CN105927209B - 一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地质勘探技术领域，公开了一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪，包括：测量短节以及位于测量短节内的数据采集存储系统；数据采集系统包括：甲烷传感器、数据处理芯片以及数据存储模块；甲烷传感器固定在测量短节上，通过数据处理芯片与数据存储模块相连；测量短节包括：主轴、电池仓、电路盒和传感器座；主轴上开设孔槽，电池仓固定在孔槽内；电路盒固定在孔槽内，数据处理芯片以及数据存储模块置于电池盒内，与电池仓连接；传感器座固定在孔槽内，甲烷传感器固定在传感器座上，与数据处理芯片相连。本发明提供了一种高可靠性，高稳定性的煤层气钻井甲烷浓度探测仪。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪。
背景技术
中国煤层气(主要成分为甲烷)储量丰富，其中埋深浅于2000米的煤层气资源储量约占世界的三分之一，因此，为充分利用煤层气资源，加大了煤层气的勘探开发力度十分必要。
而在煤层气钻井过程中，所钻遇煤层的煤层气浓度数据对于制定合理的钻井轨迹、压裂工艺及排采工艺等均至关重要。现有技术中，由于钻进设备的动作过程，振动和钻进方式的限制，导致探测过程中，探测仪表仪器受振动和地层环境的影响，工作状态十分不稳定，测来那个结果可靠性相对较低。缺乏针对煤层气钻井钻进过程的甲烷浓度的高可靠性的设备。
发明内容
本发明提供一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪，解决现有技术中煤层气钻井过程中甲烷浓度检测过程可靠性低，受地底环镜和钻进设备影响大的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪，包括：测量短节以及位于所述测量短节内的数据采集存储系统；
所述数据采集系统包括：甲烷传感器、数据处理芯片以及数据存储模块；所述甲烷传感器固定在所述测量短节上，通过所述数据处理芯片与所述数据存储模块相连；
所述测量短节包括：主轴、电池仓、电路盒和传感器座；
所述主轴上开设孔槽，所述电池仓固定在所述孔槽内；所述电路盒固定在所述孔槽内，所述数据处理芯片以及所述数据存储模块置于所述电池盒内，与所述电池仓连接；所述传感器座固定在所述孔槽内，所述甲烷传感器固定在所述传感器座上，与所述数据处理芯片相连；
其中，在执行煤层气钻井甲烷浓度测量时，所述主轴连接在两节钻杆间；所述电池仓内装入电池为所述数据采集系统供电；
所述甲烷传感器跟随所述钻杆转动，深入煤层钻井，实时检测甲烷浓度。
进一步地，所述数据采集系统还包括：位移传感器；
所述位移传感器固定在所述传感器座上，与所述数据处理芯片相连；
其中，在执行钻井检测过程中，所述位移传感器跟随所述钻杆移动，实时监测钻进深度。
进一步地，所述测量短节还包括：防护罩；
所述防护罩覆盖在所述孔槽上，将所述数据采集存储系统密封在所述主轴内。
进一步地，所述电池仓还包括：电池仓盖；
所述电池仓盖嵌于所述电池仓内；
在装入电池时，所述电池仓盖将所述电池压紧在所述电池仓内。
进一步地，所述电池仓为筒形结构，内设导电压簧；
其中，在装入电池的情况下，电池直立在所述导电压簧上，所述电池仓盖嵌于所述电池仓内，压紧所述电池。
进一步地，所述电池仓为筒形结构，所述电池仓盖半圆弧形结构，环套在所述电池仓外，可绕所述电池仓转动，密封所述电池仓。
进一步地，所述主轴底部开设衔接凹槽，所述主轴顶部开设外螺纹接头；
其中，在执行钻进操作时，所述衔接凹槽以及所述外螺纹接头分别与钻杆连接。
进一步地，所述传感器座还包括：密封胶圈以及密封压盖；
所述密封压盖将所述密封胶圈压紧在所述传感器座上，将所述甲烷传感器密封在所述传感器座上。
进一步地，所述主轴外壁上开设传感器槽，所述传感器槽与所述孔槽间开设通孔；
所述传感器座固定在所述传感器槽内，通过所述通孔与所述数据处理芯片相连；
所述传感器座上设置密封压盖将所述甲烷传感器密封在所述传感器座上；
所述主轴上设置一样防护罩密封所述传感器槽。
进一步地，所述孔槽开设在所述主轴内部，所述孔槽的槽口位于所述主轴顶部，并通过密封塞密封。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的煤层气钻井甲烷浓度探测仪，采用主轴作为探测仪主体，使用时连接在两节钻杆之间，跟随钻杆深入到钻井内，大大降低了受环境挤压剐蹭等因素的影响，保持良好的检测状态；另一方面，将所述测用传感器和数据处理芯片和存储模块封存在主轴内，隔绝地底环境，进一步降低了地底，水，气等的腐蚀，保持良好的检测状态；同时，由于密封在主轴内部，绕轴性轴线转动，使得钻进振动大大削弱，保持监测系统的稳定连接和正常的工作状态，使得检测结果可靠性大大提升。
附图说明
图1为本发明实施例提供的煤层气钻井甲烷浓度探测仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的传感器槽的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的数据处理芯片和数据存储模块的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪，解决现有技术中煤层气钻井过程中甲烷浓度检测过程可靠性低，受地底环镜和钻进设备影响大的技术问题；达到了克服钻进振动，地底环境损伤检测设备的问题，大大提升了检测效率和可靠性。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1～图3，本发明实施例提供的一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪，包括：测量短节以及位于所述测量短节内的数据采集存储系统。
具体来说，所述测量短节作为载体，连接在两节相邻的钻杆之间，跟随钻杆深入钻井。所述测量短节跟随所述钻杆转动。所述数据采集存储系统置于所述测量短节内，跟随所述钻杆深入钻井内，实时监测甲烷浓度。
参见图3，所述数据采集系统包括：甲烷传感器17、数据处理芯片U1以及数据存储模块U2；所述甲烷传感器17固定在所述测量短节上，通过所述数据处理芯片U1与所述数据存储模块U2相连。
所述甲烷传感器17与所述数据处理芯片U1相连，实时检测钻井内的甲烷浓度，并回传给所述数据处理芯片，分析整理；并进一步存储在所述数据存储模块U2.
具体来说，可选的，数据处理芯片U1的型号为IRC15W4K63S4-1，数据存储模块U2型号为UV700-FAT32，甲烷传感器型号为CU-MH-741A。
IRC15W4K63S4-1的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、VCC、GND引脚分别与UV700-FAT32的RXD、TXD、BUSY、PWCLT、VCC1、GND1引脚相连接，其中P3.0、P3.1引脚用于传输数据，P3.2引脚用于检测存储模块是否为忙的状态，P3.3引脚用于控制存储模块的供电电源，VCC、GND引脚用于给存储模块供电。
CU-MH-741A的D1、D2引脚分别与IRC15W4K63S4-1的P1.0、P1.1引脚相连接，用于传输数据，CU-MH-741A的VCC2、GND2引脚分别与IRC15W4K63S4-1的VCC、GND相连接，用于供电。此外，IRC15W4K63S4-1的VCC、GND引脚还分别与插头P1的2、1引脚相连接，P1引脚的2用于连接+5V电源的正极，P1引脚的1用于链接+5V电源的负极。
进一步的，可选的，所述数据采集系统还包括：位移传感器；所述位移传感器固定在所述传感器座13上，与所述数据处理芯片U1相连；其中，在执行钻井检测过程中，所述位移传感器跟随所述钻杆移动，实时监测钻进深度。
所述位移传感器与所述甲烷传感器17，同时工作，分别记录甲烷浓度数据和钻入深度，形成对应存储，即某一钻进深度的情况下，对应一具体的浓度参数。
参见图1和图2，所述测量短节包括：主轴3、电池仓5、电路盒10和传感器座13。
所述主轴3上开设孔槽，所述电池仓5固定在所述孔槽内；所述电路盒10固定在所述孔槽内，所述数据处理芯片U1以及所述数据存储模块U2置于所述电池盒10内，与所述电池仓5连接，构筑供电连接结构；所述传感器座13固定在所述孔槽内，所述甲烷传感器17固定在所述传感器座13上，与所述数据处理芯片U1相连。
其中，在执行煤层气钻井甲烷浓度测量时，所述主轴3连接在两节钻杆间；所述电池仓5内装入电池为所述数据采集系统供电。
所述甲烷传感器17跟随所述钻杆转动，深入煤层钻井，实时检测甲烷浓度。
所述测量短节还包括：防护罩4；所述防护罩4覆盖在所述孔槽上，将所述数据采集存储系统密封在所述主轴3内。隔绝钻井环境对内部的损伤。
进一步地，所述电池仓5还包括：电池仓盖8；所述电池仓盖嵌于所述电池仓5内。
在装入电池时，所述电池仓盖8将所述电池7压紧在所述电池仓5内。
具体来说，所述电池仓5为筒形结构，内设导电压簧6；在装入电池7的情况下，电池7直立在所述导电压簧6上，所述电池仓盖8嵌于所述电池仓5内，压紧所述电池7。
可选的，所述电池仓5为筒形结构，所述电池仓盖为半圆弧形结构，环套在所述电池仓5外，可绕所述电池仓5转动，密封所述电池仓5。
进一步地，主轴3的衔接稳定性对于整个钻井检测和钻井结构的可靠性很重要，优选的，所述主轴3底部开设衔接凹槽，所述主轴顶部开设外螺纹接头1；在执行钻进操作时，所述衔接凹槽以及所述外螺纹接头分别与钻杆连接。
所述传感器座13还包括：密封胶圈14以及密封压盖16；所述密封压盖16将所述密封胶圈14压紧在所述传感器座13上，通过紧固螺钉15固定，将所述甲烷传感器17密封在所述传感器座13上。充分隔绝检测元件，即甲烷传感器17与地底环境进一步隔绝，保障其工作环境的稳定和避免干扰。
所述主轴3外壁上开设传感器槽，所述传感器槽与所述孔槽间开设通孔；所述传感器座13固定在所述传感器槽内，通过所述通孔与所述数据处理芯片U1相连；所述传感器座13上设置密封压盖16将所述甲烷传感器17密封在所述传感器座13上；所述主轴3上设置一样防护罩4密封所述传感器槽。
可选的，所述孔槽开设在所述主轴3内部，所述孔槽的槽口位于所述主轴3顶部，并通过密封塞11密封。
本实施例还针对上述结构，提出一种可选的具体化实施方案，下面将具体说明。
所述探测仪，具体包括：螺纹接头1、O型圈2、主轴3、防护罩4、电池仓5、导电压簧6、电池7、电池仓盖8、电路仓9、电路盒10、固定塞11、垫片12、传感器座13、密封胶圈14、螺钉15、密封压盖16、甲烷传感器17以及固定螺栓18。
螺纹接头1上端通过公螺纹与钻杆相连接、1-接头下端通过母螺纹与3-主轴相连接，同时螺纹接头1将O型圈2压紧于主轴3顶端，进行密封，实现主轴内部与钻井内不绝对隔离。
主轴3的下端通过母螺纹与钻杆相连接，主轴3中心加工有阶梯孔，电池仓5放置于主轴3的阶梯孔内；电池仓内设置导电压簧6，电池7可直立于导电压簧6上，电池仓盖8通过螺纹与电池仓5相连接并电池7压紧。
电路仓9通过螺纹与电池仓盖8相连接，电路盒10通过胶粘剂粘贴于电路仓9上，固定塞11通过螺纹与主轴3相连接，通过端部的圆凸台插入电路仓9内，将电路仓9固定锁紧。
上述结构，通过阶梯孔，根据电池仓5，电路仓9的形态设置相匹配的阶梯结构，从而使得电池仓5和电路仓9，充分固定在阶梯孔内，严格抵靠贴合，使之无法产生横向或者纵向位移；从而保证在主轴跟随钻杆转动的过程中，不会产生额外的晃动，特别是在高频振动的情况下，保持主轴和钻杆的正常动作。
主轴3侧面铣有凹槽平面，平面上加工有螺纹孔，垫片12安装于传感器座13与主轴3之间，传感器座13通过螺纹与主轴3连接并将垫片12压紧进行密封。保证凹槽平面与所述孔槽的绝对密封。
传感器座13上加工有凹槽，密封胶圈14放置于凹槽内，甲烷传感器17穿过密封胶圈14的中心孔后放置于传感器座13的凹槽内，密封压盖15放置于密封胶圈14上，并通过螺钉15与传感器座13相连接，压紧密封胶圈14挤压17-甲烷传感器，从而形成密封环境；并进一步，通过固定螺栓18将防护罩4固定于主轴3上，用于对甲烷传感器17进行保护。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的煤层气钻井甲烷浓度探测仪，采用主轴作为探测仪主体，使用时连接在两节钻杆之间，跟随钻杆深入到钻井内，大大降低了受环境挤压、剐蹭等因素的影响，保持良好的检测状态；另一方面，将所述测用传感器和数据处理芯片和存储模块封存在主轴内，隔绝地底环境，进一步降低了地底，水，气等的腐蚀，保持良好的检测状态；同时，由于密封在主轴内部绕轴性轴线转动，使得钻进振动大大削弱，保持监测系统的稳定连接和正常的工作状态，使得检测结果可靠性大大提升。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种煤层气钻井甲烷浓度探测仪，其特征在于，包括：测量短节以及位于所述测量短节内的数据采集存储系统；
所述数据采集系统包括：甲烷传感器、数据处理芯片以及数据存储模块；所述甲烷传感器固定在所述测量短节上，通过所述数据处理芯片与所述数据存储模块相连；
所述测量短节包括：主轴、电池仓、电路盒和传感器座；
所述主轴上开设孔槽，所述电池仓固定在所述孔槽内；所述电路盒固定在所述孔槽内，所述数据处理芯片以及所述数据存储模块置于所述电池盒内，与所述电池仓连接；所述传感器座固定在所述孔槽内，所述甲烷传感器固定在所述传感器座上，与所述数据处理芯片相连；
其中，在执行煤层气钻井甲烷浓度测量时，所述主轴连接在两节钻杆间；所述电池仓内装入电池为所述数据采集系统供电；
所述甲烷传感器跟随所述钻杆转动，深入煤层钻井，实时检测甲烷浓度；
所述数据采集系统还包括：位移传感器；
所述位移传感器固定在所述传感器座上，与所述数据处理芯片相连；
其中，在执行钻井检测过程中，所述位移传感器跟随所述钻杆移动，实时监测钻进深度，所述位移传感器与所述甲烷传感器同时工作，分别记录甲烷浓度数据和钻入深度，形成对应存储：某一钻进深度的情况下，对应一具体的浓度参数；
数据处理芯片的型号为IRC15W4K63S4-1，数据存储模块、型号为UV700-FAT32，甲烷传感器型号为CU-MH-741A；
IRC15W4K63S4-1的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、VCC、GND引脚分别与UV700-FAT32的RXD、TXD、BUSY、PWCLT、VCC1、GND1引脚相连接，其中P3.0、P3.1引脚用于传输数据，P3.2引脚用于检测存储模块是否为忙的状态，P3.3引脚用于控制存储模块的供电电源，VCC、GND引脚用于给存储模块供电；
CU-MH-741A的D1、D2引脚分别与IRC15W4K63S4-1的P1.0、P1.1引脚相连接，用于传输数据，CU-MH-741A的VCC2、GND2引脚分别与IRC15W4K63S4-1的VCC、GND相连接，用于供电，IRC15W4K63S4-1的VCC、GND引脚还分别与插头P1的2、1引脚相连接，P1引脚的2用于连接+5V电源的正极，P1引脚的1用于链接+5V电源的负极；
所述测量短节还包括：防护罩；
所述防护罩覆盖在所述孔槽上，将所述数据采集存储系统密封在所述主轴内；
所述电池仓还包括：电池仓盖；
所述电池仓盖嵌于所述电池仓内；
在装入电池时，所述电池仓盖将所述电池压紧在所述电池仓内；
所述电池仓为筒形结构，内设导电压簧；
其中，在装入电池的情况下，电池直立在所述导电压簧上，所述电池仓盖嵌于所述电池仓内，压紧所述电池；
所述电池仓为筒形结构，所述电池仓盖半圆弧形结构，环套在所述电池仓外，可绕所述电池仓转动，密封所述电池仓；
所述主轴底部开设衔接凹槽，所述主轴顶部开设外螺纹接头；
其中，在执行钻进操作时，所述衔接凹槽以及所述外螺纹接头分别与钻杆连接；
所述传感器座还包括：密封胶圈以及密封压盖；
所述密封压盖将所述密封胶圈压紧在所述传感器座上，将所述甲烷传感器密封在所述传感器座上；
所述主轴外壁上开设传感器槽，所述传感器槽与所述孔槽间开设通孔；
所述传感器座固定在所述传感器槽内，通过所述通孔与所述数据处理芯片相连；
所述传感器座上设置密封压盖将所述甲烷传感器密封在所述传感器座上；
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