CN101886541A - 长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源*** - Google Patents

长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源*** Download PDF

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Abstract

本发明是一种长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***。涉及信号装置和管道***技术领域。它由函数发生器、相位可调节高压运算放大器、电流放大器组成；函数发生器、相位可调节高压运算放大器、电流放大器依次串连，由电流放大器输出；函数发生器产生的正弦波信号经相位可调节高压运算放大器电压放大并将相位调节准确，最后再经电流放大器放大电流后输出。本发明电路简单，可靠性高，定位精度高，施工中测试简单易行、操作简便。

Description

长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***
技术领域
本发明是一种长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***。涉及信号装置和管道***技术领域。
背景技术
近年来，在非开挖技术行业中，水平导向钻进是主要的增长点，由于设备能力的改善，其优越性愈加明显。非开挖铺管可以穿越铁路、公路、建筑、河流、飞机跑道、古迹等障碍物。它应用于于石油和天然气管道、电力、电信、有线电视、给水、排水及市政建设。非开挖技术具有不开挖地面、不影响交通、不影响市容、不损坏建筑、方向性好、经济和社会效益显著等特点。非开挖技术可利用导向钻进，还可进行管棚支护、水平注浆、水平降水及污染地层处理工程，在许多工程应用中，其相对成本已经降低到明挖法施工之下。可以采用非开挖技术施工时，反对采用明挖施工是必然趋势。
加快工程进度的、长距离的非开挖实时定位技术，即针对特别急需大口径油气管道对穿控向技术和设备的研究和研制。不仅满足应用于于石油和天然气管道的铺设的施工现场的施工的设计要求，也满足应用于电力、电信、有线电视、给水、排水及市政建设等施工现场的施工的设计要求。研究定向钻对穿控向技术、控向理论和控向方法，采用电磁场和重力场作为导向信号，研究建立控向信号在大地的衰减规律和传播机理、分布数学模型，各种干扰因素引起的测量误差和修正方法等，确定控向信号和检测装置的基本参数，为装备研制提供技术基础。
国外的美国专利6,814,163用于水平随钻的双线圈定位***；6,736,222为了钻头定向的测量方法；美国专利6,626,252用于水平随钻的双线圈定位***；6,466,020B1电磁定位法随钻的测量方法；B2一种电磁精确定位和角度定位的方法；都没涉及技术的实现，也没有作具体实现的说明，更重要的是这些专利的实现存在角度(仰角、磁偏角等)的积累误差，不可能达到0.1度的要求，要想达到上述精度，检测设备非常复杂，因此，必须要研制具有自己知识产权的，施工容易、测试简单易行的长距离水平双向对穿导向钻进控向设备。考虑到现有钻进定位设备的磁场源均为容易实现的脉冲波源，脉冲波形是由丰富的多次谐波组成的，因其波形的复杂性且功耗高，其中某次谐波对于感受弱磁场传感器来讲可能都是一个杂散不定的随机噪声。实验发现，水平随钻的双线圈定位***的磁场源是关乎整个***的精度的提高的重要因素之一。
发明内容
本发明的目的是发明一种施工容易、测试简单易行、定位精度高的长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***。
实验发现，水平随钻的双线圈定位***的磁场源是关乎整个长距离大口径油气管道对穿控向***的精度的提高的重要因素之一，而为了克服地磁场的干扰，大地电流的干扰，附近磁性物质造成的干扰，周围环境的电磁干扰，依据导磁率在真空和大地为1的电动力学原理，激励电流应为交变电流，则它在周围激励的就不是恒定磁场，而是交变电磁场，它不能简单地用毕奥-萨伐尔定律来计算，交变电磁场不但与介质导磁率μ有关，而且与介质介电常数ξ有关。而ξ随地层、岩土、泥土、含水量等变化极大，(成百倍地变化)，其衰减与交流电导率有关(导电率也是变化很大的)。因此，交变电流的频率必须很低，例如：3HZ，以利检波方法检测钻头所处在人工磁场的强度。
考虑到现有钻进定位设备的磁场源均为容易实现的脉冲波源，而长距离大口径油气管道对穿控向精度的磁场源一般由较之纯正弦波发生器容易实现的大功率脉冲发生器所提供。脉冲发生器产生的脉冲波形是由丰富的多次谐波组成的，因其波形的复杂性且功耗高，其中某次谐波对于感受弱磁场传感器来讲可能都是一个杂散不定的随机噪声，对提高长距离大口径油气管道对穿控向精度的影响很大。因此要有一种提高长距离大口径油气管道对穿控向精度的磁场源，大功率纯正弦波源代替脉冲波源。
本发明的构成如图1所示：是由函数发生器、相位可调节高压运算放大器、电流放大器组成；函数发生器、相位可调节高压运算放大器、电流放大器依次相串连，由电流放大器输出。
函数发生器产生的正弦波信号经相位可调节高压运算放大器电压放大并将相位调节准确，最后再经电流放大器放大电流后输出。
这里：
函数发生器为超低频正弦波发生信号源，产生的正弦波信号频率为2.5-3赫兹；
电流放大器输出的电压振幅正负大于100伏，电流振幅正负大于10安培。
本发明的电原理如图2所示，函数发生器IC1输出接相位可调节高压运算放大器IC2的输入，IC2的输出接晶体管组成的电流放大器Q1输入，电流放大器Q1输出接矩形线圈。
本发明电路简单，可靠性高，定位精度高，施工中测试简单易行、操作简便。
附图说明
图1管道对穿控向大功率信号源***原理框图
图2管道对穿控向大功率信号源***电原理图
具体实施方式
实施例.本例是一实验样机，其构成如图1所示：是函数发生器、相位可调节高压运算放大器、电流放大器依次相串连，由电流放大器输出。
函数发生器产生的正弦波信号经相位可调节高压运算放大器电压放大并将相位调节准确，最后再经电流放大器放大电流后输出。
本例的电原理如图2所示，函数发生器IC1芯片4、5端并联后接电阻R1后与6端一并接+5V电源，10端接电容C1、12端接电阻R2后与11端一并接-5V电源，7、8端相连，输出端2经R3后接相位可调节高压运算放大器IC2芯片的“-”输入端，运算放大器IC2芯片的“+”输入端经电阻R4接地，输出端1经反馈电阻R5至“-”输入端，同时IC2芯片的输出端1接Q1晶体管的基极，晶体管的极电极接+100V电源，发射极经电阻R6接地，同时由发射极输出接矩形线圈。
这里：
函数发生器IC1选8038芯片，它产生的正弦波信号频率为3赫兹；
运算放大器IC2选PB50芯片；
电流放大器Q1输出的电压振幅正负105伏，电流振幅正负10.5安培；选MJ10015；
电阻R1：10KΩ；
电阻R2：82KΩ；
电阻R3：1MΩ；
电阻R4：3KΩ；
电阻R5：68KΩ；
电阻R6：100Ω；
电容C1：0.001pf。
其中以8038为超低频正弦波发生信号源，输出电流为10mA，电压为5V，进入PB50芯片后，将这个正弦信号电压放大到48V，输出电流为2A，再经MJ10015大功率晶体管将电压振幅放大到105伏，电流放大到10.5A，构成了大功率控向信号源，满足提高长距离大口径油气管道对穿控向精度的要求。
本例达到的指标为：磁场强度的产生源为3赫兹，振幅正负可超过100伏，10安培电流，交变时消抖，达到提高长距离大口径油气管道对穿控向精度定位误差所要求磁场激励环路中的电流稳定度＜≈0.1％的要求。
本例经长时间室内试验及现场试用，施工中测试简单易行、操作简便，可靠性高，定位精度高。

Claims (4)

1.一种长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***，其特征是它由函数发生器、相位可调节高压运算放大器、电流放大器组成；函数发生器、相位可调节高压运算放大器、电流放大器依次串连，由电流放大器输出；
函数发生器产生的正弦波信号经相位可调节高压运算放大器电压放大并将相位调节准确，最后再经电流放大器放大电流后输出。
2.根据权利要求1所述的长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***，其特征是函数发生器为超低频正弦波发生信号源，产生的正弦波信号频率为2.5-3赫兹。
3.根据权利要求1所述的长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***，其特征是电流放大器输出的电压振幅正负大于100伏，电流振幅正负大于10安培。
4.根据权利要求1所述的长距离大口径油气管道对穿控向大功率信号源***，其特征是电原理为函数发生器IC1输出接相位可调节高压运算放大器IC2的输入，IC2的输出接晶体管组成的电流放大器Q1输入，电流放大器Q1输出接矩形线圈。
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