Радиолокационный комплекс мониторинга положения буровой головки в устройстве наклонно-направленного бурения

Введение. Наклонно-направленное бурение к настоящему времени можно считать традиционным способом бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, разведки твердых полезных ископаемых, проведения геологоразведочных работ в обеспечение инженерно-геологических задач промышленности. Для этих целей используется устройство наклонно-направленного бурения с высокоточным комплексом определения координат буровой головки для соответствия текущей трассы бурения заданной проектной. Проблема получения точных координат (глубина, зенит, азимут) буровой головки является одной из приоритетных задач при бестраншейном бурении. Авторами ранее рассмотрен акустический способ мониторинга положения буровой головки в устройстве наклонно-направленного бурения. В настоящей статье рассматривается радиолокационный комплекс мониторинга положения буровой головки с поверхности земли с неподвижными маяками-ответчиками. Применение радиолокационного метода получения информации позволит усовершенствовать процесс бурения – высокая точность позиционирования, постоянный автоматический мониторинг положения, снижение временных и финансовых затрат.

Цель работы. Показать возможность построения радиолокационного комплекса получения информации о позиционировании буровой головки устройства наклонно-направленного бурения на основе маяков-ответчиков, распределенных на поверхности земли.

Материалы и методы. Исследование возможности построения радиолокационного комплекса мониторинга положения буровой головки устройства наклонно-направленного бурения с поверхности земли с неподвижными маяками-ответчиками основано на физических принципах, используемых в мобильных системах, т. е. определение местоположения зонда и его параметров по радиосигналам, излучаемым зондом в диапазоне частот, составляющем десятки килогерц, для максимального снижения влияния неоднородностей в грунте.

Результаты. Исследована возможность применения радиолокационного метода получения координат буровой головки при мониторинге ее положения в процессе проведения буровых работ. Рассмотрен принцип работы радиолокационного комплекса, определены схемы расположения маяков-ответчиков на поверхности земли и относительно буровой головки, описана технология обеспечения буровых работ при таком методе, а также отличительные особенности.

Заключение. В статье предложен вариант определения координат буровой головки и автоматического мониторинга ее положения в реальном времени. Предлагаемый вариант построения высокоточного радиолокационного комплекса передачи информации может быть использован при проектировании и модернизации техники наклонно-направленного бурения.

1. Данилов Б. Б., Смоляницкий Б. Н. Анализ тенденций развития современных технологий сооружения скважин в породном массиве // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. 2014. Т. 1, № 2. C. 104–113.

2. Костылев А. Д., Маслаков П. А., Смоляницкий Б. Н. Проблемы создания управляемого пневмопробойника для проходки скважин по заданной траектории // Изв. вузов. Строительство. 1999. № 11. С. 86–90.

3. Осложнения при сооружении переходов трубопроводов методом горизонтально направленного бурения / Е. С. Торопов, В. С. Торопов, Ю. Д. Земенков, И. В. Сероштанов // Территория "НЕФТЕГАЗ". 2015. № 5. С. 32–37.

4. Najafi M. Trenchless Technology Pipeline and Utility Design. Construction and Renewal. Michigan: McGraw Hill, 2005. 489 p.

5. Балаховский М. С. На Российском рынке – американская фирма "Vermeer" // Механизация строительства. 2000. № 10. С. 2–7.

6. Агарков А. М., Межуев Д. С., Тихонов А. А. Технология прокладки коммуникаций методом горизонтально-направленного бурения // Инновационная наука. 2017. № 5. С. 43–44.

7. Tervydis P., Jankuniene R. Horizontal directional drilling pilot bore simulation // Turkish J. of Electrical Engineering and Computer Sciences. 2017. Vol. 25, iss. 4. P. 3421–3434. doi: 10.3906/elk-1606-200

8. Cai L., Polak M. A. A theoretical solution to predict pulling forces in horizontal directional drilling installations // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019. Vol. 83. P. 313–323. doi: 10.1016/j.tust.2018.09.014

9. Биктимирова К. А. Инженерно-геологическое обеспечение горизонтально-направленного бурения при строительстве различных подземных коммуникаций в условиях мегаполисов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 12. С. 342–348.

10. Вагин А. В. Акустический способ передачи информации в устройстве горизонтального направленного бурения // Изв. СПбГЭТУ "ЛЭТИ". 2023. Т. 16, № 7. С. 15–25.

11. Основные технологии бурения / А. А. Макаров, А. С. Давышин, А. А. Федяев, А. М. Шечков, Г. Г. Петросян, К. А. Гулиян // Проблемы науки. 2018. № 2. С. 19–24.

12. Meier Hoyela C., Terzuoli A. J., Wasky R. P. Determining possible receiver locations for passive radar // IEEE Proc. on Radar, Sonar and Navigation. 2005. № 3. P. 206–214. doi: 10.1049/ip-rsn:20045023

13. Хехнев Р. Г., Хехнева В. Ф. Амплитудный способ радиодальнометрии // Докл. БГУИР. 2013. № 1 (71). С. 73–77.

14. Гарнакерьян А. А., Сосунов А. С. О пространственной корреляции радиосигналов, отраженных от морской поверхности // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1977. № 8, Т. 20. С. 59–64.

15. Кудрявцев Л. Д. Курс математического анализа. М.: Высш. шк., 1981. Т. 2. 351 с. News of Higher Educational Institutions. Construction. 1999, no. 11, pp. 86–90. (Russ.)