專利名稱：長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)。涉及信號(hào)裝置 和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，在非開挖技術(shù)行業(yè)中，水平導(dǎo)向鉆進(jìn)是主要的增長點(diǎn)，由于設(shè)備能力的改 善，其優(yōu)越性愈加明顯。非開挖鋪管可以穿越鐵路、公路、建筑、河流、飛機(jī)跑道、古跡等障礙 物。它應(yīng)用于于石油和天然氣管道、電力、電信、有線電視、給水、排水及市政建設(shè)。非開挖 技術(shù)具有不開挖地面、不影響交通、不影響市容、不損壞建筑、方向性好、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯 著等特點(diǎn)。非開挖技術(shù)可利用導(dǎo)向鉆進(jìn)，還可進(jìn)行管棚支護(hù)、水平注漿、水平降水及污染地 層處理工程，在許多工程應(yīng)用中，其相對(duì)成本已經(jīng)降低到明挖法施工之下?？梢圆捎梅情_挖 技術(shù)施工時(shí)，反對(duì)采用明挖施工是必然趨勢。加快工程進(jìn)度的、長距離的非開挖實(shí)時(shí)定位技術(shù)，即針對(duì)特別急需大口徑油氣管 道對(duì)穿控向技術(shù)和設(shè)備的研究和研制。不僅滿足應(yīng)用于于石油和天然氣管道的鋪設(shè)的施工 現(xiàn)場的施工的設(shè)計(jì)要求，也滿足應(yīng)用于電力、電信、有線電視、給水、排水及市政建設(shè)等施工 現(xiàn)場的施工的設(shè)計(jì)要求。研究定向鉆對(duì)穿控向技術(shù)、控向理論和控向方法，采用電磁場和重 力場作為導(dǎo)向信號(hào)，研究建立控向信號(hào)在大地的衰減規(guī)律和傳播機(jī)理、分布數(shù)學(xué)模型，各種 干擾因素引起的測量誤差和修正方法等，確定控向信號(hào)和檢測裝置的基本參數(shù)，為裝備研 制提供技術(shù)基礎(chǔ)。國外的美國專利6，814，163用于水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)；6，736，222為了鉆 頭定向的測量方法；美國專利6，626，252用于水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)；6，466，020B1 電磁定位法隨鉆的測量方法；B2 —種電磁精確定位和角度定位的方法；都沒涉及技術(shù)的實(shí) 現(xiàn)，也沒有作具體實(shí)現(xiàn)的說明，更重要的是這些專利的實(shí)現(xiàn)存在角度(仰角、磁偏角等)的 積累誤差，不可能達(dá)到0. 1度的要求，要想達(dá)到上述精度，檢測設(shè)備非常復(fù)雜，因此，必須要 研制具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的，施工容易、測試簡單易行的長距離水平雙向?qū)Υ?dǎo)向鉆進(jìn)控向 設(shè)備。考慮到現(xiàn)有鉆進(jìn)定位設(shè)備的磁場源均為容易實(shí)現(xiàn)的脈沖波源，脈沖波形是由豐富的 多次諧波組成的，因其波形的復(fù)雜性且功耗高，其中某次諧波對(duì)于感受弱磁場傳感器來講 可能都是一個(gè)雜散不定的隨機(jī)噪聲。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)的磁場源是關(guān) 乎整個(gè)系統(tǒng)的精度的提高的重要因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種施工容易、測試簡單易行、定位精度高的長距離大口徑 油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水平隨鉆的雙線圈定位系統(tǒng)的磁場源是關(guān)乎整個(gè)長距離大口徑油氣管 道對(duì)穿控向系統(tǒng)的精度的提高的重要因素之一，而為了克服地磁場的干擾，大地電流的干 擾，附近磁性物質(zhì)造成的干擾，周圍環(huán)境的電磁干擾，依據(jù)導(dǎo)磁率在真空和大地為1的電動(dòng)力學(xué)原理，激勵(lì)電流應(yīng)為交變電流，則它在周圍激勵(lì)的就不是恒定磁場，而是交變電磁場， 它不能簡單地用畢奧-薩伐爾定律來計(jì)算，交變電磁場不但與介質(zhì)導(dǎo)磁率μ有關(guān)，而且與 介質(zhì)介電常數(shù)ξ有關(guān)。而ξ隨地層、巖土、泥土、含水量等變化極大，(成百倍地變化)，其 衰減與交流電導(dǎo)率有關(guān)(導(dǎo)電率也是變化很大的)。因此，交變電流的頻率必須很低，例如 3ΗΖ，以利檢波方法檢測鉆頭所處在人工磁場的強(qiáng)度。考慮到現(xiàn)有鉆進(jìn)定位設(shè)備的磁場源均為容易實(shí)現(xiàn)的脈沖波源，而長距離大口徑油 氣管道對(duì)穿控向精度的磁場源一般由較之純正弦波發(fā)生器容易實(shí)現(xiàn)的大功率脈沖發(fā)生器 所提供。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖波形是由豐富的多次諧波組成的，因其波形的復(fù)雜性且功 耗高，其中某次諧波對(duì)于感受弱磁場傳感器來講可能都是一個(gè)雜散不定的隨機(jī)噪聲，對(duì)提 高長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向精度的影響很大。因此要有一種提高長距離大口徑油氣 管道對(duì)穿控向精度的磁場源，大功率純正弦波源代替脈沖波源。本發(fā)明的構(gòu)成如圖1所示是由函數(shù)發(fā)生器、相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器、電流放 大器組成；函數(shù)發(fā)生器、相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器、電流放大器依次相串連，由電流放大 器輸出。函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)經(jīng)相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器電壓放大并將相位 調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，最后再經(jīng)電流放大器放大電流后輸出。這里函數(shù)發(fā)生器為超低頻正弦波發(fā)生信號(hào)源，產(chǎn)生的正弦波信號(hào)頻率為2. 5-3赫茲；電流放大器輸出的電壓振幅正負(fù)大于100伏，電流振幅正負(fù)大于10安培。本發(fā)明的電原理如圖2所示，函數(shù)發(fā)生器ICl輸出接相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器 IC2的輸入，IC2的輸出接晶體管組成的電流放大器Ql輸入，電流放大器Ql輸出接矩形線圈。本發(fā)明電路簡單，可靠性高，定位精度高，施工中測試簡單易行、操作簡便。


圖1管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)原理框2管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)電原理圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例.本例是一實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，其構(gòu)成如圖1所示是函數(shù)發(fā)生器、相位可調(diào)節(jié)高壓 運(yùn)算放大器、電流放大器依次相串連，由電流放大器輸出。函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)經(jīng)相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器電壓放大并將相位 調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，最后再經(jīng)電流放大器放大電流后輸出。本例的電原理如圖2所示，函數(shù)發(fā)生器ICl芯片4、5端并聯(lián)后接電阻R1后與6端 一并接+5V電源，10端接電容Q、12端接電阻R2后與11端一并接-5V電源，7、8端相連，輸 出端2經(jīng)R3后接相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器IC2芯片的“_”輸入端，運(yùn)算放大器IC2芯片 的“+”輸入端經(jīng)電阻R4接地，輸出端1經(jīng)反饋電阻R5至“_”輸入端，同時(shí)IC2芯片的輸出 端1接Ql晶體管的基極，晶體管的極電極接+100V電源，發(fā)射極經(jīng)電阻R6接地，同時(shí)由發(fā) 射極輸出接矩形線圈。
這里函數(shù)發(fā)生器ICl選8038芯片，它產(chǎn)生的正弦波信號(hào)頻率為3赫茲；運(yùn)算放大器IC2選PB50芯片；電流放大器Ql輸出的電壓振幅正負(fù)105伏，電流振幅正負(fù)10. 5安培；選 MJ10015 ；電阻 R1: IOK Ω ；電阻 R2:82KQ;電阻 R3: IM Ω;電阻R4:3KQ;電阻 R5:68KQ;電阻 R6:100 Ω;電容 C1 :0. OOlpf。其中以8038為超低頻正弦波發(fā)生信號(hào)源，輸出電流為10mA，電壓為5V，進(jìn)入PB50 芯片后，將這個(gè)正弦信號(hào)電壓放大到48V，輸出電流為2A，再經(jīng)MJ10015大功率晶體管將電 壓振幅放大到105伏，電流放大到10. 5A，構(gòu)成了大功率控向信號(hào)源，滿足提高長距離大口 徑油氣管道對(duì)穿控向精度的要求。本例達(dá)到的指標(biāo)為磁場強(qiáng)度的產(chǎn)生源為3赫茲，振幅正負(fù)可超過100伏，10安培 電流，交變時(shí)消抖，達(dá)到提高長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向精度定位誤差所要求磁場激 勵(lì)環(huán)路中的電流穩(wěn)定度< 0. 的要求。本例經(jīng)長時(shí)間室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場試用，施工中測試簡單易行、操作簡便，可靠性高， 定位精度高。
權(quán)利要求
一種長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)，其特征是它由函數(shù)發(fā)生器、相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器、電流放大器組成；函數(shù)發(fā)生器、相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器、電流放大器依次串連，由電流放大器輸出；函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)經(jīng)相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器電壓放大并將相位調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，最后再經(jīng)電流放大器放大電流后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)，其特征 是函數(shù)發(fā)生器為超低頻正弦波發(fā)生信號(hào)源，產(chǎn)生的正弦波信號(hào)頻率為2. 5-3赫茲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)，其特征 是電流放大器輸出的電壓振幅正負(fù)大于100伏，電流振幅正負(fù)大于10安培。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)，其特征 是電原理為函數(shù)發(fā)生器ICl輸出接相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器IC2的輸入，IC2的輸出接 晶體管組成的電流放大器Ql輸入，電流放大器Ql輸出接矩形線圈。
全文摘要
本發(fā)明是一種長距離大口徑油氣管道對(duì)穿控向大功率信號(hào)源系統(tǒng)。涉及信號(hào)裝置和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它由函數(shù)發(fā)生器、相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器、電流放大器組成；函數(shù)發(fā)生器、相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器、電流放大器依次串連，由電流放大器輸出；函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)經(jīng)相位可調(diào)節(jié)高壓運(yùn)算放大器電壓放大并將相位調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，最后再經(jīng)電流放大器放大電流后輸出。本發(fā)明電路簡單，可靠性高，定位精度高，施工中測試簡單易行、操作簡便。
文檔編號(hào)E21B47/022GK101886541SQ20091008453
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者劉素杰, 張金權(quán), 方德學(xué), 曾科宏, 李維, 楊依光, 焦書浩, 王小軍, 王飛, 趙鋒, 郭戈, 霍峰 申請(qǐng)人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油天然氣管道局