CN108868602A - 定向钻穿越施工监测***及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定向钻穿越施工监测***及监测方法，涉及定向钻施工技术领域。该监测***包括多个传感器，采集模块和服务器；多个传感器包括均设置在动力头上的第一传感器和第二传感器，第一传感器用于识别动力头是否连接钻杆；第二传感器用于测定在默认动力头始终连接钻杆的条件下动力头带动钻杆产生的位移；采集模块用于接收多个传感器获取的信息，并将信息发送给服务器；服务器用于接收采集模块发送的信息，筛选出动力头连接钻杆时的位移信息，得到钻杆实际的位移。本发明所提供的检测***，可随时检测钻杆位移数据，无需大量人工作业，避免由于工人操作造成的数据误差。同时所记录的数据具有连续性，时效性和科学性。
Description
技术领域
本发明涉及定向钻施工技术领域，特别涉及一种定向钻穿越施工监测***及方法。
背景技术
为了便于油、气的综合利用，需要在油、气生产区与油、气消费区之间铺设输送油、气的运输管线。在运输管线铺设过程中可能遇到河流、公路等障碍，此时为了避免线路绕行造成造价过高的情况，一般选择穿越施工，即将管线从河流或公路等下方穿过铺设。通常采用定向钻进行穿越施工。施工时首先钻出导向孔，具体地，先在定向钻钻机的动力头上连接一根钻杆，钻机将钻杆打入地下。待钻杆的末端要进入地下时，停止钻机，拆卸钻杆与动力头的连接，动力头反向运转，增大动力头和已打入地下的钻杆末端之间的距离，之后在动力头和打入地下的钻杆末端之间连接另外一根钻杆。再次启动动力***，钻机通过动力头推进新连接的钻杆继续进行钻孔，直至将新连接的钻杆同样打入地下，循环这一操作直至钻出完整的导向孔。通常在导向孔阶段，为了掌握施工进展、分析施工状态，需要记录工况信息，尤其是记录钻杆进尺。钻赶进尺为钻机控制钻杆移动的距离，是反映穿越工程进展的关键指标。
现有技术中，在施工时需要采用多根钻杆，且通常使用的钻杆长度基本一致，为9.6m左右。因此在记录钻机进尺时，一般通过已打入地下的钻杆数量与钻杆长度的乘积来代表钻机进尺，具体操作时需要工作人员记录下所使用的钻杆数量。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
通过现有技术所得到的钻机进尺不能如实反映工程进展。首先，由于施工中所采用的钻杆数量较多，仅靠人工记录工作量较大，极易出现漏记、重记现象。其次，每个钻杆的长度有一定误差，当使用大量钻杆时会导致累计误差明显，同样影响了钻机进尺数据的准确性。最后，所得到的钻机进尺仅能反应钻杆完全进入地下的距离，当一根钻杆一部分位于地下、一部分位于地上时，无法准确统计钻杆进尺，使得钻杆进尺数据缺乏连续性和时效性。
发明内容
为了解决现有技术中所获取的钻机进尺不能如实反映工程进展的问题，本发明实施例提供了一种定向钻穿越施工监测***及其监测方法，具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种定向钻穿越施工监测***，包括多个传感器，采集模块和服务器；其中，
所述多个传感器包括均设置在钻机的动力头上的第一传感器和第二传感器，
所述第一传感器用于识别所述动力头是否连接钻杆，生成所述动力头与所述钻杆的连接状态信息，并发送给所述采集模块；
所述第二传感器用于测定在默认所述动力头始终连接所述钻杆的条件下所述动力头带动所述钻杆产生的位移，生成位移信息并发送给所述采集模块；
所述采集模块用于接收所述多个传感器发送的信息，并将所述信息发送给所述服务器；
所述服务器包括接收单元、筛选单元和存储单元，
所述接收单元用于接收所述采集模块发送的信息；
所述筛选单元用于根据所述动力头与所述钻杆的连接状态信息，筛选出所述动力头连接所述钻杆时所述第二传感器获取的所述位移信息；
所述存储单元用于存储所述筛选单元筛选出的所述位移信息。
可选地，所述传感器还包括设置在控制***中的第三传感器和第四传感器；
所述第三传感器用于测定钻机对所述钻杆施加的拉力或推力，生成所述拉力或推力信息，并发送给所述采集模块；
所述第四传感器用于测定所述钻机对所述钻杆施加的扭矩，生成所述扭矩信息，并发送给所述采集模块。
可选地，所述采集模块还用于接收所述第三传感器和所述第四传感器发送的信息，并将接受的信息发送给所述服务器，
所述服务器的所述接收单元还用于接收所述采集模块发送的信息，并发送给所述存储单元；
所述服务器的所述存储单元还用于接收并存储所述接收单元发送的信息。
可选地，所述传感器还包括设置在泥浆***中的第五传感器和第六传感器；
所述第五传感器用于测定所述泥浆***泵入所述钻杆的泥浆流量，生成泥浆流量信息，并发送给所述采集模块；
所述第六传感器用于测定所述泥浆***的泥浆泵入压力，生成泥浆压力信息，并发送给所述采集模块。
可选地，所述采集模块还用于接收所述第五传感器和所述第六传感器发送的信息，并发送给所述服务器；
所述服务器的所述接收单元还用于接收所述采集模块发送的信息，并发送给所述存储单元；
所述服务器的所述存储单元还用于接收并存储所述接收单元发送的信息。
可选地，所述监测***还包括设置在控制***中的第一档位监测模块和第二档位监测模块，以及档位采集模块；其中，
所述第一档位监测模块用于识别所述钻机的拉力或推力档位，生成钻机拉力或推力档位信息，并发送给所述档位采集模块；
所述第二档位监测模块用于识别所述钻机的扭矩档位，生成钻机扭矩档位信息，并发送给所述档位采集模块；
所述档位采集模块用于接收所述钻机拉力或推力档位信息和所述钻机扭矩档位信息，并发送至服务器。
可选地，所述服务器的所述接收单元还用于接收所述档位采集模块发送的信息，并发送给所述存储单元；
所述服务器的所述存储单元还用于接收并存储所述接收单元发送的信息。
第二方面，本发明实施例提供一种定向钻穿越施工监测方法，包括：
接收采集模块发送的信息，所述信息包括由第一传感器识别动力头与钻杆的连接状态信息，以及由第二传感器测定的在默认所述动力头始终连接所述钻杆的条件下所述动力头带动所述钻杆产生的位移信息,所述第一传感器和第二传感器设置在所述动力头上；
根据所述动力头与所述钻杆连接状态信息筛选所述动力头连接所述钻杆时所述第二传感器获取的所述位移信息；
存储筛选出的所述位移信息。
可选地，所述方法还包括：接收到的采集模块发送的信息，所述信息包括由第三传感器测定的拉力或推力信息，第四传感器测定的扭矩信息，第五传感器测定的泥浆流量信息以及第六传感器测定的泥浆压力信息；
存储所述拉力或推力数据，所述钻杆扭矩数据，所述泥浆流量和所述泥浆压力。
可选地，所述方法还包括：接收档位采集模块发送的信息，所述信息包括由第一档位监测模块识别的所述钻机拉力或推力档位信息，以及由第二档位监测模块识别的所述钻机扭矩档位信息；
存储所述钻机的拉力或推力档位和所述钻机的扭矩档位。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
由于定向钻在使用时存在动力头不连接钻杆，但动力头依然工作的情况，因此设置用于测定在默认动力头始终连接钻杆的条件下钻杆位移的第二传感器，以及用于判断动力头与钻杆连接情况的第一传感器。进而通过服务器中筛选单元排除动力头不连接钻杆时的无效位移信息,筛选出动力头连接钻杆时的钻杆位移信息并进行存储,得到钻杆实际的位移。本发明实施例所提供的监测***，可随时检测钻杆位移数据，无需大量人工作业，避免由于工人操作造成的数据误差。同时所记录的数据具有连续性，时效性和科学性，更为客观地反映定向钻穿越施工的进展程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的定向钻穿越施工监测***示意图；
图2是本发明实施例二提供的定向钻穿越施工监测方法流程图。
附图中标记分别为：
1.第一传感器；2.第二传感器；3.第三传感器；4.第四传感器；5.第五传感器；6.第六传感器；7.第一档位检测模块；8.第二档位检测模块；9.采集模块；10.档位采集模块；11.服务器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供的定向钻穿越施工监测***及监测方法，其定向钻结构如下：
定向钻，由钻杆、钻机、动力装置、泥浆泵入装置、控制***等组成。其中钻杆用于进行挖掘、钻孔工作。钻机包括用于连接钻杆的动力头，通过动力头带动钻杆运动。且在控制***的作用下，钻机可对钻杆施加不同的推力或拉力、扭矩，来满足不同的工作需要。动力装置为钻机提供动力。泥浆泵入装置向钻杆通入泥浆，且泥浆由钻杆位于地下的端部排出，进而通过钻杆与导向孔之间的环空返出，在泥浆的返出过程中能够携带大量钻孔所产生的沙石，由此保持导向孔通畅。
本发明实施例所提供的定向钻穿越施工监测***及监测方法在上述定向钻的基础上实现，具体地通过以下实施例详细阐述技术方案。
实施例一
本实施例提供了一种定向钻穿越施工监测***，参见图1，包括多个传感器，采集模块9和服务器11；其中，多个传感器包括均设置在动力头上的第一传感器1和第二传感器2，
第一传感器1用于识别动力头是否连接钻杆，生成动力头与钻杆的连接状态信息，并发送给采集模块93；
第二传感器2用于测定在默认动力头始终连接钻杆的条件下动力头带动钻杆产生的位移，生成位移信息并发送给采集模块93；
采集模3块用于接收多个传感器发送的信息，并将信息发送给服务器11；
服务器11包括接收单元、筛选单元和存储单元，
接收单元用于接收采集模块9发送的信息；
筛选单元用于根据动力头与钻杆的连接状态信息，筛选出动力头连接钻杆时第二传感器获取的位移信息；
存储单元用于存储筛选单元筛选出的位移信息。
本实施例所提供定向穿越施工监测***通过监测动力头的转速以及工作时间等工作参数转换为监测动力头可带动钻杆所产生的位移，进而实现对钻机进尺的实时监测。具体地，在本实施例中，第二传感器2用于根据动力头的工作参数检测钻杆位移信息。但是需要注意的是，在定向钻的使用过程中存在动力头不连接钻杆但动力头依然工作的情况，此时第二传感器2依然保持检测，显然得到的是无效的位移信息。如此就不能简单地把第二传感器2所监测到的位移信息等同于钻杆的实际位移，更不能等同于钻机进尺。因此在本实施例中还设置有用于识别动力头与钻杆连接状态的第一传感器1。第一传感器1能够通过动力头与钻杆的不同连接状态生成相应的电信号，并通过采集模块9传送给服务器11。进一步地，服务器11中筛选单元根据第一传感器识别的状态信息排除无效位移信息，仅将动力头连接钻杆时的位移信息加以存储，得到钻机进尺。
本实施例所提供的定向钻穿越施工监测***，可随时监测钻杆位移数据，无需大量人工作业，避免由于工人操作造成的数据误差。同时所记录的数据具有连续性，时效性和科学性，更为客观地反映定向钻穿越施工的进展程度。并且所监测的位移信息存储在服务器11中，便于工作人员进行调取。
其中，第一传感器1为非接触式传感器，包括发射组件和接收组件，且发射组件和接受组件分别安装在钻机的两侧，当动力头不连接钻杆时，发射组件和接受组件通过光信号等连通。当动力头连接钻杆时，使发射组件和接收组件间的信号连接，从而实现第一传感器1识别动力头和钻杆的连接状态。第二传感器2可以为位移传感器。采集模块9可通过例如为GPRS的无线通信模块将所获取的信息传送至服务器11，服务器11用于实时接收和长期存储施工采集模块9所发送的信息。
同时在定向钻穿越施工过程中，除了钻机进尺外，其他工况参数，例如钻机施加给钻杆的拉力、推力、扭矩，以及泥浆***的泥浆流量和压力等，同样具有较高的监控价值。通过监测上述工况参数，能够更为完整地反映定向钻穿越施工中的具体工程情况。基于此，本实施例所提供的定向钻穿越施工监测***还包括用于监测上述工况参数的装置。
具体地，作为本实施例的一种可选方式，多个传感器还包括设置在钻机上的第三传感器3和第四传感器4；第三传感器3用于测定钻机对钻杆施加的拉力或推力，生成钻机拉力或推力信息，并发送给采集模块9；第四传感器4用于测定钻机对钻杆施加的扭矩，生成钻机扭矩信息，并发送给采集模块9。采集模块9还用于接收第三传感器3和第四传感器4发送的信息，并将接受的信息发送给服务器11，服务器11的接收单元还用于接收采集模块9发送的信息，并发送给存储单元；服务器11的存储单元还用于接收并存储接收单元发送的信息。
钻机拉力或推力信息以及扭矩信息反应了钻机对钻杆所施加的作用力，同时也在一定程度上反映出穿越工程的工作状态。举例来说，正常导管孔施工状态时钻杆受推力，当检测出钻杆由受推力到受拉力再到受推力的变化时，可能是由于地质原因在钻进过程遇阻，因此先将钻杆拉出，调整后继续推进。如此监测记录下的数据为后续扩孔、管道铺设操作提供了参考，可提前做好预防措施避免施工受阻影响进度。其中第三传感器和第四传感器均可采用压力传感器。
作为本实施例的另一种可选方式，多个传感器还包括设置在定向钻泥浆泵入装置中的第五传感器5和第六传感器6；第五传感器5用于检测泥浆***泵入钻杆的泥浆流量，生成泥浆流量信息，并发送给采集模块9；第六传感器6用于检测泥浆***的泥浆压力，生成泥浆压力信息，并发送给采集模块9。采集模块9还用于接收第五传感器和第六传感器发送的信息，并发送给服务器11；服务器11的接收单元还用于接收采集模块9发送的信息，并发送给存储单元；服务器11的存储单元还用于接收并存储接收单元发送的信息。
结合定向钻的组成可知，定向钻的泥浆泵入装置能够保证导向孔的顺畅。具体地，通过泥浆泵将预先准备好的泥浆泵入钻杆，之后从钻杆与导向孔的内壁环空之间返出，将钻杆与导向孔环空中的泥、沙等杂物返出，保证导向孔通畅。不难看出，泥浆泵入装置是保证定向钻穿越施工的正常运行，且在该泥浆泵入装置中泥浆的泵入流量以及泵入泥浆的压力是较为关键的工况参数，因此通过对泥浆流量和泥浆压力的监测实现对泥浆泵入装置工作情况的监测。其中第五传感器5采用流量传感器，第六传感器6采用压力传感器。
作为本实施例的再一种可选方式，监测***还包括设置在控制***中的第一档位监测模块7和第二档位监测模块8，以及档位采集模块10；其中，第一档位监测模块7用于识别钻机的拉力或推力档位，第二档位监测模块8用于识别钻机的扭矩档位，档位采集模块10用于接收第一档位监测模块和第二档位监测模块发送的信息，并将接受的信息发送至服务器11。服务器11的接收单元还用于接收档位采集模块10发送的信息，并发送给存储单元；服务器11的存储单元还用于接收并存储接收单元发送的信息。
综上，本实施例提供的定向钻穿越施工监测***出了实时监测钻机进尺外，同样还可监测其他重要工况信息，是一种用于实时跟踪、监督和管理监测装置。现有技术中，关键工况数据均采用人工记录，不仅工作量大易出现记录误差，同时若施工过程出现问题时，所记录的数据不连续。缺乏时效性，导致数据分析滞后。且缺少必要的监控措施，存在数据造假的可能性，严重影响对工况的分析。与现有技术相比，本实施例提供的定向钻穿越施工监测***可以实时采集、监测及分析定向钻穿越施工中的关键数据，所监测数据具有时效性和准确性，同时工况参数上传服务器11，供工作人员随时调取分析，不仅为类似项目提供技术参考，有效预控定向钻穿越的施工风险，节约工期和成本；同时可为定向钻后续的扩孔、回拖施工以及类似地质的工程施工提供技术支持。
实施例二，对应实施例一，本实施例提供一种定向钻穿越施工监测方法，参见图2，该方法包括：
S101、服务器11接收单元接收采集模块9发送的信息，信息包括由第一传感器1识别并生成的动力头与钻杆的连接状态信息，以及由第二传感器2测定并生成的在默认动力头始终连接钻杆的条件下动力头带动钻杆产生的位移信息,第一传感器1和第二传感器2设置在动力头上；
S102、服务器11筛选单元根据第一传感器1识别的动力头与钻杆连接状态信息筛选动力头连接钻杆时第二传感器2获取的位移信息；
S103、服务器11存储单元存储筛选单元筛选出的位移信息。
通过上述检测方法所得到的位移信息即为定向钻穿越施工中的钻机进尺，且该钻机进尺具有更高的连续性和准确性，存储在服务器11中便于调取分析。
作为本实施例的一种可选方式，服务器11还用于接收到的采集模块9发送的信息，还包括由第三传感器3获取的钻杆所受拉力或推力数据，第四传感器4获取的钻杆扭矩数据，第五传感器5获取的泥浆流量和第六传感器6获取的泥浆压力；存储钻杆所受拉力或推力数据，钻杆扭矩数据，泥浆流量和泥浆压力。
作为本实施例的另一种可选方式，服务器11还用于接收档位采集模块9发送的信息，包括由第一档位监测模块7识别的钻机的拉力或推力档位，以及由第二档位监测模块8识别的钻机的扭矩档位；存储钻机的拉力或推力档位和钻机的扭矩档位。
本实施例所提供的定向钻穿越施工通过对包括钻赶进尺，钻杆所受扭矩、拉力或推力，泥浆流量以及泥浆压力的工况参数的实时监测，实现了对整体定向钻穿越施工的工况监测，便于工作人员及时掌握工程信息，保证工程的顺利推进。同时上述工况参数还可存储在服务器中，为后续分析提供了准确、可靠的数据支持。同时该检测方法无需大量的人工操作，降低了人工成本。
本实施例与实施例一基于相同的发明构思，是与***实施例一相对应的方法实施例，因此本领域技术人员应该理解，对实施例一的说明也同样适应于本实施例，有些技术细节在本实施例中不再详述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种定向钻穿越施工监测***，其特征在于，包括多个传感器，采集模块和服务器；其中，
所述多个传感器包括均设置在钻机的动力头上的第一传感器和第二传感器，
所述第一传感器用于识别所述动力头是否连接钻杆，生成所述动力头与所述钻杆的连接状态信息，并发送给所述采集模块；
所述第二传感器用于测定在默认所述动力头始终连接所述钻杆的条件下所述动力头带动所述钻杆产生的位移，生成位移信息并发送给所述采集模块；
所述采集模块用于接收所述多个传感器发送的信息，并将所述信息发送给所述服务器；
所述服务器包括接收单元、筛选单元和存储单元，
所述接收单元用于接收所述采集模块发送的信息；
所述筛选单元用于根据所述动力头与所述钻杆的连接状态信息，筛选出所述动力头连接所述钻杆时所述第二传感器获取的所述位移信息；
所述存储单元用于存储所述筛选单元筛选出的所述位移信息。
2.根据权利要求1所述的定向钻穿越施工监测***，其特征在于，所述传感器还包括设置在钻机上的第三传感器和第四传感器；
所述第三传感器用于测定钻机对所述钻杆施加的拉力或推力，生成所述拉力或推力信息，并发送给所述采集模块；
所述第四传感器用于测定所述钻机对所述钻杆施加的扭矩，生成所述扭矩信息，并发送给所述采集模块。
3.根据权利要求2所述的定向钻穿越施工监测***，其特征在于，所述采集模块还用于接收所述第三传感器和所述第四传感器发送的信息，并将接受的信息发送给所述服务器，
所述服务器的所述接收单元还用于接收所述采集模块发送的信息，并发送给所述存储单元；
所述服务器的所述存储单元还用于接收并存储所述接收单元发送的信息。
4.根据权利要求1所述的定向钻穿越施工监测***，其特征在于，所述传感器还包括设置在定向钻泥浆泵入装置上的第五传感器和第六传感器；
所述第五传感器用于测定所述泥浆***泵入所述钻杆的泥浆流量，生成泥浆流量信息，并发送给所述采集模块；
所述第六传感器用于测定所述泥浆***的泥浆泵入压力，生成泥浆压力信息，并发送给所述采集模块。
5.根据权利要求4所述的定向钻穿越施工监测***，其特征在于，所述采集模块还用于接收所述第五传感器和所述第六传感器发送的信息，并发送给所述服务器；
所述服务器的所述接收单元还用于接收所述采集模块发送的信息，并发送给所述存储单元；
所述服务器的所述存储单元还用于接收并存储所述接收单元发送的信息。
6.根据权利要求1所述的定向钻穿越施工监测***，其特征在于，所述监测***还包括设置在钻机上的第一档位监测模块和第二档位监测模块，以及档位采集模块；其中，
所述第一档位监测模块用于识别所述钻机的拉力或推力档位，生成钻机拉力或推力档位信息，并发送给所述档位采集模块；
所述第二档位监测模块用于识别所述钻机的扭矩档位，生成钻机扭矩档位信息，并发送给所述档位采集模块；
所述档位采集模块用于接收所述钻机拉力或推力档位信息和所述钻机扭矩档位信息，并发送至服务器。
7.根据权利要求6所述的定向钻穿越施工监测***，其特征在于，所述服务器的所述接收单元还用于接收所述档位采集模块发送的信息，并发送给所述存储单元；
所述服务器的所述存储单元还用于接收并存储所述接收单元发送的信息。
8.一种定向钻穿越施工监测方法，其特征在于，包括：
接收采集模块发送的信息，所述信息包括由第一传感器识别动力头与钻杆的连接状态信息，以及由第二传感器测定的在默认所述动力头始终连接所述钻杆的条件下所述动力头带动所述钻杆产生的位移信息,所述第一传感器和第二传感器设置在所述动力头上；
根据所述动力头与所述钻杆连接状态信息筛选所述动力头连接所述钻杆时所述第二传感器获取的所述位移信息；
存储筛选出的所述位移信息。
9.根据权利要求8所述的定向钻穿越施工监测方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收到的采集模块发送的信息，所述信息包括由第三传感器测定的拉力或推力信息，第四传感器测定的扭矩信息，第五传感器测定的泥浆流量信息以及第六传感器测定的泥浆压力信息；
存储所述拉力或推力数据，所述钻杆扭矩数据，所述泥浆流量和所述泥浆压力。
10.根据权利要求9所述的定向钻穿越施工监测方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收档位采集模块发送的信息，所述信息包括由第一档位监测模块识别的所述钻机拉力或推力档位信息，以及由第二档位监测模块识别的所述钻机扭矩档位信息；
存储所述钻机的拉力或推力档位信息和所述钻机的扭矩档位信息。
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