一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)误差计算：1.1)对所有数据采集点，计算每一钻杆相对于原始钻头钻进路径的起始点的落差L、以及起始点水平方向至终点的距离X

【技术实现步骤摘要】
一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法


[0001]本专利技术涉及非开挖
，尤其是一种非开挖
使用的钻探系统的消除倾角积累误差的方法。

技术介绍

[0002]随着城市建设的大规模发展，需要在城市中铺设截污管或能源(液化气、天然气等)供应管，较常用的方法是开挖槽来埋管埋线，这会造成环境污染，引起交通堵塞，并且存在施工安全隐患。
[0003]因此，目前也已开发使用了非开挖铺管技术，即一种利用岩土钻掘手段，在路面不挖沟、不破坏大面积地表层的情况下，铺设、修复和更换地下管线的施工技术。使用非开挖技术具有周期短、成本低、污染少、安全性能好等优点，而且不会影响正常的交通秩序。
[0004]非开挖铺管技术应用较广的为水平导向前进法，其是利用非开挖导向仪引导装有钻头的钻杆进行定向前进来实现。非开挖导向仪包括提供钻头实时的工况-深度、倾角以及钟点方向，让地面的操作人员实时掌握钻孔轨迹以便对后续的操作进行及时的修正，以保证按既定的路径轨迹精确定向，完成非开挖铺管。由此可见，非开挖铺管技术对于非开挖导向仪的精确测量有着很高的要求。
[0005]在非开挖工程中，传统的挖掘路径记录办法是使用钻头上安装的加速度传感器记录每一个数据点钻杆和水平面的倾角，然后结合钻杆的长度来计算每个记录点相对于起始点的位置，进而可以将轨迹绘成图示。计算所得的钻杆的路径都是以起始点为参考点的，如果倾角有积累误差，那么所得出的路径都是不准确的。
[0006]倾角的误差来源有多个。目前广泛使用的加速度传感器，其精度只能达到％0.1度。因此无论怎么校准也无法避免长距离挖掘后的误差积累。误差也可能来自碳棒和碳棒仓之间存在的微小夹角。另外，施工过程中，更换钻杆时的钟点数典型地停在一个固定的钟点(如12：00点钟)，其结果更使同一个方向的积累误差便不可避免。倾角积累误差表现在路径的终点不在应在的位置(高度)，如图1所示，路径终点会高出(或低于)地面许多，导致无法完成正常的钻进工作，其中O0为钻头钻进路径的起始点，O
n
为钻头钻进路径的终点，G为地面，L1为原始钻头钻进路径。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法，能够纠正规划路径，确保钻进工作的正常进行。
[0008]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0009]1)误差计算：
[0010]1.1)对所有数据采集点，计算每一钻杆相对于原始钻头钻进路径的起始点的落差L、以及起始点水平方向至终点的距离X
n
；
[0011]1.2)计算倾角误差δ，δ＝atan((L
n-(A
n-A0)+(h
n-h0))/X
n
)，其中L
n
是终点相对于起始点的落差，A0是起始点的高程，A
n
是终点的高程，h0是起始点处钻头离地面的深度，h
n
是终点处钻头离地面的深度；
[0012]2)误差校正：
[0013]2.1)对每一个数据采集点做倾角补偿，α
′
＝α-δ，其中α是原始倾角，α
′
是纠偏后的新倾角；
[0014]2.2)按新倾角重新计算钻杆的数据，得到纠正后的钻头钻进路径。
[0015]根据本专利技术的一个方面，L、L
n
和X
n
的计算方法为：
[0016]1)利用导向仪的GPS数据计算钻头当前位置对应的地面上的当前点和钻头前一个位置对应的地面上的前一点的水平距离d：前一点的GPS坐标是(La-1
,Lo-1
,A-1
)，当前点的GPS坐标是(La,Lo,A)，计算这两点之间水平距离的方法如下：
[0017]1.1)把前一点的GPS高度用当前点的高度替换，使得前一点和当前点处在同一高度，得到新的GPS坐标(La-1
,Lo-1
,A)；
[0018]1.2)把同一高度的两点(La-1
,Lo-1
,A)和(La,Lo,A)换成大地坐标(X-1
,Y-1
,Z-1
)和(X,Y,Z)；
[0019]1.3)计算大地坐标上两点的距离：d＝SQRT((X
–
X-1
)2+(Y-Y-1
)2+(Z
–
Z-1
)2)；计算所有数据采集点获得的d之和得到X
n
；
[0020]2)利用导向仪的GPS数据计算当前点和起始点的高度差，a＝A
–
A0，A0表示起始点的GPS高度；
[0021]3)计算当前点和前一点的平均倾角β＝(α+α-1
)/2，其中α-1
是前一点的倾角，α是当前点的原始倾角；
[0022]4)计算当前点相对于前一点的落差l＝d
×
tanβ；
[0023]5)计算当前点相对于起始点的落差L＝L-1
+l，当前点为终点时，L为L
n
。
[0024]根据本专利技术的另一个方面，L、L
n
和X
n
的计算方法为：
[0025]1)利用导向仪的GPS数据计算钻头当前位置对应的地面上的当前点和钻头的钻进路径的起始点的高度差：当前点的GPS坐标是(La,Lo,A)，起始点的GPS坐标是(La0,Lo0,A0)，a＝A
–
A0；
[0026]2)计算当前点和钻头前一个位置对应的地面上的前一点的平均倾角β＝(α+α-1
)/2，其中α-1
是前一点的倾角，α是当前点的原始倾角；
[0027]3)计算当前点相对于前一点的落差l＝R
×
sinβ，R为钻探系统的钻杆的长度；
[0028]4)计算当前点相对于起始点的落差L＝L-1
+l，当前点为终点时，L为L
n
；
[0029]5)计算两个钻杆之间的水平距离，d≈Rxcosβ，计算所有数据采集点获得的d之和得到X
n
。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过计算钻进路径存在的倾角误差，并对每一个数据采集点作出倾角补偿，将误差校正，从而得到纠偏后的钻进路径，能够确保钻进工作的正常进行。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例的方法形成的路径和现有技术的路径的对比示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例的钻探系统的数据采集点及钻探路径地下剖面示意图；
[0033]图3为现行相对落差的近似算法示意图。
具体实施方式
[0034]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻探系统的消除倾角积累误差的方法，其特征在于：包括如下步骤：1)误差计算：1.1)对所有数据采集点，计算每一钻杆相对于原始钻头钻进路径(L1)的起始点(O0)的落差L、以及起始点(O0)水平方向至终点(O
n
)的距离X
n
；1.2)计算倾角误差δ，δ＝atan((L
n-(A
n-A0)+(h
n-h0))/X
n
)，其中L
n
是终点(O
n
)相对于起始点(O0)的落差，A0是起始点(O0)的高程，A
n
是终点(O
n
)的高程，h0是起始点(O0)处钻头离地面的深度，h
n
是终点(O
n
)处钻头离地面的深度；2)误差校正：2.1)对每一个数据采集点做倾角补偿，α
′
＝α-δ，其中α是原始倾角，α
′
是纠偏后的新倾角；2.2)按新倾角重新计算钻杆的数据，得到纠正后的钻头钻进路径(L1’
)。2.根据权利要求1所述的钻探系统的消除倾角积累误差的方法，其特征在于：L、L
n
和X
n
的计算方法为：1)利用导向仪的GPS数据计算钻头当前位置对应的地面上的当前点(O1)和钻头前一个位置对应的地面上的前一点(O-1
)的水平距离d：前一点(O-1
)的GPS坐标是(La-1
,Lo-1
,A-1
)，当前点(O1)的GPS坐标是(La,Lo,A)，计算这两点之间水平距离的方法如下：1.1)把前一点(O-1
)的GPS高度用当前点(O1)的高度替换，使得前一点(O-1
)和当前点(O1)处在同一高度，得到新的GPS坐标(La-1
,Lo-1
,A)；1.2)把同一高度的两点(La-1
,Lo-1
,A)和(La,Lo,A)换成大地坐标(X-1
,Y-1
,Z-1
)和(X,Y,Z)；1.3)计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志余，金宇鹏，
申请(专利权)人：宁波金地电子有限公司，
类型：发明
国别省市：