[发明专利]基于双脉冲磁矩测量的钻杆定向方法及装置

权利要求书

1.一种基于双脉冲磁矩定位的钻杆定向装置，其特征在于，该钻杆定向装置包括脉冲磁矩单元a、脉冲磁矩单元b、地面测量单元和地面计算显示单元，脉冲磁矩单元a和脉冲磁矩单元b均安装在钻杆内，地面测量单元和地面计算显示单元分别设置在地面上且两者通过无线通信；脉冲磁矩单元a和脉冲磁矩单元b用于分时产生磁场，地面测量单元用来采集环境磁场的参数，地面计算显示单元根据地面测量单元采集的参数对钻杆的位置和钻头方向进行计算并显示；

两个脉冲磁矩单元均包括磁场线圈、微控制器、高压电容、联动电控开关A、联动电控开关B、时钟芯片、倍压升压单元和电池组；倍压升压单元通过联动电控开关A与磁场线圈的一端连接，倍压升压单元通过联动电控开关B与磁场线圈的另一端连接，高压电容一端与联动电控开关A连接，另一端与联动电控开关B连接，微控制器分别与联动电控开关A的控制端、联动电控开关B的控制端和时钟芯片连接，电池组分别给倍压升压单元和高压电容供电；

当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A接通和联动电控开关B断开时，则高压电容充电，当微控制器在时钟芯片的驱动下控制联动电控开关A断开和联动电控开关B接通时，则高压电容放电产生磁场；倍压升压单元实现电池组电压的变换。

2.如权利要求1所述的基于单脉冲磁矩测量的钻杆定向装置，其特征在于，所述的地面计算显示单元为磁力梯度张量仪。

3.一种如权利要求1所述钻杆定向装置的钻杆定向方法，其特征在于，其具体方法步骤如下：

步骤一：将脉冲磁矩单元a和脉冲磁矩单元b均安装在钻杆的头部内，且使两个脉冲磁矩单元中磁场线圈的轴向与钻杆的轴向平行；

步骤二：将地面计算显示单元和地面测量单元分别设置在钻杆上方的路面上，利用全站仪测量出地面测量单元的倾角，并调节使其处于水平且保持静止状态；

步骤三：当钻杆未伸入地下，且两个脉冲磁矩单元未产生磁场时，地面计算显示单元记录此时地面测量单元测量到的梯度张量输出G₀和磁感应强度输出B₀；

步骤四：将钻杆伸入地下至预定位置时，外部单片机给时钟芯片发出控制信号，使得脉冲磁矩单元a产生磁场而脉冲磁矩单元b不产生磁场，地面计算显示单元记录此时地面测量单元测量到的梯度张量输出G₁和磁感应强度输出B₁；外部单片机给时钟芯片发出控制信号，使得脉冲磁矩单元b产生磁场而脉冲磁矩单元a不产生磁场，地面计算显示单元记录此时地面测量单元测量到的梯度张量输出G₂和磁感应强度输出B₂，并根据公式（1）和公式（2）分别计算出两个脉冲磁矩单元的位置r（x，y，z），所述位置r基于的坐标系为：以地面测量单元的正前方为X轴，以右手定则建立的三维坐标系（x，y，z）；

r1=x1y1z1=3[G1-G0]-1(B1-B0)---(1)]]>

r2=x2y2z2=3[G2-G0]-1(B2-B0)---(2)]]>

步骤五：设地面测量单元的正前方为0°，逆时针为角度的正方向，则地面计算显示单元根据公式（3）和公式（4）求得钻杆的相对方位角；

α=arccosx2-x1(x2-x1)2+(y2-y1)2---(3)]]>

根据公式（4）求得钻杆的倾斜角；

β=arccos(x2-x1)2+(y2-y1)2(x2-x1)2+(y2-y1)2+(z2-z1)2---(4)]]>

其中，α为钻杆待作业的方向与X轴的夹角，β为钻杆待作业的方向与XOY平面的夹角；

经过上述步骤就得到钻杆的位置和钻杆钻头的方向。