[发明专利]井下钻孔开孔方位角测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及井下钻孔作业领域，特别涉及一种井下钻孔开孔方位角测量系统及测量方法。

背景技术

在井下进行钻探工程时，往往需要对钻孔的钻进方向进行精确设计。井下钻孔参数主要有三个：钻孔方位角、钻孔倾角及钻孔深度，在施工时，钻机置于巷道内部，向侧壁打钻，其中，钻孔倾角和钻孔深度可通过现有测量器直接测量得到，而钻进的方位角难以直接测得，通常用与巷道中线的夹角来表示，与巷道中线的夹角具体为：开孔钻杆(或开孔直线)水平面的投影与巷道中线在水平面的投影之间的夹角，其中，开孔钻杆(或开孔直线)为露出巷道壁但尚未拆钻的钻杆。在巷道顶部一般每隔一段距离会有一个标记点，这些标记点的连线就是巷道中线，巷道中线不一定与水平面平行，其方位角在挖掘巷道时已经由现有光学方法较为准确的测定。

现有技术中，常见的测量开孔钻杆水平面的投影与巷道中线在水平面的投影之间的夹角的方位主要有以下几种：一种是吊线法，此方法为最为原始的纯手工方法，工具是量角器、坡度规以及几根棉线，这种方法操作复杂、读数误差大、认为因素影响大，但由于尚未发展出有效、可靠、便捷的测量方法，这种测量方法仍然一直在使用；另一种是地质罗盘法，地面常见的地磁式罗盘拿到井下使用，由于井下巷道内，尤其是钻机附近铁磁性物质众多，钻杆本身也带有磁性，将会对罗盘产生极大干扰，因此这种方法的测量误差极大；还有一种手动式激光标线法：利用激光发散性小的特点，将巷道中线平行移动到开孔钻杆附近，然后手工移动机械臂，对准参考激光，测量机械臂的转动角度即可得到待测夹角，这种测量方法及其所用设备，操作仍然较为复杂，并同时伴有手动对准过程，但人为因素影响会带来很大的人为误差。

因此，需要对现有井下钻孔开孔方位角测量系统及方法进行改进，不仅提高测量系统的操作简便性，减小人为因素的影响，增加在井下对钻孔开孔方位角的测量范围，而且使用方法简单可靠，具有较高的测量精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种井下钻孔开孔方位角测量系统及方法，不仅可提高测量系统的操作简便性，减小人为因素的影响，增加在井下对钻孔开孔方位角的测量范围，而且使用方法简单可靠，具有较高的测量精度。

本发明的井下钻孔开孔方位角测量系统，包括标线器和测量主机；标线器包括用于产生与巷道中线重合的第一出射平面的线光源发射装置Ⅰ和用于产生与测量主机相交的第二出射平面的线光源发射装置Ⅱ，第一出射平面与所述第二出射平面的延长交线与巷道中线在水平面上的投影相平行，第一出射平面与第二出射平面间的夹角可调；测量主机包括用于与第二出射平面相交的上感光平面和侧感光平面，上感光平面和侧感光平面的交线形成方位角和倾角可与钻孔开孔直线方向一致的设定轴，测量主机还包括用于测量第二出射平面照射到两感光平面各自形成的感光直线与设定轴之间的夹角的成像角度测量系统和用于测量测量主机自身倾角的倾角测量仪。

进一步，标线器的壳体的相对测量主机的侧面上设置有一连接座，连接座包括座体和对应设置的两座臂，一可绕自身轴线转动的转轴与两座臂配合设置，线光源发射装置Ⅱ固定设置于所述转轴上并可随所述转轴转动。

进一步，成像角度测量系统包括微处理器Ⅰ，微处理器Ⅰ包括：

数据采集模块，用于读取感光阵列数据形成二维图像数组；

图像处理与运算解析模块，用于图像数组二值化，并对图像数组中所有的点，根据直线的霍夫变换公式完成霍夫变换，并解析出两感光直线的斜率；

其中，数据采集模块与两感光平面上的感光阵列通过数据接口连接，图像处理模块与数据采集模块连接，运算解析模块与图像处理模块连接。

进一步，测量主机还包括：按键操作区，用于用户输入操作指令，所述操作指令包括线光源发射装置Ⅱ转动指令；

微处理器Ⅰ，还用于接收用户在操作区的按键信号并经识别后输出相应的控制信号；

无线传输模块Ⅰ，用于无线传输线光源发射装置Ⅱ转动控制信号；

按键操作区与所述微处理器Ⅰ连接，无线传输模块Ⅰ与微处理器Ⅰ双向通信连接；

所述标线器还包括：

无线传输模块Ⅱ，用于接收并传输所述线光源发射装置Ⅱ转动控制信号；

微处理器Ⅱ，用于接收所述线光源发射装置Ⅱ转动控制信号并触发电机工作；

角度调节电机，用于驱动所述转轴绕自身轴线转动；

无线传输模块Ⅱ与所述无线传输模块Ⅰ无线连接，所述微处理器Ⅱ与所述无线传输模块Ⅱ双向通信连接。