无线随钻自动定向系统.pdf

本发明是涉及一种受控定向钻探的无线随钻自动定向系统。
    国内外定向钻探中已有一些定向仪。这些定向仪是按随钻监测的数据，通过人工操作调整孔内造斜工具的方位。根据中国地质科学信息研究所检索查新提供的报告，目前国内外还没有自动调节孔内造斜工具方位的仪器和装置。

    该项发明的目的是在本发明者发明的“电流场型随钻监测仪”实用新型专利（90221655·4）的基础上，为受控定向钻探提供一种无线随钻自动定向系统，不但可以实现无线随钻监测，而且可以实现随钻自动定向。

    本发明的结构原理见附图。其中1为原理框图，2为结构原理图。造斜工具1是检测和控制对象，工具面向角传感器2检测造斜工具1的方位并调制发送机3输出电脉冲的周期。输出的电信号经钻杆柱4和地层传送到接收电极5并送入接收机6。信号经滤波、放大、整形后，由接收机6上面的显示器显示造斜工具的方位，同时信号被送入自动控制电路7。自动控制电路7控制电动机8的工作状态，再通过调节器9，钻杆柱4调节造斜工具1的面向角。

    由附图可以看出，由造斜工具1-工具面向角传感器2-脉冲信号发送机3-钻杆柱4-接收电极5-接收机6-自动控制电路7-电动机8-调节器9-钻杆柱4-造斜工具1，构成闭环自动控制系统。

    该发明是在《电流场型随钻监测仪》基础上实现的。由2至6是电流场型无线随钻监测器，7至9是自动定向控制器，整个闭环自动定向系统不但可以实现无线随钻监测，而且可以实现随钻自动定向。

    其具体结构和自动控制过程参看附图之2。

    脉冲信号发送机3发送的脉冲信号周期T由工具面向角传感器2调制，当孔内造斜工具1处于设计方位（0°）时，T＝T0，不在设计方位时T＜T0或＞T0。脉冲信号不用电缆而通过钻杆柱4和地层传到地面。

    自动控制电路7由脉冲周期鉴别电路10、正向开关11、反向开关12和保护电路13组成。

    调节器6由齿轮14和蜗轮蜗杆减速器15组成。15中的蜗轮中间为六方孔套在六方立轴16上，立轴16通过卡盘17卡紧钻杆柱4。调节器9由电动机8驱动，通过钻杆柱4、正向或反向调节孔内钻具的方位。

    当孔内造斜工具1不在设计方位，如果脉冲信号周期T＜T0时，正向开关11导通，电动机8经调节器9和钻杆柱4带动造斜工具1作正向调节;T＞T0时反向开关12导通，电动机8经调节器9和钻杆柱4带动造斜工具1作反向调节;T＝T0时，调节器9靠蜗轮蜗杆的自锁作用制动孔内钻具，使造斜工具1维持在设计方位。

    按本发明制成的无线随钻自动定向仪，结构简单、性能可靠，经生产试验证明，在顶角≥3°的钻孔中，定向精度可达±3°。