CN105370271B - 一种用于可燃冰探测的测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于可燃冰探测的测量装置，包括钻孔装置、信号发生装置和电池组件以及电阻率测量装置，可以通过钻孔装置将测量组件带入测量地层进行电阻率测量，再由信号发生装置对所测数据进行处理，并无线传输至地面接收设备。本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，实现了信号传输的实时、高效、便捷，无需反复测量，可以随钻孔的深入随时进行信号传输。

Description

一种用于可燃冰探测的测量装置

技术领域

本发明涉及可燃冰探测技术领域，具体涉及一种用于可燃冰探测的测量装置。

背景技术

可燃冰是在一定条件下由水和天然气组成的天然气水合物，外观像冰，遇火即可燃烧。可燃冰富含的大量甲烷是一种潜在的优质、清洁新能源，因此可燃冰的探测具有重要意义。关于可燃冰的探测方法，国内外均有学者做过大量的研究工作，所采用的方法也是多种多样的，由于在开采过程中会发生温、压变化及相变，与传统的煤炭、石油和天然气等化石能源相比，可燃冰的开采更为不易。

由于可燃冰接近绝缘体，含有可燃冰的地层呈现出较明显的高电阻率特征，因此可以利用这一特征进行可燃冰的探测。现有技术中，并没有直接应用电阻率特征对地层可燃冰探测的设备，探测人员通常采用钻孔取样的方法结合地质情况对地层进行取样，再在地面对样品进行检测，判断是否为可燃冰。探测方法原始且需要反复取样、操作重复、费时费力，并且无法获得实时数据。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中需要对目标地层反复取样、重复操作、费时费力的缺陷，从而提供一种能够获得实时探测数据、高效的用于可燃冰探测的测量装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，包括：

钻孔装置，包括外钻杆和安装于所述外钻杆前端的前钻头，所述外钻杆与所述前钻头内部形成连续的空腔结构，所述空腔结构内置有与所述外钻杆和前钻头同步转动的内连接套；

信号发生装置和电池组件，所述信号发生装置包括信号输出装置和控制组件，所述控制组件用于接收并处理电阻率测量端的测量数据，并将测量数据传送至所述信号输出装置，所述信号输出装置适于将数据无线传输至地面上的信号接收装置，所述信号发生装置、控制组件及电池组件自上而下依次设置于所述内连接套内部；以及

电阻率测量装置，包括短钻铤和安装于所述短钻铤前端的超前钻头，所述短钻铤与所述内连接套同步转动设置，所述短钻铤的外侧设有作为所述电阻率测量端的若干个电极，所述若干个电极与所述电池组件电连接。

所述内连接套内部还设有打捞装置，所述打捞装置包括打捞矛、基座和定向内套，所述基座、定向内套与所述内连接套固定连接，所述打捞矛与所述信号输出装置固定连接，所述打捞矛可将所述内连接套和内连接套内部的信号发生装置、电池组件以及电阻率测量装置一同打捞至地面上。

所述信号输出装置为泥浆脉冲发生器，所述泥浆脉冲发生器包括限流环组件和连接于所述限流环组件下端的电磁阀组件，所述电磁阀组件用于接收来自所述控制组件的控制信号并控制所述限流环组件动作，所述限流环组件安装于所述基座和定向内套内部、并与所述打捞矛通过螺纹固定连接。

所述内连接套外壁的下端加工有外齿牙，通过所述外齿牙与所述前钻头内壁的内齿牙啮合，以使所述内连接套随所述前钻头同步转动。

所述短钻铤相对于前端的另一端与所述内连接套的下端通过螺纹固定连接，以使所述短钻铤随所述内连接套同步转动。

所述内连接套内部还设有固定装置，所述固定装置连接于所述控制组件和所述电池组件之间。

所述固定装置为扶正器。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，包括钻孔装置、信号发生装置和电池组件以及电阻率测量装置，其中电阻率测量装置充分利用含有可燃冰的地层具有高电阻率这一特征，通过安装于超前钻头上的电极供电后在地层中产生电场，并根据电场感应测得电极之间的电势差，以此作为参考数据进行可燃冰探测的判断；并且通过短钻铤及超前钻头的设置，使得测量电极可以安装在短钻铤外侧，电极与电池组件间的连接线可以排布在短钻铤内部，当超前钻头发生磨损需要更换时，排线的拆装也十分方便。

2.本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，其中钻孔装置的设置不仅为电阻率测量装置深入地层提供了条件，并且设置于钻孔装置内部的内连接套也为信号发生装置、控制组件及电池组件提供了安装空间。

3.本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，其中信号发生装置的设置使得电阻率测量装置所测得的数据可以通过信号发生装置无线传输至地面接收设备，信号传输实时、高效、便捷，无需反复测量，可以随钻孔的深入随时进行信号传输。

4.本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，其打捞装置与内连接套固定连接的设置，使得可以通过打捞矛将内连接套以及内连接套内部的信号发生装置、控制组件以及电阻率测量装置一同打捞至地面上，便于在探测过程中出现信号等故障时将其打捞至地面进行检修更换。

5.本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，其内连接套外壁的下端加工有外齿牙，通过所述外齿牙与所述前钻头内壁的内齿牙啮合，短钻铤相对于前端的另一端与所述内连接套的下端通过螺纹固定连接，使得钻孔装置的前钻头转动带动内连接套同步转动，进一步带动短钻铤和超前钻头随前钻头同步转动。

6.本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，控制组件和电池组件之间还设置有扶正器，扶正器能够保持外钻杆平稳运转，减少钻头和外钻杆的偏磨，防止井斜。

7.本发明提供的用于可燃冰探测的测量装置，电池组件作为供电设备为井下测量装置提供了电能，消除了输电线路的长短对探测深度的限制，能够更加灵活的对不同深度的地层进行探测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的一种用于可燃冰探测的测量装置的剖视图；

附图标记说明：

1-打捞矛；2-限流环组件；3-定向内套；4-基座；5-电磁阀组件；

6-控制组件；7-扶正器；8-外钻杆；9-电池组件；10-内连接套；

11-前钻头；12-电极；13-短钻铤；14-超前钻头。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1为本实施方式中提供的一种用于可燃冰探测的测量装置的剖视图。如图1所示，本实施方式提供的用于可燃冰探测的测量装置，包括钻孔装置、信号发生装置、电池组件9以及电阻率测量装置。其中，钻孔装置包括外钻杆8和安装于所述外钻杆8前端的前钻头11，所述前钻头11为井下钻进的主要设备，所述外钻杆8与所述前钻头11内部形成连续的空腔结构，所述空腔结构内置有与所述外钻杆8和前钻头11同步转动的内连接套10。

所述信号发生装置包括信号输出装置和控制组件6，所述控制组件6用于接收并处理电阻率测量端的测量数据，并将测量数据传送至所述信号输出装置，所述信号输出装置适于将数据无线传输至地面上的信号接收装置，所述信号发生装置、控制组件6及电池组件9自上而下依次设置于所述内连接套10内部。

电阻率测量装置包括短钻铤13和安装于所述短钻铤13前端的超前钻头14，所述短钻铤13与所述内连接套10同步转动设置，所述短钻铤13的外侧设有作为所述电阻率测量端的若干个电极12，所述若干个电极12与所述电池组件9电连接。

通过在外钻杆8与前钻头11内部形成的连续空腔内设置内连接套10，并在内连接套10内部自上而下依次设置有信号发生装置和电池组件9，并将电阻率测量装置安装于内连接套10下端，使得内连接套10以及与内连接套10连接的各组件可随钻孔装置的钻进而深入地层，通过电阻率测量装置探测地层数据，并将数据传输至信号发生装置进行处理和计算，最终由信号发生装置将处理后的地层电阻率数据无线发送至地面接收装置。

具体地，前钻头11的上端成型有外螺纹，外钻杆8的下端成型有内螺纹，前钻头11通过内外螺纹配合连接于外钻杆8的下端，外钻杆8随前钻头11钻进地层形成钻孔，上述外钻杆8与前钻头11内部形成连续的空腔结构，该空腔结构内置有内连接套10。钻孔装置的设置为电阻率测量装置深入地层提供了条件，设置于钻孔装置内部的内连接套10为信号发生装置、控制组件6及电池组件9提供了安装空间，使得本实施方式的测量装置整体结构更紧凑。

进一步地，所述电阻率测量装置包括短钻铤13和安装于短钻铤13前端的超前钻头14，短钻铤13的外侧设有作为所述电阻率测量端的若干个电极12，所述若干个电极12与电池组件9电连接。安装于超前钻头14上的电极12供电后在地层中产生电场，并根据电场感应测得电极12之间的电势差，以此作为参考数据进行可燃冰探测的判断；电池组件9作为供电设备为井下测量装置提供了电能，消除了输电线路的长短对探测深度的限制，能够更加灵活的对不同深度的地层进行探测。通过短钻铤13及超前钻头14的设置，使得测量电极12可以安装在短钻铤13外侧，电极12与电池组件9间的连接线可以排布在短钻铤13内部，当超前钻头14发生磨损需要更换时，排线的拆装也十分方便。

本实施方式中，上述电极12裸露于短钻铤13的外侧，电极12设置数量在本实施方式中优选为三个，但不限于三个，在其他实施方式中，还可以是四个、五个、六个等。

更进一步地，上述内连接套10的外壁下端加工有外齿牙，通过所述外齿牙与前钻头11内壁的内齿牙啮合，以使内连接套10可随前钻头11同步转动；短钻铤13相对于前端的另一端与内连接套10的下端通过螺纹固定连接，以使所述短钻铤13随所述内连接套10同步转动，即钻孔装置的前钻头11转动带动内连接套10同步转动，进一步带动短钻铤13和超前钻头14随前钻头11同步转动。

作为本发明的优选实施方式，所述信号发生装置包括信号输出装置和控制组件6，控制组件6用于接收并处理电阻率测量端的测量数据，并将测量数据传送至所述信号输出装置，信号输出装置适于将数据无线传输至地面上的信号接收装置。信号发生装置的设置使得电阻率测量装置所测得的数据可以通过信号发生装置无线传输至地面接收设备，信号传输实时、高效、便捷，无需反复测量，可以随钻孔的深入随时进行信号传输。

具体地，上述信号输出装置优选为脉冲信号发生器，例如悬挂式泥浆脉冲发生器，在其他实施方式中，信号输出装置还可以是微波信号发生器，正弦信号发生器等。所述泥浆脉冲发生器包括限流环组件2和连接于限流环组件2下端的电磁阀组件5，电磁阀组件5用于接收来自控制组件6的控制信号并控制限流环组件2动作，从而实现将脉冲信号发送至地面接收装置。

作为本发明的进一步优选实施方式，内连接套10内部还设有打捞装置，所述打捞装置包括打捞矛1、基座4和定向内套3，基座4、定向内套3与内连接套10固定连接，打捞矛1与所述信号输出装置固定连接。

具体地，上述打捞装置安装于内连接套10内部的上端，限流环组件2设于定向内套3内，打捞矛1与限流环组件2通过螺纹连接，定向内套3的下端通过基座4与内连接套10固定连接。所述打捞装置与内连接套10固定连接的设置，使得可以通过打捞矛1将内连接套10以及内连接套10内部的信号发生装置、控制组件6以及电阻率测量装置一同打捞至地面上，便于在探测过程中出现信号等故障时将其打捞至地面进行检修更换。

另外，在外钻杆8空腔内、打捞装置的上方还设有压紧装置，在钻进过程中，压紧装置用于固定内连接套10以及与其相连接的各个组件，保证打捞装置、信号发生装置、电池组件9以及电阻率测量装置等跟随前钻头11不断深入地层而不发生相对移动。

本实施方式中，控制组件6和电池组件9之间还设置有固定装置，所述固定装置优选为扶正器7，扶正器7能够保持外钻杆8平稳运转，减少钻头和外钻杆8的偏磨，防止井斜；电池组件9作为供电设备为井下测量装置提供了电能，消除了输电线路的长短对探测深度的限制，能够更加灵活的对不同深度的地层进行探测。

如上所述，打捞装置通过基座4与内连接套10固定连接，电磁阀安装在基座4下部，通过螺纹向下顺序与控制组件6、扶正器7和电池组件9连接，电池组件9又通过销钉与电阻率测量装置的短钻铤13固定连接。在测量过程中，测量装置随钻孔装置的钻进而深入地层，安装于短钻铤13上的裸露电极12经电池组件9供电，在地层中产生电场，并根据电场感应测得各电极12之间电势差，通过计算即可获得测量地层区域的电阻率数据；将所测电阻率数据经控制组件6处理后，控制组件6控制电磁阀组件5和限流环组件2动作生成泥浆脉冲，以泥浆脉冲的信号方式将数据传送至地面接收装置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，包括：

钻孔装置，包括外钻杆(8)和安装于所述外钻杆(8)前端的前钻头(11)，所述外钻杆(8)与所述前钻头(11)内部形成连续的空腔结构，所述空腔结构内置有与所述外钻杆(8)和前钻头(11)同步转动的内连接套(10)；

信号发生装置和电池组件(9)，所述信号发生装置包括信号输出装置和控制组件(6)，所述控制组件(6)用于接收并处理电阻率测量端的测量数据，并将测量数据传送至所述信号输出装置，所述信号输出装置适于将数据无线传输至地面上的信号接收装置，所述信号发生装置、控制组件(6)及电池组件(9)自上而下依次设置于所述内连接套(10)内部；

电阻率测量装置，包括短钻铤(13)和安装于所述短钻铤(13)前端的超前钻头(14)，所述短钻铤(13)设于所述内连接套(10)的下端、并与所述内连接套(10)同步转动设置，所述短钻铤(13)的外侧设有作为所述电阻率测量端的若干个电极(12)，所述若干个电极(12)与所述电池组件(9)电连接。

2.根据权利要求1所述的用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，所述内连接套(10)内部还设有打捞装置，所述打捞装置包括打捞矛(1)、基座(4)和定向内套(3)，所述基座(4)、定向内套(3)与所述内连接套(10)固定连接，所述打捞矛(1)与所述信号输出装置固定连接，所述打捞矛(1)可将所述内连接套(10)和内连接套(10)内部的信号发生装置、电池组件(9)以及电阻率测量装置一同打捞至地面上。

3.根据权利要求2所述的用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，所述信号输出装置为泥浆脉冲发生器，所述泥浆脉冲发生器包括限流环组件(2)和连接于所述限流环组件(2)下端的电磁阀组件(5)，所述电磁阀组件(5)用于接收来自所述控制组件(6)的控制信号并控制所述限流环组件(2)动作，所述限流环组件(2)安装于所述基座(4)和定向内套(3)内部、并与所述打捞矛(1)通过螺纹固定连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，所述内连接套(10)外壁的下端加工有外齿牙，通过所述外齿牙与所述前钻头(11)内壁的内齿牙啮合，以使所述内连接套(10)随所述前钻头(11)同步转动。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，所述短钻铤(13)相对于前端的另一端与所述内连接套(10)的下端通过螺纹固定连接，以使所述短钻铤(13)随所述内连接套(10)同步转动。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，所述内连接套(10)内部还设有固定装置，所述固定装置连接于所述控制组件(6)和所述电池组件(9)之间。

7.根据权利要求6所述的用于可燃冰探测的测量装置，其特征在于，所述固定装置为扶正器(7)。