CN103670375A - 一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器，涉及冻结钻孔偏斜测量技术领域。该定心器有一上骨架、中骨架和下骨架，所述的上骨架、中骨架和下骨架为圆环状，内孔直径为30.1mm；所述的上骨架和中骨架之间均匀连接有三片向外凸的上部弧形弹簧片，在下骨架与中骨架之间均匀连接有三片向外凸的下部弧形弹簧片，上部弧形弹簧片和下部弧形弹簧片之间均匀错开布置，不在同一水平上，最大直径处相距不超过130mm；所述的上骨架、中骨架和下骨架的中心在一条直线上；骨架圆周加上弧形弹簧片后的外直径在64mm～66mm之间。优点：保证了井下仪器的中心线与钻杆内孔中心线的重合，提高了测量的精度。

Description

一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器

技术领域

本发明涉及冻结钻孔偏斜测量技术领域，具体是一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器；主要适用于冻结钻孔的偏斜测量。

背景技术

目前 施工单位常用的施工冻结孔的钻杆是直径89 mm，内孔径在64mm～ 66mm之间，每根钻杆长度9米左右，中间用丝扣连接，一般测量就是在钻杆孔内进行。所用陀螺仪普遍是冻结孔施工专用的JDT-5A型，其外径48mm，井下仪的定心器最大直径处（弹簧片中部的凸出部分）与的钻杆内孔径正好是紧密接触与配合，它保证了井下仪器的中心与钻杆孔内中心重合。定心器是由一个上骨架与下骨架用三个弹簧片直接连接（弹簧片带弧度，用4mm的螺丝固定在骨架上，骨架用不锈钢或黄铜制作，弹簧片用碳素弹簧钢，作耐腐处理），由于钻杆的内孔加工精度不高，内孔径在（64mm～ 66mm）之间变化，并且每根钻杆的接头处内径变化更大，每根钻杆约9米长，钻杆与钻杆之间用丝扣连接，其接头内壁的2公分左右段内孔径突然变大到72mm左右，每当仪器到达此处，总是要剧烈的波动一下，要想测量准确，必须使陀螺井下仪的上下定心器外沿与钻杆内孔壁接触紧密、无间隙，这样才能保证井下仪器的中心线与钻杆内孔的中心线重合，测量的钻孔的偏斜的轨迹才精确，定心器是装在井下仪器的上、下两端的扶正杆上，它保证了上、下两定心器之间的井下仪中心与钻杆中心重合，也就是说这样的定心器要相同的两套，一套装在井下仪的最上部的扶正杆上，一套装在井下仪器的最下部的扶正杆上，上下两套相距1.4米左右,这1.4米段也是井下仪器的核心部分,正常测量的情况下需要保证这段的中心与钻杆的中心重合。

实际上，由于钻杆内孔的加工精度不可能很高，再加上其使用过程中泥浆的冲刷，内孔径误差在2mm左右很正常，并且每根钻杆之间的接头部位的内孔径变化要更大，现场为了使仪器中心与钻杆中心重合，就加大定心器上弹簧片的弧度使弹簧片的外径略大于钻杆内孔径1mm左右，这样一来就在孔径小一点的地方磨擦力增加，有时仪器就会卡在孔内不能顺利下去，而且弹簧片磨损的快，更换勤。如果弹簧片的弧度小、外径略小于钻杆内孔径几丝，仪器下放是顺利了，但在钻杆内孔径大一点的地方与定心器的间隙就大，仪器就会自然靠向偏斜大的一面孔壁，使仪器的中心与钻杆的中心就不一致，测量误差就增大。原来设计用六根弹簧片的连接是考虑了其弹性变形量，六根弹簧片本身就很硬、弹性变形不容易，不能很好的随着钻杆内孔径的变化而变化，遇到内孔径小一点的地方还容易卡住。

井下仪器的上部定心器与下部的定心器（直径最大处）的间距是1.4米左右，如果定心器的与孔壁间隙有1.5毫米，其测量的偏斜率方面的误差就达到千分之一，如果间隙达到3毫米，测量误差就达到千分之二，而正常施工中建设方对钻孔偏斜的要求很高，一般表土段要小于千分之二点五，基岩段小千分之三左右，可是仪器在每根钻杆接头处的波动以及钻杆内孔径的变化所导致的误差就达千分之一到千分之二左右，这样如何能保证施工质量，这也是陀螺仪在应用过程中施工单位经常碰到的技术难题，施工中由于仪器性能的不稳定，经常发现仪器管理员与钻机机、班长产生予盾的地方，普遍反应国内的测斜仪精度不稳定，时好时坏，其中定心器起到关键的作用。

原陀螺测斜井下仪定心器的外径不能很好地随钻杆内孔径变化而变化，特别是每当定心器到达钻杆接头处就会有一个大的波动，测量取样就会有很大的误差。比如：一个500米深的冻结孔，就会有近55个接头。上、下定心器每次经过接头各有一次波动，总共就会有110次波动、110次取样不准确，这样测量的精度就不一定能保证，所以现场施工测量时经常会出现测量结果时好时坏的现象。原来所用定心器的六个弹簧片太硬、弹性变形量小。为了使定心器弹簧片与孔内壁紧密接触，增大六个弹簧片的弧度（直径加大到67mm），这时就会出现磨擦力大、在直径较小处易卡住仪器的现象。如果只用三个弹簧片，那三根弹簧片的密度太低，最大圆周处成了一个三角形而不是圆形，定心器与钻杆内壁接触就不会紧密。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器，保证了井下仪器的中心线与钻杆内孔中心线的重合，提高了测量的精度。

本发明是以如下技术方案实现的：一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器，包括上骨架、中骨架和下骨架，所述的上骨架、中骨架和下骨架为圆环状，内孔直径为30.1mm；所述的上骨架和中骨架之间均匀连接有三片向外凸的上部弧形弹簧片，在下骨架与中骨架之间均匀连接有三片向外凸的下部弧形弹簧片，上部弧形弹簧片和下部弧形弹簧片之间均匀错开布置，上、下部弧形弹簧片最大直径处相距不超过130mm；所述的上骨架、中骨架和下骨架的中心在一条直线上；骨架圆周加上弧形弹簧片后的外直径在64mm～ 66mm之间。

本发明的有益效果是：提高了定心器与钻杆内孔径的紧密接触度，增加了定心器的弹性变形范围，避免了井下仪在钻杆接头部分的台阶波动，减少了孔内卡住仪器的机会，保证了仪器的顺利下放、也保证了井下仪器的中心与钻孔内孔中心的重合、提高了测量精度。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是井下仪装上定心器的整体结构示意图；

图4是井下仪在钻杆中的结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器有一上骨架1、中骨架4和下骨架6，所述的上骨架1、中骨架4和下骨架6为圆环状，内孔直径为30.1mm；所述的上骨架1和中骨架4之间均匀连接有三片向外凸的上部弧形弹簧片3，在下骨架6与中骨架4之间均匀连接有三片向外凸的下部弧形弹簧片5，上部弧形弹簧片3和下部弧形弹簧片5均匀错开布置，最大直径处相距不超过130mm；所述的上骨架1、中骨架4和下骨架6的中心在一条直线上；骨架的圆周加上弧形弹簧片后的外直径在64mm～ 66mm之间。

中骨架是一个复合骨架组，中骨架起到连接上下部骨架及错开弧形弹簧片的作用，六根弧形弹簧片三片一组，并且不在同一个水平上，这样就加密了弹簧片，增加定心器的圆周的圆度，三个弹簧片一组，不同水平上的六片弹簧片比起一个水平上的六片弹簧片；增加了定心器外径的弹性变形范围，同时，两组结构使井下仪避开了钻杆接头部分的台阶波动。所述的上部弧形弹簧片3和下部弧形弹簧片5采用厚度为1.5mm的碳素弹簧钢加工，长度为130mm，弧度部分长90 mm，弦高13 mm。

骨架用黄铜加工内孔直径30.1mm，每个骨架的外圆圆周上均匀开有六个宽10.5mm的槽，每个槽中，上、下各设有两个内螺纹孔，用螺丝将所述的上部弧形弹簧片3和下部弧形弹簧片5对应的固定在所述的槽中，螺丝2是直径4mm的不锈钢材料。

为了解决弹性变形和磨擦力大的矛盾，把原来的六个弧形弹簧片减到三个，这样三根弧形弹簧片的定心器要软好多，弹性变形量就大，下放也顺利，但三根弧形弹簧片之间的间隙大，定心器弧度最大处的圆周不圆度增加，象一个三角形，这样就不容易与孔壁紧密接触，若再把弧度增加就又增加了孔壁的磨擦力。为了保证弹簧片的密度，上骨架1、上部弧形弹簧片3以及中骨架4构成上部定心器的上组，下骨架6、下部弧形弹簧片5以及中骨架4构成上部定心器的下组。上部弧形弹簧片3和下部弧形弹簧片5均匀错开布置，不再同一水平上，当下部弧形弹簧片经过钻杆接头要波动时，上部弧形弹簧片就能很好的起到扶正的作用，从而避免了钻杆接头部分对仪器造成的波动，同样在仪器的上部定心器经过钻杆接头处也一样。这种结构很好地保证了定心器外径跟随钻杆内孔径的变化，减少了与孔壁的磨擦力，从而解决了钻杆接头的台阶造成对仪器的波动予盾，仪器也会卡在孔内而下不去，使得仪器的中心线与钻杆内孔的中心线很好的重合，提高了测量精度。本实施例中上部与下部直径最大处，上下相距130mm，这样既可以把定心器上的弹簧片外径调节到钻杆所能达到的最大值66mm，还可能自如的变形到直径64 mm。

     如图3所示，使用时需要两套本发明所述的定心器安装在陀螺测斜仪的井下部分（井下仪），一套装在井下仪的上部扶正杆8上，一套装在井下仪器的下部的扶正杆9上，上下两套相距1.4米左右,这1.4米段也是井下仪的核心部分,正常情况下需要保证这段的中心与钻杆的中心重合，测斜电缆7用于连接地面仪器。

如图4所示，工作时，将图3中的井下仪安装在钻杆10的内孔中。井下仪在钻杆内孔中自上而下连续的测量时。当下部的一套定心器的下组弧形弹簧片经过钻杆接头要波动时，下部的定心器的上组弧形弹簧片就能很好的起到扶正的作用，从而避免了钻杆接头部分对仪器造成的波动，同样在仪器的上部定心器经过钻杆接头处也一样（一套定心器的上、下部弧形弹簧片相互扶正）。

Claims (3)

1. 一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器，其特征在于：包括上骨架（1）、中骨架（4）和下骨架（6），所述的上骨架（1）、中骨架（4）和下骨架（6）为圆环状，内孔直径为30.1mm；所述的上骨架（1）和中骨架（4）之间均匀连接有三片向外凸的上部弧形弹簧片（3），在下骨架（6）与中骨架（4）之间均匀连接有三片向外凸的下部弧形弹簧片（5），上部弧形弹簧片（3）和下部弧形弹簧片（5）均匀错开布置，上、下部弧形弹簧片最大直径处相距不超过130mm；所述的上骨架（1）、中骨架（4）和下骨架（6）的中心在一条直线上；骨架圆周加上弧形弹簧片后的外直径在64mm～ 66mm之间。

2.根据权利要求1所述的一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器，其特征在于：所述的上部弧形弹簧片（3）和下部弧形弹簧片（5）采用厚度为1.5mm的碳素弹簧钢加工，长度为130mm，弧度部分长90 mm，弦高13 mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种冻结钻孔陀螺测斜仪井下定心器，其特征在于：每个骨架的外圆圆周上均匀开有六个宽10.5mm的槽，每个槽中上下设有两个内螺纹孔，用螺丝将所述的上部弧形弹簧片（3）和下部弧形弹簧片（5）对应的固定在所述的槽中。

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