一种智能定向钻探系统及其定向钻探方法技术方案

本发明专利技术的目的是一种智能定向钻探系统及其定向钻探方法，包括钻头、显示模块和中央处理器模块，所述的钻头内设有发射器，所述的显示模块内设有接收器，所述的发射器和接收器与中央处理器模块组合构成钻头智能定向钻探的定向钻探系统，所述的发射器包括数据调制模块、九轴传感器和电源，所述的接收器包括电源、数据调节模块和显示模块，对钻头的智能定向钻探信息系统进行及时有效的调整及整改，以有效的确保钻孔的质量，以有效、及时发现钻探钻孔问题，提高反馈的及时性，降低不必要的成本，有效的推动行业发展。效的推动行业发展。效的推动行业发展。

【技术实现步骤摘要】
一种智能定向钻探系统及其定向钻探方法


[0001]本专利技术主要用于钻探技术及结构技术方面领域，主要涉及一种智能定向钻探系统及其定向钻探方法。

技术介绍

[0002]在钻探领域，钻孔的质量是验证钻探质量的重要指标，包括深度、长度、倾角和位置等，在传统钻探方式中主要是以地面垂直钻机型，通过钻杆的长度及数量来检测钻孔深度，但钻孔的垂直度(或倾角)难以测量，待倾斜角度较大时或超过预期位置角度时，难以及时发现，必须通过调整钻杆(钻头)来矫正位置，延长工期，同时破坏钻孔、地面水平非开挖钻机型，通过钻头内的信号棒，不断发射超声波信号，地面相应正上方通过人员手持接收器对钻头的位置进行监控(可以看到信号棒的坡度、深度和钻头最前面斜面板的方向)，但是当需要穿过河流或高山时，人工手持接收器的方式实现难度较大，且信号传输有衰减，现阶段煤矿井下坑道钻机型，但该方法需要多次拆卸钻杆钻头耗时长、工程量大，发现问题不及时，再次调整难度大，且钻孔与钻孔的位置和角度难以满足煤矿瓦斯抽采的设计要求，同时也存在安全隐患，人力成本较高，现阶段所采用的钻探方法都会出现异常问题反馈滞后，检测精度较低，并且会对钻孔造成破坏，操作难度大，成本高，耗时长，在很大程度上存在安全隐患。
[0003]因此，提供一种智能定向钻探系统及其定向钻探方法，通过对传统的钻探系统以及钻探的检测方法进行有益改进，通过九轴传感器采集和定位钻头、钻杆的数据，利用密闭环境下的超声波通讯技术及压力润滑水作为介质，对钻头的智能定向钻探信息系统进行及时有效的调整及整改，以有效的确保钻孔的质量，以有效、及时发现钻探钻孔问题，提高反馈的及时性，降低不必要的成本，有效的推动行业发展，同时本申请采用的钻探检测的结构简单，方法操作方便，无需拆卸钻杆检测，能够有效的大量节省人力、物力和时间，便于操作和调节，能够降低工作人员的工作强度，提高测量精度，降低成本，以有效的解决了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种智能定向钻探系统及其定向钻探方法，通过对传统的钻探系统以及钻探的检测方法进行有益改进，通过九轴传感器采集和定位钻头、钻杆的数据，利用密闭环境下的超声波通讯技术及压力润滑水作为介质，对钻头的智能定向钻探信息系统进行及时有效的调整及整改，以有效的确保钻孔的质量，以有效、及时发现钻探钻孔问题，提高反馈的及时性，降低不必要的成本，有效的推动行业发展，同时本申请采用的钻探检测的结构简单，方法操作方便，无需拆卸钻杆检测，能够有效的大量节省人力、物力和时间，便于操作和调节，能够降低工作人员的工作强度，提高测量精度，降低成本。
[0005]为解决
技术介绍
中所述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种智能定向钻探系统，包括钻头、显示模块和中央处理器模块，所述的钻头内设
有发射器，所述的显示模块内设有接收器，所述的发射器和接收器与中央处理器模块组合构成钻头智能定向钻探的定向钻探系统，所述的发射器包括数据调制模块、九轴传感器和电源，所述的接收器包括电源、数据调节模块和显示模块。
[0007]优选地，所述的数据调制模块的输出端直接与中央处理器模块连接，数据调制模块的输入端直接与信息采集模块连接，所述的中央处理器模块的输出端直接与数据调节模块连接，所述的数据调节模块的输出端与显示器连接，所述的信息采集模块采用的是九轴传感器，所述的电源模块设为多组，且多个电源模块相互独立设置，多个电源模块分别与数据调制模块、中央处理器模块和数据调节模块连接，通过采用九轴传感器和中央处理器模块配合以有效的对钻杆和钻头进行方向、倾角、位置和转速等数据进行有效的采集和数据调制和调节处理，利用密闭环境下的超声波通讯技术及压力润滑水作为介质，对钻头的智能定向钻探信息系统进行及时有效的调整及整改，以有效的确保钻孔的质量，以有效、及时发现钻探钻孔问题，提高反馈的及时性。
[0008]优选地，所述的显示模块包括远程上位机和移动显示端，通过上位机和移动显示端的同时使用，既能够实时的对钻头钻孔状态进行监控，同时与移动显示端(矿用智能手机)相互配合，能够有效且及时直观查看钻孔角度、深度、倾斜角等，能够及时发现问题，作出调整及整改，确保钻孔质量。
[0009]优选地，所述的中央处理器模块使用的处理器芯片是STM32F103R6型号芯片，处理器芯片的PB4口通过电阻R3与波形显示器连接，处理器芯片的PC1口和PC9口分别于上舵机和下舵机连接，所述的上舵机和下舵机之间通过陀螺仪跟随算法牵扯连接实现，采用STM32F103系列单片机，72MHZ主频，性能强大，当下面舵机转动一个角度后，上面一个舵机会跟随下一个舵机转动。这相当于陀螺仪转动一个角度之后，另一个陀螺仪转动，因为超声信号是通过载波进行调制。
[0010]优选地，所述的数据调制模块中使用的调制控制芯片是HT9200型号芯片，所述的调制控制芯片的dtmf端口通过MOSFET电路与超声波换能器连接，所述的数据调节模块中使用的调节控制芯片是HT9170型号芯片，调节控制芯片的Gs端口通过电阻RE2后与VN端口并联，然后分别通过电阻RE1和电容CE1后与超声波接收器LS1连接。
[0011]优选地，所述的九轴传感器中的控制芯片采用的是MPU9250型号芯片。
[0012]一种智能定向钻探系统的定向钻探方法，其定向钻探方法为：
[0013]a、首先，通过钻头内的发射器上的九轴传感器(陀螺仪、加速器、磁力计)对地下的钻头的钻孔角度、深度、倾斜角等数据进行信息采集，并且通过四元数姿态结算，卡尔曼滤波得到角度值，加速度值；
[0014]b、然后通过IIC协议与STM32进行通信，STM32读取头的角度值和加速度值，通过STM32对加速度值进行积分，得到钻头的空间位置，对角度进行处理，得到钻头的姿态；
[0015]c、通过对调制波进行调制，与载波进行处理，最终得到40KHZ的电信号，在将电信号通过MOSFET、超声波换能器等元器件，将电信号转换成超声波信号，在超声波信号中加载信息；
[0016]d、最后将声波传输，到达接收端，超声波接收方得到数据进行解码，得到传递过里啊的钻头空间姿态，通过串口传递给上位机，上位机显示钻头位置、姿态，然后进行控制。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1)、对钻头的智能定向钻探信息系统进行及时有效的调整及整改，以有效的确保钻孔的质量，以有效、及时发现钻探钻孔问题，提高反馈的及时性，降低不必要的成本，有效的推动行业发展。
[0019]2)、同时本申请采用的钻探检测的结构简单，方法操作方便，无需拆卸钻杆检测，能够有效的大量节省人力、物力和时间，便于操作和调节，能够降低工作人员的工作强度，提高测量精度，降低成本。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中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专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能定向钻探系统，包括钻头、显示模块和中央处理器模块，其特征在于：所述的钻头内设有发射器，所述的显示模块内设有接收器，所述的发射器和接收器与中央处理器模块组合构成钻头智能定向钻探的定向钻探系统，所述的发射器包括数据调制模块、九轴传感器和电源，所述的接收器包括电源、数据调节模块和显示模块。2.根据权利要求1所述的一种智能定向钻探系统，其特征在于，所述的数据调制模块的输出端直接与中央处理器模块连接，数据调制模块的输入端直接与信息采集模块连接，所述的中央处理器模块的输出端直接与数据调节模块连接，所述的数据调节模块的输出端与显示器连接，所述的信息采集模块采用的是九轴传感器，所述的电源模块设为多组，且多个电源模块相互独立设置，多个电源模块分别与数据调制模块、中央处理器模块和数据调节模块连接。3.根据权利要求2所述的一种智能定向钻探系统，其特征在于，所述的显示模块包括远程上位机和移动显示端。4.根据权利要求2所述的一种智能定向钻探系统，其特征在于，所述的中央处理器模块使用的处理器芯片是STM32F103R6型号芯片，处理器芯片的PB4口通过电阻R3与波形显示器连接，处理器芯片的PC1口和PC9口分别于上舵机和下舵机连接，所述的上舵机和下舵机之间通过陀螺仪跟随算法牵扯连接实现。5.根据权利要求2所述的一种智能定向钻探系统，其特征在于，所述的数据调制模块中使用的调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：石德恒，陈建，王冕，夏盆军，
申请(专利权)人：安徽中勘钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：