，这是地磁类控向系统无法达到的。
本申请实施例水平定向钻陀螺控向系统用控向装置的实施原理为：采用陀螺仪和加速度计完成控向功能，由于陀螺仪和加速度计本身就不受地磁的干扰，所以使用陀螺仪和加速度计能够从根源上解决环境的磁干扰问题，使水平定向钻的控向过程不受磁干扰与磁屏蔽的影响，本申请能够应用于套管内的轨迹测量，能够应用与含铁磁物质的地层施工。
实施例2：水平定向钻陀螺控向系统用控向装置,参照图4，包括依次连接的第一扶正器3、上述陀螺组件本体1、第二扶正器4、延长杆5及分流器6。
参照图5，第一扶正器3包括中心杆30、第一连接头31、第二连接头32和若干具有弹性的簧片33，第一连接头31、第二连接头32均固定套设在中心杆30上，簧片33的两端分别与第一连接头31、第二连接头32铰接。
中心杆30的一端螺纹连接有第一接头34，第一接头34设置为圆柱形的管状结构，第一接头34与第一连接头31之间设置有第一缓冲件35，第一缓冲件35可以是弹簧，第一缓冲件35套设在中心杆30上，第一接头34远离第一连接头31的一端螺纹连接有出线帽36。
参照图4和图5，中心杆30的另一端螺纹连接有第二接头37，第二接头37设置为圆柱形管状结构，第二接头37与抗压筒10之间设置有第三接头38及用于接线的电极头39，电极头39的两端分别与第二接头37、第三接头38螺纹连接，电极头39的铜帽390置于第二接头37内。
参照图4，第二扶正器4与第一扶正器3的结构相同，在此就不做赘述，第二扶正器4的中心杆30的两端分别螺纹连接有第四接头40和第五接头41，第四接头40和第五接头41为圆柱形管状结构。第四接头40一端的端面与抗压筒10远离第一扶正器3端部的端面焊接，第四连接头与延长杆5螺纹连接。第二扶正器4上安装有第二缓冲件42，第二缓冲件42设置在第四接头40与第二扶正器4之间，第二缓冲件42设置为弹簧，第二缓冲件42的安装方式与第一缓冲件35相同，在此就不做赘述。
参照图4和图6，分流器6与延长杆5一体设置，分流器6上设置有分泥通道，分泥通道在分流器6的表面形成有若干第一通孔60及第二通孔61，泥浆自第一通孔60流入通过分泥通道自第二通孔61流出。分流器6远离延长杆5的一端开口设置，以用于连接其他相关设备。
本申请实施例水平定向钻陀螺控向系统用控向装置的实施原理为：采用陀螺组件本体1完成控向功能，由于陀螺仪和加速度计本身就不受地磁的干扰，所以使用陀螺仪和加速度计能够从根源上解决环境的磁干扰问题，使水平定向钻的控向过程不受磁干扰与磁屏蔽的影响，本申请能够应用于套管内的轨迹测量，能够应用与含铁磁物质的地层施工。
实施例3：水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，包括上述陀螺组件本体1及地磁探棒，陀螺组件本体1与地磁探棒螺纹连接。陀螺组件本体1也可以作为辅助连接件，配合磁探棒组合使用，实现复杂控向以及对接功能，增加了陀螺组件本体1的磁性探棒能够提高地磁探棒探测的精度。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.水平定向钻陀螺控向系统用控向组件，其特征在于：包括陀螺组件本体（1），所述陀螺组件本体（1）包括抗压筒（10）、骨架（11）、安装在骨架（11）上的陀螺仪、加速度计及控制模块，所述骨架（11）设置在所述抗压筒（10）内；所述骨架（11）上还安装有对转电机，所述对转电机使所述陀螺组件本体（1）能够旋转。
2.根据权利要求1所述的水平定向钻陀螺控向系统用控向组件，其特征在于：所述陀螺组件本体（1）的旋转角度为0°、90°、180°或/和270°。
3.水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，其特征在于：包括依次连接的第一扶正器（3）、陀螺组件本体（1）、第二扶正器（4）及分流器（6）；所述陀螺组件本体（1）包括抗压筒（10）、骨架（11）、安装在骨架（11）上的陀螺仪、加速度计及控制模块，所述骨架（11）设置在所述抗压筒（10）内，所述骨架（11）上还安装有对转电机，所述对转电机使所述陀螺组件本体（1）能够旋转。
4.根据权利要求3所述的水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，其特征在于：所述分流器（6）上设置有分泥通道，所述分泥通道在所述分流器（6）的表面形成有若干第一通孔（60）及第二通孔（61），所述第一通孔（60）供泥浆流入所述分泥通道，所述第二通孔（61）供泥浆自所述分泥通道流出。
5.根据权利要求3或4所述的水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，其特征在于：所述分流器（6）远离所述陀螺组件本体（1）的端部开口设置。
6.根据权利要求3或4所述的水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，其特征在于：所述第一扶正器（3）上安装有第一缓冲件（35），所述第二扶正器（4）上安装有第二缓冲件（42）。
7.水平定向钻陀螺控向系统，其特征在于：包括陀螺组件本体（1）、钻铤（2）及地面单元，所述陀螺组件本体（1）包括抗压筒（10）、骨架（11）、安装在骨架（11）上的陀螺仪、加速度计及控制模块，所述骨架（11）设置在所述抗压筒（10）内，所述骨架（11）上还安装有对转电机，所述对转电机使所述陀螺组件本体（1）能够旋转；所述陀螺组件本体（1）安装在钻铤（2）内，所述陀螺组件本体（1）与地面单元通过电缆线（20）通信。
8.根据权利要求7所述的水平定向钻陀螺控向系统，其特征在于：所述地面单元包括接口单元、计算机及司显，所述陀螺组件本体（1）通过电缆线（20）连接到所述接口单元，所述计算机与所述接口单元、所述司显通信。
9.水平定向钻陀螺控向系统用控向装置，其特征在于，包括陀螺组件本体（1）和地磁探棒，所述陀螺组件本体（1）包括抗压筒（10）、骨架（11）、安装在骨架（11）上的陀螺仪、加速度计及控制模块，所述骨架（11）设置在所述抗压筒（10）内，所述骨架（11）上还安装有对转电机，所述对转电机使所述陀螺组件本体（1）能够旋转；所述地磁探棒与所述陀螺组件本体（1）可拆卸连接。
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