包括使用全球定位系统的探测器位置检测的水平定向钻探系统技术方案

本发明专利技术公开了有用的定位器设备和方法。所述定位器设备包括：第一定位系统，被配置为生成以感测从与钻头相关联的探测器发出的电磁场，以及第二定位系统，包括全球定位系统。所述定位器设备包括：所述定位系统上的显示器，被配置为基于所述全球定位系统所检测的位置，显示所述定位器设备所处的区域的地图。所述定位器设备还包括：控制电路，被配置为在从用户接收到输入时，在与所述定位器设备相关联的存储器中记录定位数据，以供水平定向钻探控制系统使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括使用全球定位系统的探测器位置检测的水平定向钻探系统本申请于2012年6月21日作为PCT国际专利申请递交，在除了美国之外的所有国家指定美国国内公司VermeerManufacturingCompany为申请人，仅在美国指定美国公民ScottRempe为申请人。相关申请的交叉引用本申请要求2011年6月21日递交的美国临时专利申请No.61/499，581、2011年9月1日递交的美国临时专利申请No.61/530，155和2012年4月17日递交的美国临时专利申请No.61/625，190的优先权，其公开的全文通过引用方式并入本文中。
本公开大体上涉及地下物体的检测，例如探测器(sonde)。具体而言，本公开涉及使用全球定位系统来检测探测器位置的系统和技术。
技术介绍
为了安全和美观，针对水、电、天然气、电话和有线电视的设施线路通常在地下运行。通常，地下设施埋在沟渠中并随后回填。然而，挖掘沟渠可能是耗时的，并会对现有结构或道路造成实质损坏。随后，诸如水平定向钻探(HDD)的备选技术变得越来越流行。典型的水平定向钻探机包括机架，可沿着机架纵轴滑动移动的驱动机械装置安装在该机架上。该驱动机械装置被适配为围绕其纵轴旋转钻柱。钻柱包括一些列串在一起的钻探管。与钻柱的旋转相配合的驱动机械装置沿着机架的滑动使钻柱纵向进入地面或从地面拔出。在一般的水平定向钻探续发事件中，水平定向钻探机以相对于地表面斜角的方向在地面中钻洞。为了移除钻探期间的钻屑和泥土，泵系统通过钻柱向在钻柱末端的钻头(例如，切削工具或钻探工具)用泵输送钻探液，并通过孔回抽钻探液。在钻头到达期望的深度之后，然后钻探朝向沿着大致水平路径，以创建水平孔。一旦已经钻探了期望深度的孔，然后钻头向上以冲破地表面，完成先导孔。当执行水平定向钻探时，重要的是知道地下钻探设备的位置和行进方向，以确保地下线路途径正确，并去往正确的目的地。存在若干方式定位地下设施和地下钻头，例如使用电磁(EM)定位器。EM定位器一般包括可以是辐射地下导体的接收机和发射机。在一些系统中，辐射地下导体可以是探测器，探测器是具有几厘米到几分米长度的电池运行圆柱体设备。典型的探测器具有沿着圆柱体轴(也被称为双极子轴)方向的单线圈，具有使从该探测器对称地发出感测EM场的集成音调发射机。以上地面EM定位接收机检测并处理信号，并向用户呈现发射机位置信息。以此方式，在从一端拉或推探测器时，可以在地面上跟踪地下导管，或者可以通过从该探测器的位置导出的信息引导非挖沟地下钻探工具。然而，传统EM定位器不提供探测器的位置和方向的精确确定，并显示出一些与EM定位器接收机和探测器发射机之间地理位置关系有关的实际使用限制。用于改进位置技术的尝试一般围绕进行来自已知位置的附加EM场测量。例如，如美国专利申请No.2010/0141261所描述，位置系统包括探测器，被配置为沿着三个轴分发射频信号，以与地上射频定位器进行通信。位置系统通过测量穿过探测器行进路径的地上位置的电磁场和相位值，检测该探测器位置。然而，这种改进的场测量需要大量校准以精确地检测探测器的存在，从而需要附加时间来测量并定位该探测器。这涉及钻探之前在工作现场的若干操作，以建立用于沿着期望路线执行有计划的钻探操作的区域。此外，即使一旦进行这种测量时，必须相对于已知点推断探测器以及相关联钻头的位置，并相对于那些点进行映射，这增加了计算复杂度。此外，即使一旦实际上确定了这些位置，例如建设公司、事业单位或者执行或请求钻孔操作的其他实体的管理者难以在钻探平台和远程地进行访问。针对这些和其他原因，改进是值得期待的。
技术实现思路
根据以下公开，通过下文解决以上和其他问题：在第一方面中，公开了一种定位器设备。所述定位器设备包括：第一定位系统，被配置为生成(generate)以感测从与钻头相关联的探测器发出的电磁场，以及第二定位系统，包括全球定位系统。所述定位器设备包括：所述定位系统上的显示器，被配置为基于所述全球定位系统所检测的位置，显示所述定位器设备所处的区域的地图。所述定位器设备还包括：控制电路，被配置为在从用户接收到输入时，在与所述定位器设备相关联的存储器中记录定位数据，以供水平定向钻探控制系统使用。在第二方面中，公开了一种定位与地下钻头相关联的探测器的方法。所述方法包括：基于与钻探平台的方向和距离，计算探测器的近似位置，以及，使用全球定位系统，将定位器设备放置在所述近似位置。所述方法还包括：当所述定位器设备处于所述近似位置时，确定由所述探测器生成的电磁信号的信号强度。所述方法还包括：通过将所述定位器设备放置在所述近似位置附近的位置，确定所述探测器的位置，所述位置对应于最大电磁信号强度。在第三方面中，公开了一种操作水平定向钻探机的方法。所述方法包括：将定向器设备放置在沿着所计划的钻孔路径的多个位置，以及，使用全球定位系统，在至少所述多个位置捕捉所述定位器设备的位置，从而捕捉由多个所捕捉的位置所定义的路线。所述方法还包括将所述路线下载到水平定向钻探控制系统。在第四方面中，公开了一种在水平定向钻探应用中可使用的基于GPS的定位器设备，包括：定位系统，包括全球定位系统；以及显示器，被配置为基于由所述全球定位系统检测的位置，显示所述定位器设备所处的区域的地图。所述基于GPS的定位器设备包括：控制电路，被配置为在从用户接收到输入时，在与所述定位器设备相关联的存储器中记录定位数据，以供水平定向钻探控制系统使用；以及通信接口，被配置为向水平定向钻探控制系统传送所述定位数据。在另一方面中，公开了一种水平定向钻探系统，包括：水平定向钻探机，位于工作现场；以及水平定向钻探数据服务器，远离所述水平定向钻探机，并与所述水平定向钻探机通信连接。所述水平定向钻探数据服务器包括：数据库，被配置为至少接近实时地从所述水平定向钻探机收集运行数据，所述运行数据包括指示所述水平定向钻探机的近似位置的GPS数据。在另一方面中，公开了一种水平定向钻探系统，包括：水平定向钻探机，位于工作现场并包括钻柱；钻头，与所述钻柱耦合；控制系统；以及通信接口，能够与远程计算系统进行通信。所述水平定向钻探系统还包括：移动定位器设备，包括感测设备，被配置为测量所述钻头的属性以生成所述钻头属性数据；以及GPS接收机，被配置为接收指示所述移动定位器设备的近似位置的GPS数据。所述移动定位器设备还包括无线电收发机，被配置为向所述水平定向钻探机广播位置数据和钻头属性数据。所述水平定向钻探系统还包括：水平定向钻探数据服务器，远离所述工作现场并被配置为经由所述通信接口从所述水平定向钻探机接收所述GPS数据。在另一方面中，公开了一种水平定向钻探数据服务器，与在地理上分散的位置的多个水平定向钻探机通信相连。所述水平定向钻探数据服务器包括：数据库，被配置为存储来自所述水平定向钻探机中每一个的多种类型的数据，所述数据选自由以下各项构成的组：钻孔计划数据；钻孔日志；工作数据；现场数据；平台远程通信数据；维护数据；以及报告。在另一方面中，公开了一种确定具有起始位置、第一位置和第二位置的钻孔路径的位置的方法。所述方法包括：从所述起始位置钻孔到所述第一位置；至少部分基于由地上定位器所捕捉的GPS数据，估计所述第一位置所处的区域；以及，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.21 US 61/499,581;2011.09.01 US 61/530,155;1.一种定位器设备，用于记录探测器的位置，所述定位器设备包括：第一定位设备，被配置为感测从与钻头相关联的探测器发出的电磁场，所述第一定位设备包括显示器、操作者接口和通信接口；第二定位设备，包括全球定位系统；控制器，被配置为：在从用户接收到第一输入时，在与所述第一定位设备相关联的存储器中记录第一位置数据；记录与所述第二定位设备相关联的第二位置数据；以及将第一位置数据和第二位置数据相结合以记录探测器的位置，包括基于与钻头相关联的已知信息和与先前定位点相关联的位置数据来改进第二位置数据，还包括基于记录的探测器的位置来改进先前定位点的确定。2.根据权利要求1所述的定位器设备，其中，所述控制器包括：按钮输入，被配置为触发所述位置数据的记录。3.根据权利要求1所述的定位器设备，其中，所述控制器还被配置为：生成水平定向钻探控制系统能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·阿兰·伦珀，
申请(专利权)人：维米尔制造公司，
类型：
国别省市：