CN102410013B - 一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，方法中所用钻杆是基于中心通缆式大通孔钻杆设计的，每根钻杆通缆的一端接入一阻值相同的高精密电阻，最底端的钻杆电缆连接由直流电平提供电源的信号发射端；信号地线通过探管支架连接下部钻杆，再与地面电阻连接形成闭合回路；通过采集卡采集地面电阻两端的电位，根据欧姆定律算出整个回路电流；将发射信号电平值减去电缆上端的电位得到整体钻杆所承受的电压，除以回路电流值，算出整体钻杆中串联电阻的总阻值，再除以每段钻杆内电阻的阻值，得出孔中钻杆的数量，乘以每根钻杆长度，加上孔下固定钻具长度，再减去钻杆余量，计算的最大值即为孔深。本方法可实时监测孔深，不需要人工修正。
Description
技术领域
本发明涉及一种在地矿行业采用有线钻杆钻进过程中，实时进行孔深测量的方法，具体地说是一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，属于地矿钻探领域。
背景技术
随着地矿行业的不断向前发展，对于钻孔的要求也越来越高，有线随钻测量钻进由于它能实时反映钻孔方位及倾角等情况，在地矿行业得到广泛的应用。为了使有线随钻测量信号安全、可靠、快速的传输，中心通缆式高强度大通孔钻杆得到广泛应用。但孔深测量仍依靠人工统计孔下钻具长度，或者借助计算机统计，加以人工辅助修正，在无专人监督的情况下，无法防止机组人员误操作或谎报绩效而人为修改孔深，导致未能按照工程设计要求完钻。现有监控孔深的方法离不开人工修正。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中使用中心通缆式高强度大通孔钻杆不能实时检测钻杆钻进过程中的孔深问题，而提供一种不需要人工修正，可实时监测孔深的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：提供一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，按如下步骤测量孔深：
⑴、首先对现有的普通中心通缆式高强度大通孔钻杆进行改进，即在每一根大通孔钻杆内的钻杆通缆的一端接入一个阻值相同的高精密电阻；将最底端的钻杆电缆连接到探管的信号发射端，发射信号由直流电平提供；信号地线通过探管支架连接到下部钻杆上，再与地面电阻连接形成闭合回路；使普通中心通缆式高强度大通孔钻杆改造成一种可测孔深的大通孔有线钻杆；
⑵、通过采集卡采集地面电阻两端的电位，根据欧姆定律计算出整个回路电流；
⑶、将直流电平值减去电缆上端的电位即可得到整体钻杆所承受的电压，除以回路电流值，计算出整体钻杆中串联电阻的总阻值，再除以每段钻杆的阻值，得出孔中钻杆的数量；
⑷、将孔中钻杆的数量乘以每根钻杆长度，加上孔下固定钻具长度，再减去钻杆余量，计算的最大值即为孔深。
本发明所述的钻杆余量等同于动力头离地面的位置，通过同步带与增量式编码器实时监测动力头的位置，实现实时监测钻杆余量。
本发明所述的每根钻杆中接入的高精密电阻阻值为100Ω～1000Ω，地面电阻阻值为10kΩ～50kΩ，误差值均小于0.1%。
本发明所述的接入钻杆内高精密电阻的连接形式有三种可供选择：
⑴、按照通缆公接头尺寸匹配一个绝缘垫片，并制作一个有中心通孔的高分子树脂绝缘环；高分子树脂绝缘环中心通孔容纳直插式高精密电阻；绝缘垫片与高分子树脂绝缘环粘合在一起，直插式高精密电阻的一端穿过绝缘垫片的中心通孔与中间导线相连，另一端连接到通缆公接头上；
⑵、按照通缆公接头尺寸制作两个相同的可导电圆形金属薄片和一个高分子树脂绝缘环；金属薄片采用电阻率很低的金属制成；直插式高精密电阻置于高分子树脂绝缘环内，将电阻两端分别焊接到金属薄片上；两端的金属薄片分别与中间导线和通缆公接头焊接；
⑶、按照中心通缆式高强度大通孔钻杆中的变径弹簧的尺寸，制作等尺寸的弹簧电阻器，保证弹簧电阻器具有足够的强度下，将变径弹簧替换成弹簧变阻器。
为了确保上述两种直插式高精密电阻具有更强的抗震性，所述的直插式高精密电阻使用RTV615灌封胶填充高精密电阻与高分子树脂绝缘环之间的空隙。
本发明的有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法与现有技术相比具有的效果是：
1、本发明的方法中对普通的中心通缆式高强度大通孔钻杆进行改进，所作的改进尽管结构简单，容易实施，但效果特别明显，使整体钻杆成为一种可测孔深的大通孔有线钻杆。
2、本发明的测量方法的原理很简单，操作步骤明确、方便，测量过程没有复杂的计算即可得出孔深。
3、本发明的测量方法钻进过程中不需要专人监测，测量结果也不需要人工修正，可以长期实时监测孔深，掌握工作的进度，有利于优质完成钻探任务。
附图说明
图1为本发明的有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法中改进后所使用的可测孔深的
大通孔有线钻杆的结构示意图。
图2为本发明中用的每根钻杆内采用直插在绝缘垫片与绝缘环中的高精密电阻的连接结构示意图。
图3为本发明中用的每根钻杆内焊在金属薄片两端的高精密电阻的连接结构示意图。
图4为本发明中用的每根钻杆内以弹簧变阻器作为高精密电阻的连接结构示意图。
上述图中：1-地面电阻、2-孔壁、3-钻杆内高精密电阻、4-钻杆接头、5-钻杆、6-信号发射端、7-探管、8-钻头、9-钻杆母接头、10-通缆母接头、11-绝缘支撑环、12-绝缘联接体、13-中间导线、14-绝缘垫片、15-高分子树脂绝缘环、16-直插式高精密电阻、17-孔用弹性挡圈、18-通缆公接头、19-变径弹簧、20-钻杆公接头、21-金属薄片、22-弹簧电阻。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的方法作进一步详述。
实施例1：本发明的方法是应用于一种可测孔深的大通孔有线钻杆钻进过程中孔深的测量，按如下步骤测量：
⑴、首先对现有的普通中心通缆式高强度大通孔钻杆进行改进，即在每一根大通孔钻杆内的钻杆通缆的一端接入一个阻值相同的高精密电阻3；在最底端的钻杆电缆连接探管7的信号发射端，发射信号由12V的直流电平提供，信号地线通过探管7支架连接到下部钻杆上，再与地面电阻1连接形成闭合回路；使普通中心通缆式高强度大通孔钻杆改造成一种可测孔深的大通孔有线钻杆；
⑵、通过采集卡采集地面电阻1两端的电位，根据欧姆定律计算出整个回路电流；
⑶、将12V的直流电平值减去电缆上端的电位即可得到整体钻杆所承受的电压，除以回路电流值，计算出整体钻杆中串联电阻的总阻值，再除以每段钻杆的阻值，得出孔中钻杆的数量；
⑷、将孔中钻杆的数量乘以每根钻杆长度，加上孔下固定钻具长度，再减去钻杆余量，计算的最大值即为孔深。
所述的钻杆余量等同于动力头离地面的位置，通过同步带与增量式编码器实时监测动力头的位置，实现实时监测钻杆余量。
本发明的方法使用的可测孔深的钻杆5，为由多根钻杆接头4相连的中心通缆式高强度大通孔钻杆，每根钻杆由钻杆母接头9与钻杆公接头20连接，钻杆在孔壁2内钻进状况参见图1。中心通缆装置由通缆母接头10，绝缘支撑挡环11，绝缘连接体12，中间导线13，孔用弹性挡圈17、通缆公接头18，变径弹簧19构成。在每一根钻杆的通缆一端接入一个阻值相同的高精密电阻3，阻值为100Ω，最底端的钻杆电缆连接信号发射端6，发射信号由直流电平提供，信号地线通过探管7支架连接到下部钻杆5上；电缆上端与上部钻杆5相连，再与地面电阻1连接形成一个闭合回路。地面电阻1阻值为50kΩ。
钻杆内高精密电阻3连接结构的选择：按照通缆公接头18的尺寸匹配一个绝缘垫片14，并制作一个有中心通孔的高分子树脂绝缘环15；参见图2，高分子树脂绝缘环的高度为12mm，中心通孔内容纳直插式高精密电阻16；绝缘垫片14与高分子树脂绝缘环15粘合在一起。直插式高精密电阻16的一端穿过绝缘垫片与中间导线13相连，另一端连接到通缆公接头18上。为了确保直插式高精密电阻具有更强的抗震性，使用RTV615灌封胶填充直插式高精密电阻16与高分子树脂绝缘环15之间的空隙。
实施例2：本发明的钻进过程中监测孔深的方法同实施例1，不同的是地面电阻1的阻值与钻杆内高精密电阻3的选择。地面电阻1的阻值选10kΩ。
钻杆内高精密电阻选择：按照通缆公接头18的尺寸，制作两个相同的可导电圆形金属薄片21和一个高分子树脂绝缘环15。参见图3，金属薄片21采用电阻率很低的铜制成，其厚度为5mm。高分子树脂绝缘环15高度为12mm，其中心通孔容纳直插式高精密电阻16，直插式高精密电阻的阻值选1kΩ。直插式高精密电阻16置于高分子树脂绝缘环15内，将其两端分别焊接到金属薄片21上，两端的金属薄片21分别与中间导线13和通缆公接头18焊接。为了确保直插式高精密电阻16具有更强的抗震性，使用RTV615灌封胶填充直插式高精密电阻16与高分子树脂绝缘环15之间的空隙。
实施例3：本发明的钻进过程中监测孔深的方法同实施例1，不同的还是地面电阻1的阻值与钻杆内高精密电阻选择。地面电阻1的阻值选为20kΩ；
钻杆内高精密电阻选择：按照中心通缆式高强度大通孔钻杆中的变径弹簧19的尺寸，制作等尺寸的弹簧电阻器22。参见图4，弹簧电阻器22阻值为150Ω，在保证弹簧电阻器22具有足够的强度下，将变径弹簧19替换成弹簧变阻器22。
Claims (5)
1.一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，其特征在于：按如下步骤测量孔深：
⑴、首先对现有的普通中心通缆式高强度大通孔钻杆进行改进，即在每一根大通孔钻杆内的钻杆通缆的一端接入一个阻值相同的高精密电阻；将最底端的钻杆电缆连接到探管的信号发射端，发射信号由直流电平提供；信号地线通过探管支架连接到下部钻杆上，再与地面电阻连接形成闭合回路；使普通中心通缆式高强度大通孔钻杆改造成一种可测孔深的大通孔有线钻杆；
⑵、通过采集卡采集地面电阻两端的电位，根据欧姆定律计算出整个回路电流；
⑶、将直流电平值减去电缆上端的电位，所述电缆上端的电位为步骤⑵采集的地面电阻两端的电位，即可得到整体钻杆所承受的电压，除以回路电流值，计算出整体钻杆中串联电阻的总阻值，再除以每段钻杆的阻值，得出孔中钻杆的数量；
⑷、将孔中钻杆的数量乘以每根钻杆长度，加上孔下固定钻具长度，再减去钻杆余量，计算的最大值即为孔深。
2.根据权利要求1所述的一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，其特征在于：所述的钻杆余量等同于动力头离地面的位置，通过同步带与增量式编码器实时监测动力头的位置，实现实时监测钻杆余量。
3.根据权利要求1所述的一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，其特征在于：所述的每根钻杆中接入的高精密电阻阻值为100Ω～1000Ω，地面电阻阻值为10kΩ～50kΩ，误差值均小于0.1%。
4.根据权利要求1所述的一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，其特征在于：所述的钻杆内高精密电阻的连接形式有三种可供选择：
⑴、按照通缆公接头尺寸匹配一个绝缘垫片，并制作一个有中心通孔的高分子树脂绝缘环；高分子树脂绝缘环中心通孔容纳直插式高精密电阻；绝缘垫片与高分子树脂绝缘环粘合在一起，直插式高精密电阻的一端穿过绝缘垫片的中心通孔与中间导线相连，另一端连接到通缆公接头上；
⑵、按照通缆公接头尺寸制作两个相同的可导电圆形金属薄片和一个高分子树脂绝缘环；金属薄片采用电阻率很低的金属制成；直插式高精密电阻置于高分子树脂绝缘环内，将电阻两端分别焊接到金属薄片上；两端的金属薄片分别与中间导线和通缆公接头焊接；
⑶、按照中心通缆式高强度大通孔钻杆中的变径弹簧的尺寸，制作等尺寸的弹簧电阻器，保证弹簧电阻器具有足够的强度下，将变径弹簧替换成弹簧电阻器。
5.根据权利要求4所述的一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法，其特征在于：所述的直插式高精密电阻选择第⑴或第⑵连接形式时，使用RTV615灌封胶填充高精密电阻与高分子树脂绝缘环之间的空隙。
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