Локатор для определения местоположения зонда при горизонтально направленном бурении Российский патент 2024 года по МПК G01V3/165 

Изобретение относится к средствам обнаружения магнитных или электрических полей, создаваемых или изменяемых объектом или детектирующими устройствами с помощью электромагнитных волн для передачи данных к регистрирующей аппаратуре для обработки данных для анализа, расшифровки и. при необходимости, отображения, и может использоваться, в частности, в системах локации при горизонтально направленном бурении, например, при выполнении работ по бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций для определения и отслеживания местоположения зонда, установленного в буровой головке.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является переносной локатор, представленный в Инструкции по эксплуатации «Системы локации для горизонтально направленного бурения SNS 300t» ульяновской фирмы ООО «СЕНСЕ - ГНБ» 2017 г., стр. 12. (см. Приложение к заявке).

Конструкция известного локатора SNS 300t может быть описана следующим образом. Переносной локатор, имеющий корпус сложной формы, состоящий из неразъемно соединенных между собой и расположенных вдоль общей продольной оси трех полых модулей - корпусов прямоугольного сечения разной высоты, крайние из которых соединены между собой расположенной в их верхних частях ступенчатой ручкой для переноски, также расположенной вдоль этой же продольной оси, и содержащий размещенные в первом модуле корпуса приемник*, включающий основной микропроцессор, снабженный программным обеспечением и блоком памяти и предназначенный для обработки информации с зонда, и дополнительный микропроцессор для преобразования телеметрической информации в графическую, расположенный в верхней части первого модуля индикатор для отображения информации с зонда, а в третьей части корпуса, снабженной дверцей, расположен аккумуляторный блок, при этом первый и третий модули снабжены в их нижних частях прикрепленными к ним подставками с образованием коротких ножек. Корпус выглядит массивным. При этом антенна радиомодема находится вне корпуса локатора.

Состав приемника в локаторе данной фирмы описан, в частности, в таких патентах этой фирмы как №№2723927, 2745480.

Недостатком известного локатора является неудобство пользования из-за нарушения центровки при смене типа питающих элементов (например, разный вес батарей, размещаемых в задней части локатора) и относительно близкое расположение блока электроники к приемо-передающей 3D антенне (наиболее удаленная от антенны задняя часть локатора занята элементами питания), что приводит к потере чувствительности и требует дополнительных усилий по защите антенны от внутренних помех блока электроники. При этом наличие дополнительных помех приводит к ухудшению точности при слабом сигнале, улавливаемом антенной от зонда, расположенном в буровой головке (например, при большой глубине бурения).

Задачей является повышение удобства эксплуатации локатора при повышении точности локации.

Поставленная задача решается тем, что в локаторе для определения местоположения зонда при горизонтально направленном бурении, имеющем корпус сложной формы, состоящий из неразъемно соединенных между собой и расположенных вертикально вдоль общей продольной оси трех полых частей - модулей разной высоты, крайние из которых соединены между собой расположенной в их верхних частях ручкой для переноски, также расположенной вдоль этой же продольной оси, и содержащий размещенные в одной части корпуса приемник, включающий блок управления и обработки информации с зонда и приемопередающий радиомодуль, в другой части корпуса расположен аккумуляторный блок, и размещенный в верхней части одной из частей корпуса индикатор для отображения информации с зонда, при этом нижние части первого и третьего модулей корпуса снабжены защитными износостойкими накладками, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, первый и третий модули корпуса выполнены соразмерными по высоте и их ширине в направлении, поперечном относительно продольной оси, и соединены между собой параллельной продольной оси полой ручкой в их верхней части, а в нижней их части - средним модулем корпуса, имеющем высоту в 1/4 высоты первого и третьего модулей, при этом в первом модуле в нижней его части размещен малогабаритный блок магнитных антенн с общим магнитным центром, верхняя часть первого модуля выполнена с расширением его вдоль продольной оси и в ней расположен прямоугольный индикатор, вытянутый вдоль продольной оси и приподнятый к наружной стороне первого модуля корпуса, соразмерный с его верхней частью, в третьем модуле расположены вертикально в виде сэндвича блок управления и обработки информации, снабженный защитным экраном, и приемопередающий модуль, при этом в верхней части третьего модуля размещен выходящий наружу светодиодный индикатор; в полой ручке размещен экранированный кабель связи, соединяющий между собой снабженный с двух боковых и нижней сторон защитным экраном индикатор и снабженный защитным экраном блок управления и обработки информации, во втором - среднем модуле корпуса размещен горизонтально аккумуляторный блок, интегрированный с крышкой модуля и прикрепленный к нему с помощью магнита, и соединенный с блоком управления и обработки информации, ниже аккумуляторного блока в среднем модуле расположен второй экранированный кабель связи, соединяющий блок магнитных антенн с блоком управления и обработки информации, при этом защитные экраны выполнены магнитными, а с нижней стороны среднего модуля расположен узел типа «ласточкин хвост» для крепления к корпусу локатора штатива типа «куриной лапы».

При этом к нижней части среднего модуля корпуса локатора к нему может быть прикреплен с помощью узла крепления типа «ласточкин хвост» штатив, состоящий из вертикальной стойки, на которой в нижней ее части на высоте, составляющей 2/3 от ее общей высоты, расположен закрепленный элементом фиксации штатива в открытом / сложенном положении, верхний узел крепления, к которому прикреплены наклонно три подвижных откоса, а на нижнем конце стойки размещен нижний узел крепления, к которому прикреплены три части опоры, выполненные в виде горизонтально расположенных планок с выступом на наружном конце, соединенные откосами в их средней части с верхним узлом крепления.

Выполнение двух крайних модулей корпуса равновысокими и равноширокими относительно оси, перпендикулярной продольной оси, а среднего модуля - невысоким, в 1/4 высоты крайних модулей при соединении их в верхней части горизонтальной полой ручкой уменьшает габариты локатора и облегчает его конструкцию, делая более его удобным в эксплуатации;

- этому же способствует и вертикальное размещение в третьем модуле блока управления и обработки информации и приемопередающего блока, уменьшающее габариты;

- выполнение индикатора вытянутым вдоль продольной оси локатора и чуть приподнятым к наружной стороне и размещение его в верхней части первого модуля в совокупности с расположением малогабаритного блока антенн в его нижней части соответственно уравновешивает корпус в плане габаритов и весовой центровки, и облегчает его;

- размещение в среднем модуле горизонтально вдоль продольной оси корпуса аккумуляторного блока с интегрированной с ним крышкой среднего модуля (аккумуляторного отсека модуля) также делает конструкцию равновесной и более удобной для замены аккумулятора при наличии интегрированной с аккумулятором крышки в верхней части;

- наличие в нижней части среднего модуля корпуса узла для крепления штатива также делает эксплуатацию более удобной;

- удобным является и размещение мигающего светодиодного индикатора на вершине третьего модуля, обеспечивая световую индикацию в темное время суток.

Использование в качестве приемной антенны информации с зонда малогабаритного блока магнитных антенн с единым магнитным центром, обладающего высокой точностью (см. п. №2777349 «Блок ортогональных магнитных антенн для приемника локационной системы ГНБ», приоритет от 06.07.2021 г.), и снабжение защитными магнитными экранами индикатора (с трех сторон), блока управления и обработки информации, а также кабелей связи (со всех сторон) в совокупности с разнесением их и блока антенн между собой в пространстве по разным модулям корпуса на максимально возможное расстояние в пределах корпуса локатора дает возможность существенно уменьшить электромагнитные помехи и в совокупности с использованием в «лице» приемной антенны высокоточного блока магнитных антенн позволяет улучшить точностные характеристики локатора при слабом сигнале от зонда.

Технический результат - повышение удобства эксплуатации при обеспечении более высокой точности локации.

Заявляемый локатор обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение крайних модулей соразмерными по высоте и их ширине в направлении, поперечном относительно продольной оси, соединение их между собой параллельной продольной оси полой ручкой в их верхней части, а в нижней их части - средним модулем корпуса, имеющем высоту в 1/4 высоты первого и третьего модулей, размещение в первом модуле в нижней его части малогабаритного блока магнитных антенн с общим магнитным центром, выполнение верхней части первого модуля с расширением его вдоль продольной оси и расположение в ней прямоугольного индикатора, выполненного вытянутым вдоль продольной оси и приподнятым к наружной стороне первого модуля корпуса, соразмерным с его верхней частью, расположение в третьем модуле вертикально в виде сэндвича блока управления и обработки информации, снабженного защитным магнитным экраном, и приемопередающего модуля, размещение в верхней части третьего модуля выходящего наружу мигающего светодиодного индикатора, а в полой ручке - экранированного кабеля связи, соединяющего между собой снабженный с двух боковых и нижней сторон защитным магнитным экраном индикатора и снабженный защитным магнитным экраном блока управления и обработки информации, горизонтально расположение во втором -среднем модуле корпуса аккумуляторного блока, интегрированного с крышкой модуля и прикрепленного к нему с помощью магнита, и соединенного с блоком управления и обработки информации, размещение ниже аккумуляторного блока в среднем модуле второго экранированного кабеля связи, соединяющего блок магнитных антенн с блоком управления и обработки информации, выполнение защитных экранов магнитными, наличие с нижней стороны среднего модуля узла типа «ласточкин хвост» для крепления к корпусу локатора штатива типа «куриной лапы», обеспечивающими в совокупности достижение заданных результатов.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающими указанными выше отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданных результатов, поэтому он считает, что заявляемый локатор соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый локатор может найти широкое применение в системах локации при горизонтально направленном бурении, например, при выполнении работ по бестраншейной прокладке инженерных коммуникаций для определения и отслеживания местоположения зонда, установленного в буровой головке, поэтому он соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

- фиг. 1. - функциональная схема расположения рабочих узлов в локаторе;

- фиг. 2 - конструктивное выполнение съемного штатива;

- фиг. 3 - общий вид конструкции локатора в сборе со штативом;

- фиг. 4 - фото локатора в изометрии;

- фиг. 5 - фото локатора сбоку;

- фиг. 6 - фото локатора в сборе со штативом.

Заявляемый локатор выполнен следующим образом. Локатор для горизонтально направленного бурения имеет корпус сложной формы, состоящий из неразъемно соединенных между собой и расположенных вертикально вдоль общей продольной оси трех полых частей - модулей 1, 2, 3 разной высоты. При этом крайние модули 1 и 3 корпуса выполнены соразмерными по высоте и их ширине в направлении, поперечном относительно продольной оси, и соединены между собой параллельно продольной оси полой ручкой 4 в их верхней части, а в нижней их части -средним модулем 2 корпуса, имеющем высоту в 1/4 высоты первого и третьего модулей. Локатор содержит размещенные в модуле 3 корпуса приемную часть, включающую блок 5 управления и обработки информации с зонда и приемопередающий радиомодуль 6. Во втором (среднем) модуле 2 корпуса, расположен аккумуляторный блок 8₁ с интегрированной с ним крышкой 8₂. В верхней части модуля 1 корпуса размещен индикатор 9 для отображения информации с зонда, располагаемого в буровой головке (на чертежах не показаны), а в нижней его части размещен малогабаритный блок 10 магнитных антенн с общим магнитным центром. При этом нижние части первого и третьего модулей 1 и 3 корпуса снабжены снизу защитными износостойкими накладками 11 и 12. Верхняя часть первого модуля 1 выполнена с расширением его вдоль продольной оси, а расположенный в ней прямоугольный индикатор 9 выполнен вытянутым вдоль продольной оси, приподнят к наружной стороне модуля 1 корпуса и соразмерен с его верхней частью. Размещенные в модуле 3 узлы приемной части расположены в нем вертикально в виде сэндвича: блок 5 управления и обработки информации, снабженный защитным магнитным экраном 13, и приемопередающий радиомодуль 6. При этом в верхней части модуля 3 размещен выходящий наружу мигающий светодиодный индикатор 14. В полой ручке 4 размещен экранированный кабель 15 связи, соединяющий между собой снабженный с боковых и нижней сторон защитным магнитным экраном 16 индикатор 9 в модуле 1 и снабженный защитным магнитным экраном 13 блок 5 управления и обработки информации в модуле 3.

Во втором (среднем) модуле 2 корпуса горизонтально размещен аккумуляторный блок 8₁, интегрированный с его крышкой 8₂, съемно прикрепленной к нему, образуя как бы аккумуляторный отсек модуля 2, который крепится к модулю 2 корпуса с помощью магнита 18 и соединен с блоком 5 управления и обработки информации. Ниже аккумуляторного блока 8 в среднем модуле 2 расположен второй экранированный кабель 19 связи, соединяющий блок 10 магнитных антенн в модуле 1 с блоком 5 управления и обработки информации в модуле 3. Как уже говорилось выше, защитные экраны 13 и 16 выполнены магнитными, а с нижней стороны среднего модуля 2 расположен узел 20 типа «ласточкин хвост» для крепления к корпусу локатора штатива 21 типа «куриной лапы».

Штатив 21 может быть прикреплен к нижней части модуля 2 корпуса с помощью узла 20 крепления типа «ласточкин хвост». Штатив 21 состоит из вертикальной стойки 22, на которой в нижней ее части на высоте, составляющей 2/3 от ее общей высоты, расположен закрепленный элементом 23 фиксации штатива 21 в открытом или сложенном положении верхний узел 24 крепления. К узлу 24 прикреплены наклонно три подвижных откоса 25, 26, 27. На нижнем конце стойки 22 размещен нижний узел 28 крепления, к которому прикреплены располагаемые горизонтально три элемента 29, 30 и 31 с образованием опоры для корпуса локатора, выполненные в виде горизонтально расположенных планок с выступом на наружном конце, соединенные откосами 25-27 в их средней части с верхним узлом 24 крепления.

Локатор работает следующим образом.

Оператор устанавливает локатор на землю, включает его и напряжение питания с аккумуляторного блока 8 поступает на электронные узлы локатора. Локатор стоит на поверхности земли на накладках 11 и 12. Сигнал с подземного зонда буровой головки (на чертежах не показаны) поступает на малогабаритный блок 10 магнитных антенн и с помощью кабеля 19 на блок 5 управления и обработки информации приемника 4. Обработанная информация в соответствующем виде (цифровой информации) передается с блока 5 приемника 4 через кабель 15 на индикатор 9, на котором отражается положение зонда под землей. И при необходимости - на приемопередающий радиомодуль 6. В темное время суток мигающий светодиодный индикатор 14 позволяет оператору контролировать положение локатора на местности.

При необходимости к переносному локатору может быть снизу прикреплен с помощью узла 20 крепления собранный из вышеперечисленных деталей 22-31 штатив 21, который приподнимет локатор над поверхностью земли, будучи установлен на опоре 29-31.

Заявляемый локатор описанной конструкции более сбалансирован по габаритам и распределению веса, и является более удобным в эксплуатации. Выполнение экранирования электронных узлов и линий их связи и использование более точного антенного блока при этом обеспечивает еще и более точное измерение места нахождения зонда и его параметров при слабом сигнале от зонда, например, при большой глубине бурения, что еще более повышает удобство его эксплуатации.

В сравнении с прототипом заявляемый переносной является более удобным в эксплуатации и более точным в определении положения зонда под землей.

Изобретение относится к средствам локации местоположения инструмента при горизонтально направленном бурении с помощью электромагнитных полей. Технический результат - повышение удобства эксплуатации при повышении точности локации. Локатор состоит из неразъемно соединенных между собой и расположенных вертикально вдоль общей продольной оси трех полых частей - модулей 1, 2, 3. Крайние модули 1 и 3 корпуса выполнены соразмерными по высоте и ширине и соединены между собой полой ручкой 4 в их верхней части, а в нижней их части - средним модулем 2 корпуса, имеющим высоту в 1/4 высоты первого и третьего модулей. В модуле 3 корпуса размещена приемная часть, включающая блок 5 управления и обработки информации с зонда и приемопередающий радиомодуль 6. В модуле 2 расположен аккумуляторный блок 8₁ с крышкой 8₂. В верхней части модуля 1 размещен индикатор 9 для отображения информации с зонда, располагаемого в буровой, а в нижней его части размещен блок 10 магнитных антенн с общим магнитным центром. Нижние части первого и третьего модулей 1 и 3 корпуса снабжены снизу защитными износостойкими накладками 11 и 12. Верхняя часть первого модуля 1 выполнена с расширением его вдоль продольной оси, а расположенный в ней прямоугольный индикатор 9 выполнен вытянутым вдоль продольной оси, приподнят к наружной стороне модуля 1 корпуса и соразмерен с его верхней частью. Размещенные в модуле 3 узлы приемной части расположены в нем вертикально в виде сэндвича: блок 5 управления и обработки информации, снабженный защитным магнитным экраном 13, и приемопередающий радиомодуль 6. При этом в верхней части модуля 3 размещен выходящий наружу мигающий светодиодный индикатор 14. В полой ручке 4 размещен экранированный кабель 15 связи, соединяющий между собой снабженный с боковых и нижней сторон защитным магнитным экраном 16 индикатор 9 в модуле 1 и снабженный защитным магнитным экраном 13 блок 5 управления и обработки информации в модуле 3. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Локатор для определения местоположения зонда при горизонтально направленном бурении, имеющий корпус сложной формы, состоящий из неразъемно соединенных между собой и расположенных вертикально вдоль общей продольной оси трех полых частей - модулей разной высоты, крайние из которых соединены между собой расположенной в их верхних частях ручкой для переноски, также расположенной вдоль этой же продольной оси, и содержащий размещенные в одной части корпуса приемник, включающий блок управления и обработки информации с зонда и приемопередающий радиомодуль, в другой части корпуса, снабженной дверцей, расположен аккумуляторный блок, и размещенный в верхней части одной из частей корпуса индикатор для отображения информации с зонда, при этом нижние части первого и третьего модулей корпуса снабжены защитными износостойкими накладками, отличающийся тем, что первый и третий модули корпуса выполнены соразмерными по высоте и их ширине в направлении, поперечном относительно продольной оси, и соединены между собой параллельно продольной оси полой ручкой в их верхней части, а в нижней их части - средним модулем корпуса, имеющим высоту в 1/4 высоты первого и третьего модулей, при этом в первом модуле в нижней его части размещен малогабаритный блок магнитных антенн с общим магнитным центром, верхняя часть первого модуля выполнена с расширением его вдоль продольной оси и в ней расположен прямоугольный индикатор, вытянутый вдоль продольной оси и приподнятый к наружной стороне первого модуля корпуса, и соразмерный с его верхней частью, в третьем модуле расположены вертикально в виде сэндвича блок управления и обработки информации, снабженный защитным экраном, и приемопередающий модуль, при этом в верхней части третьего модуля размещен выходящий наружу мигающий светодиодный индикатор; в полой ручке размещен экранированный кабель связи, соединяющий между собой индикатор с установленным с двух боковых и нижней сторон защитным экраном, и снабженный защитным экраном блок управления и обработки информации, во втором - среднем модуле корпуса, снабженном сверху крышкой, интегрированной с размещенным горизонтально аккумуляторным блоком, который прикреплен ко второму - среднему модулю корпуса с помощью магнита и соединен с блоком управления и обработки информации, ниже аккумуляторного блока в среднем модуле расположен второй экранированный кабель связи, соединяющий блок магнитных антенн с блоком управления и обработки информации, при этом защитные экраны выполнены магнитными, а с нижней стороны среднего модуля расположен узел типа «ласточкин хвост» для крепления к корпусу локатора штатива типа «куриной лапы».

2. Локатор по п. 1, отличающийся тем, что к нижней части среднего модуля корпуса локатора прикреплен с помощью узла крепления типа «ласточкин хвост» штатив, состоящий из вертикальной стойки, на которой в нижней ее части на высоте, составляющей 2/3 от ее общей высоты, расположен закрепленный элементом фиксации штатива в открытом / сложенном положении верхний узел крепления, к которому прикреплены наклонно три подвижных откоса, а на нижнем конце стойки размещен нижний узел крепления, к которому прикреплены три части опоры, выполненные в виде горизонтально расположенных планок с выступом на наружном конце, соединенные откосами в их средней части с верхним узлом крепления.