CN104373119A - 一种基于岩心钻探的随钻自然伽马测铀仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在取心钻进过程中能够实时检测铀矿的设备。一种基于岩心钻探的随钻伽马测铀仪，其特征在于它包括外管、内管、电池组件、紧固压簧、传感器；外管为无磁钻杆；内管位于外管内；内管包括电源开关固定件、电池仓抗压筒、第一抗压筒连接头、电路板仓抗压筒、第二抗压筒连接头、传感器仓抗压筒、堵头螺塞；电池组件给信号处理电路、传感器提供电源，传感器位于传感器仓抗压筒内，传感器与信号处理电路的传感器信号输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器相连。该仪可对于难以获取岩心的地层，通过测量地层的自然伽马强度来进行铀矿勘探，在取心钻进的同时随钻测量自然伽马强度来判断所钻遇地层是否为铀矿。
Description
技术领域
本发明属于一种用于铀矿资源勘探的随钻测量仪器，具体涉及一种在取心钻进过程中能够实时检测铀的设备。
背景技术
铀是稀有的放射性金属元素，天然铀是生产核武器的原料，也是核潜艇和核电站动力所需的基本原料。铀资源既是一种重要的战略资源，也是一种重要的能源。铀矿的勘探需要物理勘探、化学勘探等多种手段。而岩心钻探是确定铀矿品位与产量的最终方法。在某些矿区，地层松散、破碎且容易发生坍塌、掉块、或钻孔缩径。钻探岩心采取率很低甚至根本取不上岩心，因而无法准确判断所钻遇地层是否为铀矿层。在某些地区进行深部铀矿钻探，下部地层破碎取不上岩心，提出钻具后下部塌孔或缩径而无法继续向下进尺，常发生千米深孔形同报废的问题。再加上地表由于环境保护的限制，难以重开新孔，这给钻探工作带来极大的困难。
国内虽然有对地层伽马强度随钻测量的实例，其目的是划分岩性和地层对比、计算地层泥质含量和计算粒度中值，但不能用于铀矿的岩心钻探工作中。另外，进行铀矿钻孔测量时，也有利用自然伽马强度判断钻遇地层是否为铀矿的方法，但是，这种测量是在钻孔完成后把测量仪器下入井孔进行测量的，其前提是钻孔必须稳定，使测量仪器能够顺利下入井孔，在松散、破碎、易坍塌的地层中根本无法使用。现有的取芯钻进技术在某些松散、破碎地层铀矿勘探中，应用效果不好，取芯率低甚至取不出岩心；这便无法通过岩心进行相关分析，来确定所钻地层是否为铀矿。本发明能很好地解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于岩心钻探的随钻伽马测铀仪，该仪器可用于难以获取岩心的地层，通过测量地层的自然伽马强度来进行铀矿勘探，在取心钻进的同时随钻测量自然伽马强度来判断所钻遇地层是否为铀矿。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于岩心钻探的随钻伽马测铀仪，其特征在于它包括外管1、内管、电池组件7、紧固压簧15、传感器18；外管1为无磁钻杆，外管的上端接口33与钻杆39的下端相连接，外管的下端接口35与岩芯管35相连接；内管位于外管1内，外管与内管的环状空间为钻井液的流通通道；内管与外管1之间设有紧固压簧15；
内管包括电源开关固定件4、电池仓抗压筒6、第一抗压筒连接头10、电路板仓抗压筒14、第二抗压筒连接头32、传感器仓抗压筒16、堵头螺塞20，电源开关固定件4、电池仓抗压筒6、第一抗压筒连接头10、电路板仓抗压筒14、第二抗压筒连接头32、传感器仓抗压筒16、堵头螺塞20均为绝缘体；
电池仓抗压筒6的上端与电源开关固定件4相连，电池仓抗压筒6的下端由第一抗压筒连接头10与电路板仓抗压筒14的上端相连；电路板仓抗压筒14的下端由第二抗压筒连接头32与传感器仓抗压筒16的上端相连，传感器仓抗压筒16的上端与堵头螺塞20相连；电源开关固定件4、第一抗压筒连接头10、第二抗压筒连接头32上均设有通孔，电源开关固定件4上的通孔的上端由电源开关5封堵；第一抗压筒连接头10、第二抗压筒连接头32的外侧面上设有紧固压簧孔，紧固压簧15的一部分位于紧固压簧孔内；
电池组件7位于电池仓抗压筒6内，信号处理电路（电路板13）位于电路板仓抗压筒14内，电池组件7给信号处理电路、传感器提供电源，传感器18位于传感器仓抗压筒16内，传感器18与信号处理电路的传感器信号输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器相连。
所述的信号处理电路还包括信号发射模块，单片机的信号输出端与信号发射模块相连，随钻伽马测铀仪还包括接收信号发射模块发射的信号的地面信号接收器41；堵头螺塞20上设有通孔，堵头螺塞20上的通孔的下端由水密插座21封堵，水密插座21上插有水密插头22，信号处理电路的发射模块的输出由水密插头22上2根信号线分别与第一发射天线36、第二发射天线38相连；第一发射天线36、第二发射天线38均为金属圆筒，外管1的下端通过第一发射天线36与岩芯管35相连接，外管1的上端通过第二发射天线38与钻杆39的下端相连接。
本发明即使在某些地层取不出岩心，也能够有效的进行铀矿勘探。其原理是在取心钻进的同时随钻测定地层的伽马强度，存储起来（保存），或并通过电磁波实时的把信号传输到地面，在地面即可及时判定是否钻遇铀矿。地层中含有铀、钍、钾及其放射性同位素，在衰变时会产生自然伽马射线，不同的地层自然伽马强度不同；自然伽马传感器计数率与地层的自然伽马强度成正比，地层的自然伽马强度值越大地层中铀的含量越高。因此，可以通过测量地层自然伽马强度值来判断地层是否含有铀矿。
本发明的有益效果是：在取心钻进的同时随钻测量自然伽马强度来判断所钻遇地层是否为铀矿，相关的研究国内还处于空白。
附图说明
图1为本发明基于岩心钻探的随钻伽马测铀仪的装配图【本发明随钻伽马测铀仪位于钻杆（钻杆节组件）内】，图1为一个整体，为了方便表示，将其划分为四段。
图2为本发明信号处理电路的框图。
图3为本发明另一个实施例应用的整个系统的示意图。
图中标号：1-外管；2-电源开关罩；3-O型密封圈；4-电源开关固定件；5-电源开关；6-电池仓抗压筒；7-电池组件（锂电池组）；8-压簧；9-七芯插座；10-第一抗压筒连接头；11-O型密封圈；12-电路板固定块；13-电路板；14-电路板仓抗压筒；15-紧固压簧；16-传感器仓抗压筒；17-传感器左固定块；18-传感器；19-传感器右固定块；20-堵头螺塞；21-水密插座；22-水密插头；23-O型密封圈；24-O型密封圈；25-内六角圆柱头螺钉；26-电路板固定底板；27-十字槽盘头螺钉；28-内六角圆柱头螺钉；29-十字槽沉头螺钉；30-十字槽盘头螺钉；31-电源开关支撑板；32-第二抗压筒连接头；33-上端接口；34-下端接口；
35-岩芯管，36-第一发射天线，37-地面接收天线，38-第二发射天线，39-钻杆， 40-钻机，41-地面信号接收器。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1-2所示，一种基于岩心钻探的随钻伽马测铀仪，它包括外管1、内管、电池组件7、紧固压簧15、传感器18；外管1为无磁钻杆，外管的上端接口33与钻杆39的下端相连接（螺纹连接），外管的下端接口35与岩芯管35相连接（螺纹连接）；内管位于外管1内，外管与内管的环状空间为钻井液的流通通道；内管与外管1之间设有紧固压簧15（即内管由紧固压簧卡在外管内）；
内管包括电源开关固定件4、电池仓抗压筒6、第一抗压筒连接头10、电路板仓抗压筒14、第二抗压筒连接头32、传感器仓抗压筒16、堵头螺塞20，电源开关固定件4、电池仓抗压筒6、第一抗压筒连接头10、电路板仓抗压筒14、第二抗压筒连接头32、传感器仓抗压筒16、堵头螺塞20均为绝缘体（无磁）；
电池仓抗压筒6的上端与电源开关固定件4相连（由十字槽沉头螺钉29固定连接，电源开关固定件同时起“堵头”作用；电源开关固定件4的上端部设有电源开关5，电源开关5由电源开关支撑板31、十字槽盘头螺钉30固定在电源开关固定件4上；电源开关固定件4的上端设有电源开关罩2，电源开关罩2保护电源开关5，电源开关罩2与电源开关固定件4之间设有O型密封圈3），电池仓抗压筒6的下端由第一抗压筒连接头10与电路板仓抗压筒14的上端相连（第一抗压筒连接头10与电池仓抗压筒6的下端、电路板仓抗压筒14的上端之间设有O型密封圈11，由十字槽沉头螺钉固定连接）；电路板仓抗压筒14的下端由第二抗压筒连接头32与传感器仓抗压筒16的上端相连（第二抗压筒连接头32与电路板仓抗压筒14的下端、传感器仓抗压筒16的上端之间设有型密封圈，由十字槽沉头螺钉固定连接），传感器仓抗压筒16的上端与堵头螺塞20相连（堵头螺塞20与传感器仓抗压筒16的上端之间设有O型密封圈24、O型密封圈23，由十字槽沉头螺钉固定连接）；电源开关固定件4、第一抗压筒连接头10、第二抗压筒连接头32上均设有通孔，电源开关固定件4上的通孔的上端由电源开关5封堵；第一抗压筒连接头10、第二抗压筒连接头32的外侧面上设有紧固压簧孔，紧固压簧15的一部分位于紧固压簧孔内；
电池组件7位于电池仓抗压筒6内（电池组件7的两端设有压簧8），信号处理电路（电路板13）位于电路板仓抗压筒14内（电路板13由电路板固定块12、电路板固定底板26、内 六角圆柱头螺钉28固定在电路板仓抗压筒上），电池组件7给信号处理电路、传感器提供电源（由七芯插座9相连），传感器（自然伽马传感器、伽马传感器、伽马射线传感器）18位于传感器仓抗压筒16内（由传感器左固定块17、传感器右固定块19、内六角圆柱头螺钉25固定），传感器18与信号处理电路的传感器信号输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器相连。
信号处理电路包括自然伽马传感器电路、单片机，自然伽马传感器电路的输出与单片机（微处理器）的信号输入端相连。自然伽马传感器电路包括：低压稳压电源、高压电源、前置放大器、比较器、整形器、功率放大器和数据编码器。低压稳压电源是自然伽马传感器的外接直流低压电源，可由锂电池组或井底直流发电机提供；高压电源是通过直流电变压升压得到的，其电压高达上千伏，为自然伽马传感器内部组件提供电压；自然伽马传感器的输出的信号比较微弱，采集微弱信号时，需要低噪声前置放大器，以尽可能降低系统噪声系数，从而获得较好的灵敏度；比较器是电压比较器的简称，它在电路中的作用是对两个输入电压进行比较，从而判断是输出高电平还是低电平，并根据输出的电平来确定输入信号的大小和极性；整形器的作用就是对从比较器输出的信号进行放大整形，方便后面电路对其处理；功率放大器的作用就是将微弱的信号放大成较强的信号，从而输出较大的电流；数据编码器作用就是按照一定的规则和约定，将所需的数据库信息加工处理，将其用特定的数字来表示，从而进行传输。
从自然伽马传感器探管引出出来四根线，四根线分别为：正电压电源线、负电压电源线、信号输出线、电源和信号共用的地线。四根线连接到一个四孔插座内，再通过这个四孔插座与快速电缆插头连接。
自然伽马传感器可以探测地层自然伽马强度，其测量的计数率与自然伽马强度成正比；所述随钻伽马测铀仪位于钻杆下端贴近钻头的位置。压簧8，用来减震。
实施例2
如图3所示，与实施例1基本相同，不同之处在于增加了：信号发射模块、第一发射天线36、第二发射天线38、地面信号接收器。
所述的信号处理电路还包括信号发射模块，单片机的信号输出端与信号发射模块相连，随钻伽马测铀仪还包括接收信号发射模块发射的信号的地面信号接收器41；堵头螺塞20上设有通孔，堵头螺塞20上的通孔的下端由水密插座21封堵，水密插座21上插有水密插头22，信号处理电路的发射模块的输出由水密插头22上2根信号线分别与第一发射天线36、第二发射天线38相连；第一发射天线36、第二发射天线38均为金属圆筒，外管1的下端通过第一发射天线36与岩芯管35相连接（螺纹连接），外管1的上端通过第二发射天线38与钻杆39的下端相连接（螺纹连接）。
将上述自然伽马传感器的计数率处理并加载到电磁波上，第一发射天线36、第二发射天线38将上述电磁波通过地层发送到地面；地面上的地面信号接收器和地面接收天线，用于接收井底传上来的电磁波，并对电磁波进行处理以获得地层自然伽马强度；并对其处理获取地层的自然伽马强度；地面相应的软件时时接收并显示上述自然伽马强度，当钻遇到铀矿层时该软件并能作出预警。
一种使用方法如下：
1）、自然伽马传感器对地层自然伽马强度进行测量，得到该地层的自然伽马强度的计数率；将上述计数率处理记录并保存（实施例1）。
2）、实时传输到地面；地面通过地面信号接收器（如电磁波地面接收器）接收信号，并对其处理获取地层的自然伽马强度；地面相应的软件时时接收并显示上述自然伽马强度，当钻遇到铀矿时该软件并能作出预警（判断所钻遇地层是否为铀矿层）。（实施例2）。
上述方案已经经过多次试验，试验证明本发明能满足上述所要求的功能。以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于岩心钻探的随钻伽马测铀仪，其特征在于它包括外管（1）、内管、电池组件（7）、紧固压簧（15）、传感器（18）；外管（1）为无磁钻杆，外管的上端接口（33）与钻杆（39）的下端相连接，外管的下端接口（35）与岩芯管（35）相连接；内管位于外管（1）内，外管与内管的环状空间为钻井液的流通通道；内管与外管（1）之间设有紧固压簧（15）；
内管包括电源开关固定件（4）、电池仓抗压筒（6）、第一抗压筒连接头（10）、电路板仓抗压筒（14）、第二抗压筒连接头（32）、传感器仓抗压筒（16）、堵头螺塞（20），电源开关固定件（4）、电池仓抗压筒（6）、第一抗压筒连接头（10）、电路板仓抗压筒（14）、第二抗压筒连接头（32）、传感器仓抗压筒（16）、堵头螺塞（20）均为绝缘体；
电池仓抗压筒（6）的上端与电源开关固定件（4）相连，电池仓抗压筒（6）的下端由第一抗压筒连接头（10）与电路板仓抗压筒（14）的上端相连；电路板仓抗压筒（14）的下端由第二抗压筒连接头（32）与传感器仓抗压筒（16）的上端相连，传感器仓抗压筒（16）的上端与堵头螺塞（20）相连；电源开关固定件（4）、第一抗压筒连接头（10）、第二抗压筒连接头（32）上均设有通孔，电源开关固定件（4）上的通孔的上端由电源开关（5）封堵；第一抗压筒连接头（10）、第二抗压筒连接头（32）的外侧面上设有紧固压簧孔，紧固压簧（15）的一部分位于紧固压簧孔内；
电池组件（7）位于电池仓抗压筒（6）内，信号处理电路位于电路板仓抗压筒（14）内，电池组件（7）给信号处理电路、传感器提供电源，传感器（18）位于传感器仓抗压筒（16）内，传感器（18）与信号处理电路的传感器信号输入端相连，信号处理电路包括单片机，单片机通过接口电路与存储器相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于岩心钻探的随钻伽马测铀仪，其特征在于: 所述的信号处理电路还包括信号发射模块，单片机的信号输出端与信号发射模块相连；随钻伽马测铀仪还包括接收信号发射模块发射的信号的地面信号接收器（41）；堵头螺塞（20）上设有通孔，堵头螺塞（20）上的通孔的下端由水密插座（21）封堵，水密插座（21）上插有水密插头（22），信号处理电路的发射模块的输出由水密插头（22）上2根信号线分别与第一发射天线（36）、第二发射天线（38）相连；第一发射天线（36）、第二发射天线（38）均为金属圆筒，外管（1）的下端通过第一发射天线（36）与岩芯管（35）相连接，外管（1）的上端通过第二发射天线（38）与钻杆（39）的下端相连接。
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