RU2723927C1

RU2723927C1 - Location system receiver with graphically displaying information on the drilling device real-time position indication device

Info

Publication number: RU2723927C1
Application number: RU2020101721A
Authority: RU
Inventors: Елена Алексеевна Тареева; Виталий Давыдович Моисеев; Анатолий Алексеевич Капитонов
Original assignee: Елена Алексеевна Тареева
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2020-06-18

Abstract

FIELD: computer equipment; drilling of soil or rocks.SUBSTANCE: use to locate the position of the drilling tool. Essence of the invention lies in the fact that the receiver of the location system of the drilling tool comprises a receiving-transmitting RF unit, a microprocessor with firmware stored in the internal FLASH memory, internal FLASH memory of microprocessor, indication device with display of inclination angle, battery charge, position by hours, temperature of probe, level of working power of probe and working frequency of probe, wherein the receiver is equipped with an additional processor with a microprogram for calculating and continuously displaying information on the display device, and display device is made in form of information field on screen of receiver and repeater with graphic display of information and additionally contains information on depth of probe, removal of receiver from probe (by hypotenuse and cathetus) and location of probe.EFFECT: possibility of obtaining complete information on the position of the probe in real time.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства скважин по технологии горизонтального направленного бурения (ГНБ) и может быть использовано для контроля, автоматического расчета и постоянного отображения необходимой информации на дисплеях приемника и повторителя системы локации при строительстве скважин.The invention relates to the field of well construction using horizontal directional drilling (HDD) technology and can be used to control, automatically calculate and constantly display the necessary information on the displays of the receiver and repeater of the location system during well construction.

Существующие системы навигации, используемые в технологии ГНБ, имеют в своем составе индикаторы телеметрической информации, носимые в руках локаторщика (навигатора) и устанавливаемые на буровой машине. Информация на них поступает от зонда, находящегося в буровой головке под землей. При этом часть информации, получаемой от зонда отображается постоянно (угол наклона буровой головки, положение по часам, температура зонда, положение зонда в горизонтальной плоскости, уровень заряда батареи зонда), а глубина и удаление от зонда (приемник-зонд) показываются только принудительным нажатием кнопки и только в определенных точках (передняя и задняя точка локации и линия локации). При этом режим «бурение на цель» или «прогнозируемая глубина» включается только через специальное дополнительное меню в приемнике системы локации, что ведет к потере времени и контроля, так как пользователю необходимо выйти из меню локации, где отражается вся информация о процессе бурения.Existing navigation systems used in HDD technology include telemetry information indicators carried in the hands of a locator (navigator) and installed on a drilling machine. Information on them comes from a probe located in the drill head underground. At the same time, part of the information received from the probe is constantly displayed (the angle of inclination of the drill head, clock position, probe temperature, position of the probe in the horizontal plane, battery level of the probe), and the depth and distance from the probe (receiver-probe) are shown only by pressing buttons and only at certain points (front and back location point and location line). In this case, the “target drilling” or “predicted depth” mode is activated only through a special additional menu in the receiver of the location system, which leads to a loss of time and control, since the user needs to exit the location menu, which displays all the information about the drilling process.

Известен приемник системы локации положения бурового инструмента производства компании Digitrak Falcon Compact Display, содержащий приемо-передающий узел RF, микропроцессор с микропрограммой, хранящейся во внутренней или/внешней FLASH-памяти, внешнюю или внутреннюю FLASH-память микропроцессора, микропроцессор устройства индикации для обрабатки принятой информации и отображение ее в понятном для человека виде на экране, экран устройства индикации для отображения телеметрической информации. [Пульт бурового мастера «Инструкции по эксплуатации системы локации для горизонтально направленного бурения Digitrak Falcon Compact Display https://dci.zendesk.com/hc/en-us/articles/115005083713-FCD-Operator-s-Manual]A well-known receiver of a positioning system for a drilling tool position of a Digitrak Falcon Compact Display company, comprising a RF transmitting and receiving unit, a microprocessor with microprogram stored in internal or external FLASH memory, an external or internal FLASH memory of the microprocessor, a microprocessor of an indication device for processing received information and displaying it in a human-readable form on the screen, a display device screen for displaying telemetry information. [Drillmaster’s console “Digitrak Falcon Compact Display location system operating instructions for horizontal directional drilling https://dci.zendesk.com/hc/en-us/articles/115005083713-FCD-Operator-s-Manual ]

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является приемник системы локации положения бурового инструмента, производства ООО «СЕНСЕ-ГНБ» содержащий приемо-передающий узел RF, микропроцессор с микропрограммой, хранящейся во внутренной или/внешней FLASH-памяти, внешнюю или внутреннюю FLASH-память микропроцессора, микропроцессор устройства индикации для обрабатки принятой информации и отображение ее в понятном для человека виде на экране, экран устройства индикации для отображения телеметрической информации, передающейся по радиоканалу. [Пульт бурового мастера «Инструкции по эксплуатации системы локации для горизонтально направленного бурения SNS 300t» (страница 37) https://drive.google.com/file/d/0B7yN8I-1jNR3YlpTS1VMVkhSMEk/view]The closest in technical essence and the achieved effect is the receiver of the drilling tool position location system manufactured by SENSE-GNB LLC containing the RF transmitting and receiving unit, a microprocessor with microprogram stored in internal or external FLASH memory, external or internal FLASH memory a microprocessor, a microprocessor of an indication device for processing received information and displaying it in a human-readable form on a screen, an indication device screen for displaying telemetry information transmitted over the air. [Driller’s console “Operating Instructions for a Location System for Horizontal Directional Drilling SNS 300t” (page 37) https://drive.google.com/file/d/0B7yN8I-1jNR3YlpTS1VMVkhSMEk/view]

Недостатками данного приемника системы локации с индикатором телеметрической информации являются ограниченные функциональные возможности, поскольку только часть информации, получаемой от зонда, отображается постоянно (угол наклона буровой головки, положение по часам, температура зонда, положение зонда в горизонтальной плоскости, уровень заряда батареи зонда), а глубина и удаление от зонда (приемник-зонд) показываются только принудительным нажатием кнопки и только в определенных точках (передняя и задняя точка локации и линия локации). При этом режим «бурение на цель» или «прогнозируемая глубина» включается только через специальное дополнительное меню в приемнике системы локации, что ведет к потере времени и контроля, так как пользователю необходимо выйти из меню локации, где отражается вся информация о процессе бурения.The disadvantages of this location system receiver with a telemetry information indicator are limited functionality, since only part of the information received from the probe is constantly displayed (the angle of the drill head, clock position, probe temperature, probe position in the horizontal plane, probe battery charge level), and the depth and distance from the probe (receiver-probe) are shown only by pushing a button and only at certain points (front and back location points and location lines). In this case, the “target drilling” or “predicted depth” mode is activated only through a special additional menu in the receiver of the location system, which leads to a loss of time and control, since the user needs to exit the location menu, which displays all the information about the drilling process.

Технической проблемой является создание приемника системы локации положения бурового инструмента, обеспечивающего точное определение положения бурового инструмента с возможностью постоянного отображения всей информации, получаемой им от зонда и автоматическим включением режима «бурение на цель» в момент, когда приемник находится в передней точке локации (впереди текущего положения зонда).The technical problem is the creation of a receiver for a location system for a drilling tool position that provides accurate determination of the position of a drilling tool with the ability to constantly display all the information it receives from the probe and automatically turn on the “target drilling” mode when the receiver is at the front location point (ahead of the current probe position).

Техническими результатами предлагаемого решения являются улучшение информированности пользователя (локаторщика): обеспечение возможности владения полной информацией о положении зонда в реальном времени, обеспечение постоянного контроля процесса бурения, сокращение времени работы.The technical results of the proposed solution are to increase the awareness of the user (locator): providing the ability to possess complete information about the position of the probe in real time, ensuring constant monitoring of the drilling process, reducing operating time.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в приемнике системы локации положения бурового инструмента, содержащем приемо-передающий узел RF, микропроцессор с микропрограммой, хранящейся во внутренней FLASH-памяти, внутреннюю FLASH-память микропроцессора, устройство индикации с отображением угла наклона, заряда батареи, положения по часам, температуры зонда, уровня рабочей мощности зонда и рабочей частоты зонда, согласно заявленному изобретению приемник оснащен дополнительным процессором с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройстве индикации, а устройство индикации выполнено в виде информационного поля на экране приемника и повторителя с графическим отображением информации и дополнительно содержит информацию о глубине нахождения зонда, удалении приемника от зонда (по гипотенузе и катету) и местоположении зонда.These technical results are achieved by the fact that in the receiver of the positioning system of the location of the drilling tool containing the RF transceiver unit, a microprocessor with microprogram stored in the internal FLASH memory, the internal FLASH memory of the microprocessor, an indication device with the display of the angle of inclination, battery charge, position according to the claimed invention, the receiver is equipped with an additional processor with microprogram for calculating and constantly displaying information on the display device, and the display device is made in the form of an information field on the screen of the receiver and repeater with a graphical display of information and additionally contains information about the depth of the probe, the distance of the receiver from the probe (hypotenuse and cathetus) and the location of the probe.

Использование в приемнике дополнительного процессора с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройство индикации позволяет в реальном времени производить расчет и постоянно отображать в графическом виде информацию на устройстве индикации. Устройство индикации представляет собой информационное поле на экране приемника и повторителя в виде графического отображения получаемой от зонда полной информации для пользователя (локаторщика): угол наклона, заряд батареи, положение по часам, температура зонда, уровень рабочей мощности зонда и рабочей частоты зонда, глубина нахождения зонда, удаление приемника от зонда (по гипотенузе и катету), местоположение зонда. Часть информационных данных (угол наклона и положение по часам) передается на микропроцессор с микропрограммой. Используя его и анализируя уровень входящего сигнала, рассчитывается глубина нахождения зонда (глубина буровой головы), удаление приемника от зонда (удаление в горизонте), местоположение зонда (точка в центре и вектора). При этом, используя дополнительный процессор с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройстве индикации, приемник системы локации, получая информацию от 3D антенны и микропроцессора с микропрограммой, постоянно отображает всю необходимую информацию для пользователя (локаторщика), что обеспечивает возможность владеть полной информацией о положении зонда в реальном времени и обеспечить постоянный контроль за процессом бурения.The use of an additional processor in the receiver with calculation firmware and constant display of information on the display device allows real-time calculation and continuous display in graphical form of information on the display device. The display device is an information field on the screen of the receiver and the repeater in the form of a graphic display of the complete information received from the probe for the user (locator): tilt angle, battery charge, clock position, probe temperature, probe working power level and probe working frequency, depth probe, removal of the receiver from the probe (by hypotenuse and cathetus), the location of the probe. Part of the information data (tilt angle and clock position) is transmitted to the microprocessor with microprogram. Using it and analyzing the level of the incoming signal, the depth of the probe (the depth of the drill head), the distance of the receiver from the probe (removal in the horizon), and the location of the probe (point in the center and the vector) are calculated. At the same time, using an additional processor with calculation firmware and constant display of information on the display device, the location system receiver, receiving information from a 3D antenna and a microprocessor with microprogram, constantly displays all the necessary information for the user (locator), which makes it possible to have full information about the position probe in real time and provide constant monitoring of the drilling process.

Когда приемник находится впереди зонда на линии бурения, на дисплее автоматически отображается прогнозируемая глубина, на которой окажется зонд, когда он придет в точку (режим «бурение на цель»). Пользователь, не заходя в специальное меню и не активируя расчет предполагаемой глубины, получает на устройстве индикации информацию режима «бурение на цель» непосредственно во время процесса бурения, что сокращает время работы.When the receiver is in front of the probe on the drilling line, the display automatically displays the predicted depth at which the probe will be when it arrives at a point (“target drilling” mode). The user, without going into a special menu and activating the calculation of the estimated depth, receives information on the "target drilling" mode directly during the drilling process on the display device, which reduces the operating time.

Микропроцессор с микропрограммой занят исключительно расчетом местоположения зонда. Дополнительный процессор с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройство индикации отображает входящую информацию, переводя ее в графический вид. Таким образом, наличие второго процессора с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройство индикации позволяет решить поставленную проблему и обеспечить указанные технические результаты.A microprocessor with microprogram is exclusively occupied with calculating the location of the probe. An additional processor with firmware for calculating and constantly displaying information on the display device displays incoming information, translating it into a graphic form. Thus, the presence of a second processor with firmware calculation and continuous display of information on the display device allows you to solve the problem and provide the specified technical results.

Приемник системы локации с отображением в графическом виде информации на устройстве индикации положения бурового инструмента в реальном времени иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема, на фиг. 2 - графическое отображение информации на устройства индикации, на фиг. 3 - варианты графического отображения информации на устройстве индикации.The receiver of the location system with the graphical display of information on the device for indicating the position of the drilling tool in real time is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a block diagram; FIG. 2 is a graphical display of information on an indication device; FIG. 3 - options for graphical display of information on the display device.

Устройство приемника 1 (фиг. 1) системы локации положения бурового инструмента содержит приемо-передающий узел RF 2 (фиг. 1), с микропроцессором 3 с микропрограммой, хранящейся во внутренней FLASH-памяти 4 и устройством индикации 5. На устройстве индикации 5 отображается угол наклона 6 (фиг. 2, 3), заряд батареи 7, положение по часам 8 (фиг. 3), температура зонда 9, уровень рабочей мощности зонда 10, и рабочая частота зонда 11. Устройство индикации 5 (фиг. 1) представляет собой информационное поле (фиг. 2, 3) на устройстве индикации 5 (фиг. 1) приемника 1 и повторителя 12 в виде графического отображения получаемой от зонда 13 информации о глубине 14 (фиг. 2, 3) нахождения зонда 13 (фиг. 1), удаления 15 (фиг. 2, 3) приемника 1 (фиг. 1) от зонда 13 (по гипотенузе и катету) местоположение 16 (фиг.2) зонда 13 (фиг. 1), при этом приемник 1 имеет дополнительный процессор 17 с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройство индикации, расположенной во FLASH-памяти 18. Дополнительный процессор 17 с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройство индикации предназначен для расчета и постоянного отображения графической информации на устройстве индикации 5. Для сопряжения и программирования зонда по радиоканалу приемник 1 имеет дополнительную плату 18 для управления антенной 19 связанную с узлом RF 2 и микропроцессором 3. Для приема и обработки сигналов от зонда в процессе бурения в приемнике установлена 3D антенна 20, связанная с процессором 3 и дополнительным процессором 17 с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройство индикации.The receiver device 1 (Fig. 1) of the drilling tool position location system contains an RF transmitter-receiver unit 2 (Fig. 1), with a microprocessor 3 with microprogram stored in the internal FLASH memory 4 and indicating device 5. The angle is displayed on indicating device 5 tilt 6 (FIG. 2, 3), battery charge 7, clock position 8 (FIG. 3), temperature of the probe 9, operating power level of the probe 10, and operating frequency of the probe 11. The indicating device 5 (FIG. 1) is the information field (Fig. 2, 3) on the indicating device 5 (Fig. 1) of the receiver 1 and the repeater 12 in the form of a graphical display of information received from the probe 13 about the depth 14 (Fig. 2, 3) of the location of the probe 13 (Fig. 1) , removing 15 (Fig. 2, 3) of the receiver 1 (Fig. 1) from the probe 13 (according to the hypotenuse and cathetus) location 16 (Fig. 2) of the probe 13 (Fig. 1), while the receiver 1 has an additional processor 17 s firmware calculation and continuous display of information on the display device located in the FLASH memory and 18. An additional processor 17 with microprogram for calculating and constantly displaying information on the indicating device is designed to calculate and constantly display graphic information on the indicating device 5. For pairing and programming the probe over the air, the receiver 1 has an additional board 18 for controlling the antenna 19 connected to the RF node 2 and microprocessor 3. To receive and process signals from the probe during drilling, the receiver has a 3D antenna 20 connected to the processor 3 and additional processor 17 with microprogram for calculating and constantly displaying information on the indicating device.

Устройство работает следующим образом. Зонд 13 системы локации передает информацию на приемник 1 посылками на низкой частоте несколько раз в секунду. Передается следующая информация: угол наклона 6, заряд батареи 7 (батарея зонда), положение по часам 8 (черный круг с метками), температура зонда 9, частота зонда 11 и уровень рабочей мощности зонда 10. Приемник 1, получая сигнал и используя 3D антенну 20 и микропроцессор 3 c микропрошивкой 4 (анализируя силу входящего сигнала), рассчитывает следующие данные: глубину нахождения зонда 14 (глубина буровой головы), удаление 15 приемника 1 от зонда 13 (удаление в горизонте), местоположение 16 зонда 13 (точка 22 в центре и вектора (фиг. 3). Вся информация от зонда 13 в виде информационных посылок принимается 3D антенной 20 и передается на дополнительный процессор 17, обрабатывается им с использованием микропрограммы, находящейся во FLASH-памяти 18, и передается на устройство индикации 5 в графическом виде. Часть информационных посылок (угол наклона 6 и положение по часам 8) передается на процессор 3. Используя часть информационных посылок и анализируя уровень входящего сигнала микропроцессор 3 рассчитывает глубину 14 нахождения зонда 13 (глубина буровой головы), удаление 15 приемника 1 от зонда 13 (удаление в горизонте), местоположение зонда 13 (точка 22 в центре и вектора).The device operates as follows. The probe 13 of the location system transmits information to the receiver 1 by sendings at a low frequency several times per second. The following information is transmitted: tilt angle 6, battery charge 7 (probe battery), clock position 8 (black circle with marks), probe temperature 9, probe frequency 11 and probe working power level 10. Receiver 1, receiving a signal and using a 3D antenna 20 and microprocessor 3 with microprogram 4 (analyzing the strength of the incoming signal), calculates the following data: the depth of the probe 14 (the depth of the drill head), the distance 15 of receiver 1 from the probe 13 (removal in the horizon), the location 16 of probe 13 (point 22 in the center and the vector (Fig. 3). All information from the probe 13 in the form of information packets is received by a 3D antenna 20 and transmitted to an additional processor 17, processed by it using the firmware located in the FLASH memory 18, and transmitted to the indicating device 5 in graphical form A part of information packages (tilt angle 6 and clock position 8) is transmitted to processor 3. Using a part of information packages and analyzing the level of the incoming signal, the microprocess Op 3 calculates the depth 14 of the location of the probe 13 (the depth of the drill head), the distance 15 of the receiver 1 from the probe 13 (removal in the horizon), the location of the probe 13 (point 22 in the center and the vector).

Таким образом, в отличии от аналогов, наличие дополнительного процессора 17 с микропрограммой расчета и постоянного отображения информации на устройство индикации, который, получая информацию от 3Д антенны 20 и процессора 3, отображает всю необходимую информацию для локаторщика на устройство индикации 5, позволяет сохранять постоянный контроль за процессом бурения.Thus, unlike analogs, the presence of an additional processor 17 with firmware for calculating and constantly displaying information on the indicating device, which, receiving information from the 3D antenna 20 and processor 3, displays all the necessary information for the locator on the indicating device 5, allows you to maintain constant monitoring behind the drilling process.

При этом, когда приемник 1 находится впереди зонда 13 на линии бурения, на устройстве индикации 5 автоматически начинает отображаться прогнозируемая глубина 21 (фиг. 3), на которой окажется зонд 13, когда он придет в точку 22 – «бурение на цель».At the same time, when the receiver 1 is in front of the probe 13 on the drilling line, the predicted depth 21 (Fig. 3) automatically starts to be displayed on the indicating device 5, at which the probe 13 will appear when it arrives at point 22 - “target drilling”.

Claims

A receiver of a drilling tool position location system containing an RF transmitting and receiving unit, a microprocessor with microprogram stored in the internal FLASH memory, an internal microprocessor FLASH memory, an indication device with display of the angle of inclination, battery charge, clock position, probe temperature, operating level probe power and probe working frequency, characterized in that the receiver is equipped with an additional processor with microprogram for calculating and constantly displaying information on the display device, and the display device is made in the form of an information field on the screen of the receiver and repeater with a graphic display of information and additionally contains information about the depth of location probe, the removal of the receiver from the probe (by hypotenuse and cathetus) and the location of the probe.