CN101215965B

CN101215965B - 钻井法凿井超声波测量仪

Info

Publication number: CN101215965B
Application number: CN2008100137780A
Authority: CN
Inventors: 曹茂永; 范迪; 江浩; 孙农亮; 梁慧斌; 陈达庆; 张逸芳; 王德民
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-01-15
Also published as: CN101215965A

Abstract

本发明公开一种钻井法凿井超声波测量仪，包括井下仪子系统、井上仪子系统、计算机子系统、深度仪子系统、绞车子系统及示波器子系统；特征是换能器配置一恒压套，恒压套内储有液体介质，换能器置于液体介质中；恒压套采取尼龙聚酯材质制成，液体介质的液体特性与恒压套的材质、结构相耦合。本发明能在换能器近体周围形成一个始终保持恒定状态的液体介质环境，无论测量仪中的井下仪部分下放到井下何种深度层面上，换能器得以接触到的液体介质始终如一，其对换能器的压力保持恒定，不会因不同测量深度层面上泥浆比重及压力的不同变化而改变，使其稳定性及可靠性得到较大幅度的提高。

Description

钻井法凿井超声波测量仪

技术领域

本发明涉及一种用于小井径钻井或桩基钻孔过程中对井径或孔径的倾斜度及径宽进行测量的超声测量设备。

背景技术

现有技术中，对小井径钻井井径的测量大多采取简单的人工手段进行测量，操作繁琐，精确性较差。另外，中国发明专利申请CN1804371A公开一种桩基钻孔孔径测量仪，适用于测量较小口径或桩孔口径，能提供关于井壁倾斜、井(孔)径等技术参数，为成井(桩孔)的建设提供有效技术保证。该桩基钻孔孔径测量仪技术构成主要包括：用来发射超声波脉冲信号，接收井壁反射超声信号并将其转换成电脉冲信号，及对接收信号进行放大、滤波和变换处理的井下仪子系统；用来为井下仪子系统提供适宜匹配电能，同步脉冲的产生，接收井下仪子系统的传送信号，对传送信号进行放大和变换处理，及其它相关数据采集的井上仪子系统；用来对数据进行综合采集和处理的计算机子系统，计算机子系统与井上仪子系统之间通过数据线路连接；用来测量井下仪下放深度的深度仪子系统，其深度数值通过串口定时传送到上述井上仪子系统；用来在井下仪子系统和井上仪子系统之间进行信号传输的传输电缆，及提升和下放井下仪子系统的绞车子系统；用来显示观察实时波形的示波器子系统；上述井下仪子系统包括一仪器舱，仪器舱内包括电路部分及动力机构，在仪器舱内设置磁罗盘，仪器舱下方设有由磁罗盘确定方位的旋转式换能器。该现有技术桩基钻孔孔径测量仪具有如下特点：一是采取由仪器舱内的动力机构驱动换能器旋转工作的技术方式，实现在每一个层面周向旋转布点以便对多个方位角进行测定，以选用一个旋转式换能器为例，在每一个测试层面上该探头旋转一周，如设定测120或240等个点，获得该层面相应数量方向的井径值；二是采用在仪器舱内设置磁罗盘定向的技术方式，在实测过程中，通过磁罗盘确定各换能器测点所处的方位角，以获取一周内多个方位角的角度值及其对应井径值，定位准确性好，能耗低，不易受井下仪下放过程自身旋转的影响，同时，这种定位技术方式不占用井下仪壳体外部空间，特别适用于较小口径或桩孔口径的深井超声测量。但在生产实践中也发现其存在以下不足之处：一是井下仪子系统中旋转式换能器自身周围为常规暴露设计，随着下放深度的不断增大，与探头接触的泥浆比重及压力等介质环境也在不断地发生变化，使旋转式换能器得以接触及邻近区域的介质环境不能保持在一种恒定状态，实测工作并不是特别稳定可靠，在稳定性及可靠性方面还需进一步提高；二是仪器舱内的动力机构(如步进电动机)通过常规动密封转轴传动联接位于壳体下方的换能器，并得以传动换能器相应转动，这种常规动密封技术方式，使该井下仪不适于用于测量深度较大的桩基钻孔，且使用寿命一般较短。

发明内容

本发明在于提供一种钻井法凿井超声波测量仪，主要是在换能器近体周围形成一个始终保持恒定状态的介质环境，能使其具有较高的稳定性及可靠性。

其技术解决方案是：

本发明钻井法凿井超声波测量仪，包括：

(i)用来发射超声波脉冲信号，接收井壁反射超声信号并将其转换成电脉冲信号，及对接收信号进行放大、滤波和变换处理的井下仪子系统；所述井下仪子系统包括一仪器舱，仪器舱内包括电路部分及动力机构，上述仪器舱内设置磁罗盘，仪器舱下方设有由磁罗盘确定方位的旋转式换能器，该旋转式换能器由动力机构通过可与仪器舱保持液密封状态的密封传动组件联接；

(ii)用来为井下仪子系统提供适宜匹配电能，同步脉冲的产生，接收井下仪子系统的传送信号，对传送信号进行放大和变换处理，及其它相关数据采集的井上仪子系统；

(iii)用来对数据进行综合采集和处理的计算机子系统，计算机子系统与井上仪子系统之间通过数据线路联接；

(iv)用来测量井下仪下放深度的深度仪子系统，其深度数值通过串口定时传送到上述井上仪子系统；

(v)用来在井下仪子系统和井上仪子系统之间进行信号传输的传输电缆，及提升和下放井下仪子系统的绞车子系统；

(vi)用来显示观察实时波形的示波器子系统；

上述换能器配置一恒压套，恒压套内储有液体介质，换能器置于液体介质中。

上述恒压套，其主体部分或其全部采取尼龙聚酯材质制成；上述液体介质选用低密度甘油；上述液体介质的液体特性与恒压套的材质、结构相耦合。

上述恒压套，其顶端口与仪器舱外底部静密封联接，恒压套与仪器舱之间保持静止状态，恒压套内置换能器可相对转动。

上述恒压套与其内置换能器构成一个转动整体。

上述密封传动组件，包括柔性传动套、偏心轮及传动杆；柔性传动套位于仪器舱下方，偏心轮置于柔性传动套内下部，偏心轮由从仪器舱底部中央穿出的动力轴联接，柔性传动套的套口处与仪器舱外底部静密封联接，传动杆包括两个十字轴式万向联轴器及位于两个万向联轴器之间的过渡轴杆，其中一个十字轴式万向联轴器的外侧万向接头端的轴杆联接在柔性传动套的中央轴心点处，另一个十字轴式万向联轴器外侧万向接头端的轴杆传动联接换能器；仪器舱内的动力机构带动偏心轮转动，并从柔性传动套内侧引起柔性传动套中下部随摇摆弹性形变，传递轴的运动和扭矩，最终驱动换能器相应旋转。

上述恒压套，在其主体上端配置金属质法兰盘，法兰盘与恒压套主体采取螺纹过盈配合密封联接，通过法兰盘与仪器舱外底部静密封联接，在密封面水平方向上从内到外依次设置多级环形密封圈；上述密封传动组件，包括法兰盘与穿经动力轴之间形成的内密封部；内密封部采取的技术方式为：即在垂直方向上从上到下一次设置多级环形密封圈，环形密封圈依次套装在动力轴密封段环形沟槽内。

本发明钻井法凿井超声波测量仪，由于恒压套的设置能在换能器近体周围形成一个始终保持恒定状态的液体介质环境，无论测量仪中的井下仪部分下放到井(钻孔)中位于地下的何种深度层面上，换能器得以接触到的液体介质始终如一，其对换能器的压力保持恒定，不会因不同测量深度层面上泥浆比重及压力的不同变化而改变，使其稳定性及可靠性得到较大幅度的提高。另外，密封传动组件所采取的技术方式，在工作过程中，密封件不与轴接触，利用柔性传动套的摇摆弹性形变来传递轴的运动和扭矩，将仪器舱内的输出动力传递给位于仪器舱下方的换能器，并带动其相应转动，能有效克服现有技术中动密封密封界面相对运动引起的泄漏和磨损，密封更加可靠，使用寿命也大大延长。

附图说明

图1为本发明一种实施方式结构原理示意简图，主要示出了本发明中仪器舱、换能器、传动密封，以及相关部分。

图2为本发明另一种实施方式结构原理示意图，主要示出了本发明中仪器舱、换能器、传动密封，以及相关部分。

下面结合附图对本发明进行说明：

具体实施方式

本发明钻井法凿井超声波测量仪包括的下述技术内容均可采取或借鉴现有技术即可得以实施，诸如：

用来发射超声波脉冲信号，接收井壁反射超声信号并将其转换成电脉冲信号，及对接收信号进行放大、滤波和变换处理的井下仪子系统；所述井下仪子系统包括一仪器舱，仪器舱内包括电路部分及动力机构，上述仪器舱内设置磁罗盘，仪器舱下方设有由磁罗盘确定方位的旋转式换能器，该旋转式换能器由动力机构通过可与仪器舱保持液密封状态的密封传动组件联接；及

用来为井下仪子系统提供适宜匹配电能，同步脉冲的产生，接收井下仪子系统的传送信号，对传送信号进行放大和变换处理，及其它相关数据采集的井上仪子系统；及

用来对数据进行综合采集和处理的计算机子系统，计算机子系统与井上仪子系统之间通过数据线路联接；及

用来测量井下仪下放深度的深度仪子系统，其深度数值通过串口定时传送到上述井上仪子系统；及

用来在井下仪子系统和井上仪子系统之间进行信号传输的传输电缆，及提升和下放井下仪子系统的绞车子系统；及

用来显示观察实时波形的示波器子系统。

下面重点说明本发明创造中创新部分具体技术实施方式：

实施例1

结合附图1，上述换能器(超声探测传感器)配置一恒压套2，恒压套2采取尼龙聚酯材质制成，恒压套2内储有液体介质，液体介质可选用低密度甘油等，换能器置于液体介质中。恒压套2与其内在换能器构成一个转动整体。上述恒压套2，其壁厚度的选择应使其能承载最大测量深度套外泥浆压力，同时使得套内换能器能够在恒定压力下的液体介质环境中工作。上述液体特性也能够与恒压套材质、结构相耦合，从而保证换能器发出的超声探测信号不会受到干扰，得以保证信号采集的可靠与正常。

上述密封传动组件，包括柔性传动套4、偏心轮5及传动杆6；柔性传动套4位于仪器舱8下方，偏心轮5置于柔性传动套4内下部，偏心轮5由从仪器舱8底部中央穿出的动力轴7联接，柔性传动套4的套口处与仪器舱8外底部静密封联接，传动杆6包括两个十字轴式万向联轴器601、602及位于两个万向联轴器之间的过渡轴杆，其中一个十字轴式万向联轴器601的外侧万向接头端的轴杆联接在柔性传动套4的中央轴心点处，另一个十字轴式万向联轴器602外侧万向接头端的轴杆传动联接上述转动整体(恒压套)。仪器舱8内的动力机构带动偏心轮转动，并从柔性传动套内侧引起柔性传动套中下部随摇摆弹性形变，传递轴的运动和扭矩，最终驱动上述转动整体相应旋转，其内置换能器亦相应转动。

实施例2

结合附图2，上述换能器1配置一恒压套2，恒压套2的主体部分采取尼龙聚酯材质制成，恒压套2内储有液体介质3，换能器1置于液体介质3中。恒压套2，在其主体上端配置金属质法兰盘9，法兰盘9与恒压套2主体采取螺纹过盈配合密封联接，通过法兰盘(顶端口)与仪器舱8外底部静密封联接，如可在密封面水平方向上从内到外依次设置多级环形密封圈10，恒压套2与仪器舱8之间保持静止状态，换能器1在恒压套2内可相对转动。上述恒压套2，其壁厚度的选择应使其能承载最大测量深度套外泥浆压力，同时使得套内换能器能够在恒定压力下的液体介质环境中工作。上述液体特性能够与恒压套材质、结构相耦合，从而保证换能器发出的超声探测信号不会受到干扰，得以保证信号采集的可靠与正常。

上述密封传动组件，包括法兰盘与穿经动力轴7之间形成的内密封部。内密封部采取的技术方式为：即在垂直方向上从上到下一次设置多级环形密封圈11，环形密封圈11依次套装在动力轴7密封段对应的环形沟槽内。动力轴7驱动联接换能器1，即能驱动换能器相应旋转。

在说明书的教导下，本发明创造还有许多其他显而易见的不同技术变化方式。这些变化方式不应被视为脱离了本发明的保护范围。

Claims

1.一种钻井法凿井超声波测量仪，包括：

(vi)用来显示观察实时波形的示波器子系统；

其特征在于：所述换能器配置一恒压套，恒压套内储有液体介质，换能器置于液体介质中；所述密封传动组件，包括柔性传动套、偏心轮及传动杆；柔性传动套位于仪器舱下方，偏心轮置于柔性传动套内下部，偏心轮由从仪器舱底部中央穿出的动力轴联接，柔性传动套的套口处与仪器舱外底部静密封联接，传动杆包括两个十字轴式万向联轴器及位于两个万向联轴器之间的过渡轴杆，其中一个十字轴式万向联轴器的外侧万向接头端的轴杆联接在柔性传动套的中央轴心点处，另一个十字轴式万向联轴器外侧万向接头端的轴杆传动联接换能器；仪器舱内的动力机构带动偏心轮转动，并从柔性传动套内侧引起柔性传动套中下部随摇摆弹性形变，传递轴的运动和扭矩，最终驱动换能器相应旋转。

2.根据权利要求1所述的钻井法凿井超声波测量仪，其特征在于：所述恒压套，其主体部分或其全部采取尼龙聚酯材质制成；上述液体介质选用低密度甘油；上述液体介质的液体特性与恒压套的材质、结构相耦合。

3.根据权利要求1所述的钻井法凿井超声波测量仪，其特征在于：所述恒压套，其顶端口与仪器舱外底部静密封联接，恒压套与仪器舱之间保持静止状态，恒压套内置换能器可相对转动。

4.根据权利要求1所述的钻井法凿井超声波测量仪，其特征在于：所述恒压套与其内置换能器构成一个转动整体。

5.根据权利要求1所述的钻井法凿井超声波测量仪，其特征在于：所述恒压套，在其主体上端配置金属质法兰盘，法兰盘与恒压套主体采取螺纹过盈配合密封联接，通过法兰盘与仪器舱外底部静密封联接，在密封面水平方向上从内到外依次设置多级环形密封圈；上述密封传动组件，包括法兰盘与穿经动力轴之间形成的内密封部；内密封部采取的技术方式为：即在垂直方向上从上到下一次设置多级环形密封圈，环形密封圈依次套装在动力轴密封段环形沟槽内。