一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)及方法，屬于定向鉆孔洞剖面測量檢測【技術領域】。包括CPU模塊、超聲發(fā)射接收器、超聲波探頭、三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器、泥漿壓力傳感器、多路采集器、電子存儲盤和電池組；CPU模塊與超聲發(fā)射接收器通過USB數(shù)據(jù)線連接，超聲發(fā)射接收器通過同軸電纜分別與8個低頻超聲波探頭相連，CPU模塊與多路采集器通過USB數(shù)據(jù)線連接，多路采集器分別與三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器和泥漿壓力傳感器通過USB數(shù)據(jù)線連接，CPU模塊與電子存儲盤通過IDE接口連接，電池組分別與CPU模塊、超聲發(fā)射接收器和多路采集器連接。本發(fā)明的優(yōu)點是結構緊湊、安裝方便。
【專利說明】一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)及方法，屬于定向鉆孔洞剖面測量檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]長輸油氣管道建設為保證其走向的合理性、安全性和經(jīng)濟性，管道不可避免的要通過河流、山區(qū)及人口稠密區(qū)。隨著管道建設技術的不斷發(fā)展，在通過河流時為保證管道的埋深和不破壞河流周圍的環(huán)境，目前多采用非開挖穿越技術，定向鉆穿越是主要手段之一。
[0003]近年來隨著西氣東輸一線、二線的建設，定向鉆穿越的管徑已達到0 1219mm，使后續(xù)的擴孔孔徑增加到0 1600mm以上，隨著孔徑增大容易產(chǎn)生孔洞坍塌、卡鉆、甚至穿越失敗，現(xiàn)國內(nèi)外尚無定向鉆孔洞剖面測量技術報道，根據(jù)國內(nèi)穿越工程的要求，此項技術為國內(nèi)急需，也是定向鉆穿越工程亟待解決的國際難題和前沿技術。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)及方法。
[0005]一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)，其特征在于包括CPU模塊、超聲發(fā)射接收器、超聲波探頭、三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器、泥漿壓力傳感器、多路采集器、電子存儲盤和電池組；
[0006]CPU模塊與超聲發(fā)射接收器通過USB數(shù)據(jù)線連接，超聲發(fā)射接收器通過同軸電纜分別與8個低頻超聲波探頭相連，CPU模塊與多路采集器通過USB數(shù)據(jù)線連接，多路采集器分別與三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器和泥漿壓力傳感器通過USB數(shù)據(jù)線連接，CPU模塊與電子存儲盤通過IDE接口連接，電池組分別與CPU模塊、超聲發(fā)射接收器和多路采集器連接。
[0007]—種定向鉆孔洞剖面測量檢測方法，含有以下步驟:
[0008]CPU模塊通過USB數(shù)據(jù)線向超聲發(fā)射接收器發(fā)送采集數(shù)據(jù)指令；
[0009]超聲發(fā)射接收器通過8個100K低頻探頭采集孔洞剖面的成孔數(shù)據(jù)，經(jīng)CPU模塊存儲于電子存儲盤中；
[0010]低頻超聲波探頭發(fā)出的超聲波通過定向鉆泥漿中的傳播，在鉆孔孔壁反射信號，再被探頭接收后用于分析鉆孔大小和成孔質(zhì)量；
[0011]CPU模塊通過USB數(shù)據(jù)線向多路采集器發(fā)送采集數(shù)據(jù)指令，多路采集器采集三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器和泥漿壓力傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)CPU模塊存儲于電子存儲盤中；整個過程由電池組分別向CPU模塊、超聲發(fā)射接收器和多路采集器提供12V、24V及5V的電源；
[0012]超聲發(fā)射接收器通過CPU模塊的USB接口接收程序軟件傳輸?shù)目刂谱?，按照接收的控制字對超聲信號的發(fā)射及接收過程進行控制，并把接收的超聲信號以數(shù)據(jù)包的形式傳輸給CPU模塊；
[0013]濕度傳感器和泥漿壓力傳感器分別用于測量系統(tǒng)工作的環(huán)境濕度及泥漿壓力；
[0014]三維重力加速度計和三維地磁傳感器與CPU模塊實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的三維地磁定位，三維重力加速度計和三維地磁傳感器通過USB數(shù)據(jù)線與多路采集器PMD1208FS連接，用于測量三維重力加速度和三維地磁信號，然后CPU模塊通過算法計算檢測系統(tǒng)的水平面位置、姿態(tài)和垂直深度。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點是結構緊湊、安裝方便，可以廣泛應用于定向鉆孔洞剖面測量檢測【技術領域】。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定，如圖其中:
[0017]圖1是本發(fā)明實施例提供的定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)的原理結構示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實施例提供的定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)的電氣連接示意圖。
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
【具體實施方式】
[0020]顯然，本領域技術人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0021]實施例1:如圖1、圖2所示，
[0022]一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括CPU模塊、超聲發(fā)射接收器、超聲波探頭、三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器、泥漿壓力傳感器、多路采集器、電子存儲盤和電池組;CPU模塊與超聲發(fā)射接收器通過USB數(shù)據(jù)線連接，超聲發(fā)射接收器通過同軸電纜分別與8個低頻超聲波探頭相連，CPU模塊與多路采集器通過USB數(shù)據(jù)線連接，多路采集器分別與三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器和泥漿壓力傳感器通過USB數(shù)據(jù)線連接，CPU模塊與電子存儲盤通過IDE接口連接，電池組分別與CPU模塊、超聲發(fā)射接收器和多路采集器連接。
[0023]超聲發(fā)射接收器通過CPU模塊的USB接口接收程序軟件傳輸?shù)目刂谱郑凑战邮盏目刂谱謱Τ曅盘柕陌l(fā)射及接收過程進行控制，并把接收的超聲信號以數(shù)據(jù)包的形式傳輸給CPU模塊；超聲發(fā)射接收器與8個100K低頻探頭連接，低頻探頭發(fā)出的超聲波通過定向鉆泥漿中的傳播，在鉆孔孔壁反射信號，再被探頭接收后用于分析鉆孔大小和成孔質(zhì)量。
[0024]三維重力加速度計和三維地磁傳感器與CPU模塊實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的三維地磁定位，三維重力加速度計和三維地磁傳感器通過USB數(shù)據(jù)線與多路采集器PMD1208FS連接，用于測量三維重力加速度和三維地磁信號，然后CPU模塊通過算法計算檢測系統(tǒng)的水平面位置、姿態(tài)和垂直深度。
[0025]本發(fā)明提供的定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)，通過地磁定位技術和超聲成像檢測技術的結合，自動化程度高，結構緊湊、安裝使用方便，能夠及時測量鉆孔孔洞的形狀尺寸，在穿越過程中可幫助司鉆操作人員有針對性的采取必要措施，及時調(diào)整穿越施工方案，有效地指導復雜地質(zhì)條件下管道的定向鉆穿越，降低穿越施工風險，保證定向鉆穿越的順利實施。
[0026]本發(fā)明實施例提供的定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)，通過地磁定位技術和超聲成像檢測技術的結合，自動化程度高，結構緊湊、安裝使用方便，能夠及時測量鉆孔孔洞的形狀尺寸，在穿越過程中可幫助司鉆操作人員有針對性的采取必要措施，及時調(diào)整穿越施工方案，有效地指導復雜地質(zhì)條件下管道的定向鉆穿越，降低穿越施工風險，保證定向鉆穿越的順利實施。
[0027]參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(PU模塊、超聲發(fā)射接收器、超聲波探頭、三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器、泥漿壓力傳感器、多路采集器、電子存儲盤和電池組；其中，CPU模塊與超聲發(fā)射接收器通過USB數(shù)據(jù)線連接，超聲發(fā)射接收器通過同軸電纜分別與8個低頻超聲波探頭相連，CPU模塊與多路采集器通過USB數(shù)據(jù)線連接，多路采集器分別與三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器和泥漿壓力傳感器通過USB數(shù)據(jù)線連接，CPU模塊與電子存儲盤通過IDE接口連接，電池組與CPU模塊、超聲發(fā)射接收器和多路采集器連接分別提供12V、24V及5V電源。
[0028]在實際應用中，CPU模塊的USB接口與超聲發(fā)射接收器的通訊接口連接；超聲發(fā)射接收器通過CPU模塊的USB接口接收程序軟件傳輸?shù)目刂谱?，按照接收的控制字對超聲信號的發(fā)射及接收過程進行控制，并把接收的超聲信號以數(shù)據(jù)包的形式傳輸給CPU模塊；定向鉆孔洞剖面測量的檢測探頭由8個100K低頻探頭組成，低頻探頭降低了超聲波在泥漿中的衰減，保證了超聲信號的傳輸距離，可用于測量較大孔徑的孔洞。
[0029]在本實施例定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)的實際應用中，CPU模塊的USB接口與多路采集器的通訊接口連接；三維重力加速度計通過USB數(shù)據(jù)線與多路采集器PMD1208FS連接，用于測量檢測系統(tǒng)的水平面位置和垂直深度，三維地磁傳感器通過USB數(shù)據(jù)線與多路采集器PMD1208FS連接，用于測量檢測系統(tǒng)的姿態(tài)和位置；多路采集器通過CPU模塊的USB接口接收程序軟件傳輸?shù)目刂谱?，按照接收的控制字對各傳感器進行控制，并把接收的信號以數(shù)據(jù)包的形式傳輸給CPU模塊，實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的三維地磁定位。
[0030]本實施例提供的定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)采用低頻超聲信號在粘稠泥漿中的傳播特性，利用孔壁和礫石對超聲波的反射作用，根據(jù)回波信號定性判斷孔壁成形狀況，并采用三維地磁定位方法確定檢測系統(tǒng)的位置，各部分在CPU模塊的控制下有機結合，可實現(xiàn)對孔徑大小、孔壁坍塌狀況、孔壁形狀質(zhì)量的檢測，用于指導復雜地質(zhì)條件下的定向鉆施工，降低穿越風險。
[0031]以上的【具體實施方式】，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上僅為本發(fā)明的【具體實施方式】而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種定向鉆孔洞剖面測量檢測系統(tǒng)，其特征在于包括CPU模塊、超聲發(fā)射接收器、超聲波探頭、三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器、泥漿壓力傳感器、多路采集器、電子存儲盤和電池組； CPU模塊與超聲發(fā)射接收器通過USB數(shù)據(jù)線連接，超聲發(fā)射接收器通過同軸電纜分別與8個低頻超聲波探頭相連，CPU模塊與多路采集器通過USB數(shù)據(jù)線連接，多路采集器分別與三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器和泥漿壓力傳感器通過USB數(shù)據(jù)線連接，CPU模塊與電子存儲盤通過IDE接口連接，電池組分別與CPU模塊、超聲發(fā)射接收器和多路采集器連接。
2.一種定向鉆孔洞剖面測量檢測方法，其特征在于包括CPU模塊、超聲發(fā)射接收器、超聲波探頭、三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器、泥漿壓力傳感器、多路采集器、電子存儲盤和電池組； 含有以下步驟: CPU模塊通過USB數(shù)據(jù)線向超聲發(fā)射接收器發(fā)送采集數(shù)據(jù)指令； 超聲發(fā)射接收器通過8個IOOK低頻探頭采集孔洞剖面的成孔數(shù)據(jù)，經(jīng)CPU模塊存儲于電子存儲盤中； 低頻超聲波探頭發(fā)出的超聲波通過定向鉆泥漿中的傳播，在鉆孔孔壁反射信號，再被探頭接收后用于分析鉆孔大小和成孔質(zhì)量； CPU模塊通過USB數(shù)據(jù)線向多路采集器發(fā)送采集數(shù)據(jù)指令，多路采集器采集三維重力加速度計、三維地磁傳感器、濕度傳感器和泥漿壓力傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)CPU模塊存儲于電子存儲盤中；整個過程由電池組分別向CPU模塊、超聲發(fā)射接收器和多路采集器提供12V、24V及5V的電源； 超聲發(fā)射接收器通過CPU模塊的USB接口接收程序軟件傳輸?shù)目刂谱郑凑战邮盏目刂谱謱Τ曅盘柕陌l(fā)射及接收過程進行控制，并把接收的超聲信號以數(shù)據(jù)包的形式傳輸給CPU模塊； 濕度傳感器和泥漿壓力傳感器分別用于測量系統(tǒng)工作的環(huán)境濕度及泥漿壓力； 三維重力加速度計和三維地磁傳感器與CPU模塊實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的三維地磁定位，三維重力加速度計和三維地磁傳感器通過USB數(shù)據(jù)線與多路采集器PMD1208FS連接，用于測量三維重力加速度和三維地磁信號，然后CPU模塊通過算法計算檢測系統(tǒng)的水平面位置、姿態(tài)和垂直深度。
【文檔編號】E21B49/00GK103510949SQ201310388611
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權日:2013年8月30日
【發(fā)明者】劉全利, 白世武, 周廣言, 劉厚平, 薛巖, 安志斌, 呂新昱 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣管道局