CN105715250B - 钻进与井地地震联合测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是钻进与井地地震联合测试系统，包括钻机、地震记录仪、地震检波器、地震信号触发器、泥浆泵、泥浆脉冲发生器和旋转水龙头，岩心管与钻杆之间连接有孔内震源装置，在钻进过程中启动地表的泥浆脉冲发生器即可以适时进行井地地震试验。孔内震源装置由驱动器、电池、直线电动机、吊环和穿心锤组成，吊环与穿心锤之间设有双滚珠自动卡锁、解锁机构。本发明能够实现井地地震、钻进同步进行的目的，简化现有工艺流程，利用钻探孔直接开展工程地震，互不影响、一孔多用而提高了测试效率、降低了测试成本。

Description

钻进与井地地震联合测试系统
技术领域
本发明属于工程地质勘察领域,特别是涉及一种钻进与井地地震联合测试系统。
背景技术
工程地震勘探是在地面施加一竖向激振力，地震波在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面将发生反射与折射，地表的检波器接收记录因竖向激振力引发的地震波。引发竖向激振力的方法包括用大锤敲击地面、孔中炸药和电火花。
上述三种引发竖向激振力的方法分别存在以下缺陷，即，大锤锤击地面能量弱，探测距离短；炸药或电火花是孔中震源，需要在地面预先钻孔，把火药或电火花装置埋入孔内通过导线连接地面，操作流程复杂、劳动强度大。
发明内容
本发明针对上述三种引发竖向激振力的方法存在的不足而公开一种钻进与井地地震联合测试系统，该联合测试系统将钻探与地震勘探有机结合，能实现工程钻进、地震同步进行，简化了现有工艺流程，极大地提高了生产效率并降低了地震勘探成本。
本发明为实现上述目的采取以下技术方案：一种钻进与井地地震联合测试系统，包括钻机、钻杆、钻头和岩心管，特征是，岩心管与钻杆之间连接有孔内震源装置，钻孔周边地表设有地震记录仪、地震检波器和地震信号触发器，所述地震记录仪设有分别连接地震检波器和地震信号触发器的信号电缆，钻孔周边地表还设有由管路依次连接的泥浆泵、泥浆脉冲发生器和旋转水龙头，所述旋转水龙头与钻杆相连接，所述孔内震源装置由外筒体、连接外筒体上端的钻杆接头和连接外筒体下端的岩心管接头构成的外套，岩心管接头支撑并固定有内筒体和位于内筒体中的导杆，导杆与内筒体同轴心，所述导杆是由底部的大直径杆、上部的小直径杆和连接的大直径杆与小直径杆的变径杆构成，导杆底端设有锤底座，锤底座支撑有穿心锤，穿心锤的外圆面与内筒体内壁滑配合，所述内筒体上部由上至下依次设有驱动器、电池和直线电动机，驱动器控制端连接于直线电动机与电池之间，直线电动机下端设有钢丝绳吊挂的吊环，吊环与穿心锤的中心孔上端内凸沿之间设有间隔，所述吊环圆周对称分布双滚珠自动卡锁、解锁机构，下降到位状态时的吊环其自动卡锁、解锁机构的外侧滚珠与穿心锤中心孔上端内凸沿的底侧相接合，内侧滚珠与大直径杆部分相接合，提升状态下的吊环与导杆的小直径杆部分对应时，其自动卡锁、解锁机构的内侧滚珠与小直径杆部分相接合，外侧滚珠与穿心锤中心孔上端内凸沿的底侧相脱离。
本发明还可以采取以下技术措施：
所述内筒体上端与驱动器边沿之间设有密封圈。
所述内筒体底端与岩心管接头的环形支座相固定。
所述外套的外筒体与内筒体之间设有过水环，岩心管接头设有过水孔。
本发明的有益效果和优点在于：本发明将孔内震源装置连接于钻探设备，在钻进过程中可以适时进行井地地震试验，启动地表的泥浆脉冲发生器，其脉冲信号被孔内震源装置的驱动器接收，驱动器使直线电动机的电池电源接通，直线电动机下端将钢丝绳吊挂的吊环下移并与穿心锤的中心孔衔接，吊环的双滚珠自动卡锁、解锁机构处于卡锁状态，在直线电动机自动反向运动时，卡锁状态的吊环带动穿心锤向上运动。当向上运动的吊环其双滚珠自动卡锁、解锁机构与导杆的小直径杆部分对应时，其自动卡锁、解锁机构转换为解锁状态，穿心锤自由落体并以一定能量冲击锤底座形成井下地震，调整泥浆脉冲发生器的频率即可以控制井下地震的频率。地表设置的地震记录仪通过地震检波器和地震信号触发器记录地震波，经后期处理获得地下地层分布情况。关闭泥浆脉冲发生器，孔内震源装置即停止工作，泥浆泵将正常进行冷却水的输送与循环。本发明能够实现井地地震、钻进同步进行的目的，简化现有工艺流程，利用钻探孔直接开展工程地震，互不影响、一孔多用而提高了测试效率、降低了测试成本。
附图说明
附图1是本测试系统结构示意图。
附图2是孔内震源装置结构示意图之一。
附图3是孔内震源装置结构示意图之二。
附图4是吊环双滚珠自动卡锁、解锁机构结构示意图。
图中标记：1钻头，2岩心管，3孔内震源装置，3-1钻杆接头，3-2外筒体，3-3岩心管接头，3-3-1过水孔，3-3-2环形支座，3-4锤底座，3-5穿心锤，3-6导杆，3-7内筒体，3-8吊环，3-8-1双滚珠自动卡锁、解锁机构，3-8-1a限位管，3-8-1b内侧滚珠，3-8-1c外侧滚珠，3-8-1d孔槽，3-9钢丝绳，3-10直线电动机，3-11电池，3-12驱动器，3-13密封圈，3-14过水环，4钻杆，5旋转水龙头，6泥浆脉冲发生器，7泥浆泵，8地震检波器，9地震信号触发器，10地震记录仪。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。
如图1所示，钻进设备包括钻机(未示出)、钻杆4、钻头1和岩心管2，岩心管2与钻杆4之间连接有孔内震源装置3。岩心管2在测试系统不进行地震测试时可进行钻探取芯。
钻孔周边地表设有地震记录仪10、地震检波器8和地震信号触发器9，地震记录仪10设有分别连接地震检波器8和地震信号触发器9的信号电缆。
钻孔周边地表还设有由高压胶管依次连接的泥浆泵7、泥浆脉冲发生器6和旋转水龙头5，旋转水龙头5与钻杆4相连接。在泥浆脉冲发生器6停止工作时，泥浆泵7与旋转水龙头5能提供钻进需要的循环冷却水。
如图1、2、3所示，孔内震源装置由外筒体3-2、螺纹连接外筒体上端的钻杆接头3-1和连接筒体下端的岩心管接头3-3构成外套，岩心管接头3-3支撑并通过环形支座3-3-2固定内筒体3-7，外套的外筒体与内筒体之间设有过水环3-14，岩心管接头3-3设有过水孔3-3-1。
岩心管接头3-3还固定有位于内筒体中的导杆3-6，导杆3-6与内筒体3-7同轴心。
导杆3-6是由底部的大直径杆、上部的小直径杆和连接的大直径杆与小直径杆的变径杆构成，导杆3-6底端设有锤底座3-4，锤底座支撑有穿心锤3-5，穿心锤的外圆面与内筒体3-7内壁滑配合。
内筒体3-7上部由上至下依次设有驱动器3-12、电池3-11和直线电动机3-10，内筒体上端与驱动器3-12边沿之间设有密封圈3-13。
驱动器控制直线电动机加电运行，直线电动机3-10下端设有由钢丝绳3-9吊挂的吊环3-8，吊环与穿心锤3-5的中心孔上端内凸沿之间设有间隔。
如图3、4所示。吊环3-8圆周面对称分布四个现有技术中的双滚珠自动卡锁、解锁机构3-8-1，该机构由双滚珠即内侧滚珠3-8-1b和外侧滚珠3-8-1c和容纳双滚珠的孔槽3-8-1d组成，孔槽外端口的宽度小于外侧滚珠直径，内侧滚珠由限位管3-8-1a限位。在泥浆脉冲发生器为关闭状态时，吊环3-8与导杆3-6的小直径杆部分对应，外侧滚珠位于内侧滚珠外侧的孔槽槽底。
泥浆脉冲发生器启动后，吊环3-8下降，在下降过程中内侧滚珠通过导杆3-6的变径杆与大直径杆接触使外侧滚珠外移，并且外侧滚珠外移的部分大于吊环与穿心锤3-5的中心孔上端内凸沿之间间隔距离，当吊环3-8继续下降进入穿心锤3-5中心孔时，外侧滚珠受穿心锤中心孔上端内凸沿的阻挡而在孔槽3-8-1d中上移至c，的位置，使吊环顺利进入穿心锤中心孔。当外侧滚珠通过穿心锤3-5的中心孔上端内凸沿即吊环3-8下降到位后，该内凸沿的底部为外侧滚珠回落提供了空间，此时双滚珠自动卡锁、解锁机构3-8-1成为卡锁状态即吊环通过双滚珠与穿心锤为卡锁连接。在直线电动机自动反向运动时吊环带动穿心锤进入提升状态，当吊环与导杆的小直径杆部分对应时，其自动卡锁、解锁机构的内侧滚珠与小直径杆部分相接合，外侧滚珠与穿心锤中心孔上端内凸沿的底侧相脱离而使穿心锤自动解锁下落。
本发明的图示实施例其操作步骤如下：
S1：通过钻杆将孔内震源装置随钻头、岩心管一同下入孔内；
S2：开启泥浆泵，进行回转钻进取芯；到达测试深度时，开启脉冲发生器传输脉冲信号，孔内震源装置中的穿心锤以一定能量冲击锤底座，地震记录仪开始测试、记录、存储数据；
S3：测试完毕后关闭脉冲发生器，脉冲信号消失，孔内震源装置停止冲击，继续进行钻进取芯，直到下一测试深度；
S4：依次重复以上步骤直至达到最终设计深度。
以上仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制。

Claims (4)

1.钻进与井地地震联合测试系统，包括钻机、钻杆、钻头和岩心管，其特征在于：岩心管与钻杆之间连接有孔内震源装置，钻孔周边地表设有地震记录仪、地震检波器和地震信号触发器，所述地震记录仪设有分别连接地震检波器和地震信号触发器的信号电缆，钻孔周边地表还设有由管路依次连接的泥浆泵、泥浆脉冲发生器和旋转水龙头，所述旋转水龙头与钻杆相连接，所述孔内震源装置由外筒体、连接外筒体上端的钻杆接头和连接外筒体下端的岩心管接头构成的外套，岩心管接头支撑并固定有内筒体和位于内筒体中的导杆，导杆与内筒体同轴心，所述导杆是由底部的大直径杆、上部的小直径杆和连接的大直径杆与小直径杆的变径杆构成，导杆底端设有锤底座，锤底座支撑有穿心锤，穿心锤的外圆面与内筒体内壁滑配合，所述内筒体上部由上至下依次设有驱动器、电池和直线电动机，驱动器控制端连接于直线电动机与电池之间，直线电动机下端设有钢丝绳吊挂的吊环，吊环与穿心锤的中心孔上端内凸沿之间设有间隔，所述吊环圆周对称分布双滚珠自动卡锁、解锁机构，下降到位状态时的吊环其自动卡锁、解锁机构的外侧滚珠与穿心锤中心孔上端内凸沿的底侧相接合，内侧滚珠与大直径杆部分相接合，提升状态下的吊环与导杆的小直径杆部分对应时，其自动卡锁、解锁机构的内侧滚珠与小直径杆部分相接合，外侧滚珠与穿心锤中心孔上端内凸沿的底侧相脱离。
2.根据权利要求1所述的联合测试系统，其特征在于：所述内筒体上端与驱动器边沿之间设有密封圈。
3.根据权利要求1所述的联合测试系统，其特征在于：所述内筒体底端与岩心管接头的环形支座相固定。
4.根据权利要求1所述的联合测试系统，其特征在于：所述外套的外筒体与内筒体之间设有过水环，岩心管接头设有过水孔。
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