CN106223934B - 一种随钻测温装置 - Google Patents
一种随钻测温装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106223934B CN106223934B CN201610584435.4A CN201610584435A CN106223934B CN 106223934 B CN106223934 B CN 106223934B CN 201610584435 A CN201610584435 A CN 201610584435A CN 106223934 B CN106223934 B CN 106223934B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- optical fiber
- connecting rod
- drilling
- protective head
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 63
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
- E21B47/07—Temperature
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
- E21B47/017—Protecting measuring instruments
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明公开了一种随钻测温装置，主要包括保护头、内置光纤的连杆、气垫导轨、红外线测距仪、主控电脑、光线信号采集器；光纤分布式铺设在保护头及连杆中，测量保护头直接接触的进给钻头及岩石材料的表面温度，通过刚性的连杆及气垫滑轨接入光线信号采集器，由红外测距仪控制收线速率以收集光纤，并由光纤信号采集器将温度信号转换为电信号接入主控电脑。本发明利用上述装置及光纤测温技术，将温度与时间、位置信息相关联，具有随钻测温与实时监控的功能及广泛的应用面。
Description
技术领域
本发明涉及钻头随钻测温技术领域，具体而言涉及一种随钻测温装置。
背景技术
在对岩石进行钻孔工作的过程中，钻头、钻头接触的岩石会产生热量并引起局部温度升高，这会引起钻头刀具的磨损，进而减小钻头寿命、加大单位钻进距离的消耗，因此，两者表面温度的测量工作具有较高的实验价值，所述的表面温度应同时包括单位面积的平均温度、特定点的瞬时温度及存在时间极短的闪温等一系列对钻头刀具钻进效果及磨损程度有关的温度-时间数据，方便对于上述问题的研究和改进。
然而现有的钻头随钻测温方法和装置缺失以时效性、高精确度以及以分布式取点为主的工作要求，往往被岩石内部的实验环境限制，温度传感器无法实现随钻测温，而红外线温度测量器则无法穿过岩石，丧失了高应力面的温度测量目的，因而，随钻测温方法和装置的更新迫在眉睫。被大量应用于管道及室内温度实时监控的分布式光纤可以同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，通过完整的回路和光纤的物理性质，采用先进的OTDR技术，可以轻易地探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的温度测量，这种测量方法和装置与主控电脑配套设施相连接，将温度信号与位置相关，以分布方式为媒介，实时体现测量结果。
发明内容
为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供了一种随钻测温装置。
本发明所采用的技术方案是：一种随钻测温装置，包括保护头、内置光纤的连杆、气垫导轨、红外线测距仪、主控电脑、光纤信号采集器等。光纤分布式铺设在保护头及连杆中，测量保护头直接接触的进给钻头及岩石材料的表面温度，再通过刚性的连杆及气垫滑轨连入光纤信号采集器，由红外测距仪控制以收线速率，保护头滑动距离由红外线测距仪实时测量以控制裸露光纤的长度保持不变，由光纤信号采集器收集并转换为电信号接入主控电脑，实现随钻测温与实时监控。
优选地，所述的保护头呈中空的圆柱形，与钻头的贴合端有圆顶，内置密集分布的光纤，由具有良好导热性且耐磨的陶瓷前端及金属后端制成，于圆柱一侧端的中心位置安装支撑滚珠，在钻进过程中保持与钻头紧密贴合、随钻头的前进而同步后退；所述的保护头与内置光纤的连杆相连接，在气垫导轨上滑动，滑动距离由红外线测距仪实时测量以控制裸露光纤的长度保持不变。
优选地，所述的气垫导轨前端的滑块与内置光纤的连杆相连，后端上置红外线测距仪及光纤信号采集器。
优选地，所述的光纤信号采集器收束光纤、收集光纤内部信号并向主控电脑输出电信号数据。
优选地，所述的随钻测温装置能够通过主控电脑、光纤和红外线测距仪的配合同步显示钻进距离、光纤分布情况及实时温度，从而实时测量保护头测温端各位置的温度。
本发明的优点在于：
1.分布式光纤铺设于中空的圆柱形的保护头及刚性连杆内部，保护头具有良好的硬度及导热性，与在岩石内部旋转切割的钻头高应力面相切，随着钻头的进给而后退，而后部相连的摩擦系数极低的气垫导轨以及保护头外端面设置的支撑滚珠则保证了以分布式光纤为主、具体包括保护头及连杆的测温核心装置能够随着钻进过程与钻头相贴合而不被绞断，这实现了位置与温度的信息关联，即随钻测温有关于应力差异的具体要求，保证了对于局部温度过高的监测。
2.分布式光纤可以同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，通过完整的回路和光纤的物理性质，采用先进的OTDR技术，可以轻易地探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化并体现在时间温度图像中，这实现了时间与温度信息的关联，即随钻测温有关于信息时效性的要求，保证了对于闪温现象的监测。
3.这种分布式光纤随钻测温方法和装置适用于多种钻头及岩石表面温度的测量，在大型钻机的钻进工作中，如TBM、盾构机等设备，可将本发明的保护头设置为相应尺寸并适当改变光纤的分布情况；对于极小端面则应在保证保护头内部光纤为完整回路及保护头形状的前提下布置光纤。
附图说明
图1是本发明的系统图。
图2是本发明的光纤布线图。
图3是本发明结构示意图。
图中：1是保护头，2是内置光纤的连杆，3是气垫导轨，4是红外线测距仪，5是主控电脑，6是光纤信号采集器，7是导电线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
一种随钻测温装置包括保护头1、内置光纤的连杆2、气垫导轨3、红外线测距仪4、主控电脑5、光纤信号采集器6等；所述的设备相互连接形成功能各异的构件，以主控电脑5为核心实时测定钻头温度并完成收线工作。
所述的保护头1呈中空的圆柱形，与钻头的贴合端有圆顶，内置密集分布的光纤，具有良好的导热性及耐磨损的性质，前端为耐磨陶瓷材质，后部为金属材质，并于一侧安装支撑滚珠；所述的保护头1、内置光纤的连杆2及气垫导轨3相连接，组成了随钻头钻进而同步后退的刚性构件，光纤分布式铺设在保护头1及连杆2中，测量保护头1直接接触的进给钻头及岩石材料的表面温度；所述的气垫导轨3前端的滑块与内置光纤的连杆2相连，后端上置红外线测距仪及光纤信号采集器；所述的红外线测距仪4置于气垫导轨3上，时刻测量保护头1在滑轨上行进的距离，并反馈给光纤信号采集器6以控制收线速率；所述的光纤信号采集器6与主控电脑5相连，将光纤于钻头处获取的温度信号转换成电信号呈现出来，以此实现随钻测温与实时监控。
本发明所述的随钻测温装置的工作过程如下:
推动气垫导轨上的连杆至保护头1与钻头正面贴合，钻进过程开始后，保护头1及内置光纤的连杆2、气垫导轨3将随钻头的旋进而同步后退，光纤内置于保护头1、连杆2，由束线孔连出并接入光纤信号采集器6中，将温度信号转换为电信号以显示。
以上所述为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进应包含在本发明的保护之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及同等物界定。
Claims (2)
1.一种随钻测温装置，包括保护头、内置光纤的连杆、气垫导轨、红外线测距仪、主控电脑、光纤信号采集器；所述的保护头、内置光纤的连杆、红外线测距仪、光纤信号采集器及气垫导轨相互连接形成构件，以主控电脑为核心实现温度信号和电信号的转换以实时显示温度，所述随钻测温装置其特征在于：
(a)所述的保护头呈中空的圆柱形，与钻头的贴合端有圆顶，内置密集分布的光纤，由具有良好导热性且耐磨的陶瓷前端及金属后端制成，于圆柱一侧端的中心位置安装支撑滚珠，在钻进过程中保持与钻头紧的密贴合、随钻头的前进而同步后退；所述的保护头与内置光纤的连杆相连接，在气垫导轨上滑动，滑动距离由红外测距仪实时测量并反馈给光纤信号采集器以控制收线速率；
(b)所述的气垫导轨前端的滑块与内置光纤的连杆相连，后端上置红外线测距仪及光纤信号采集器；
(c)所述的光纤信号采集器收束光纤、收集光纤内部信号并向主控电脑输出电信号数据。
2.根据权利要求1中所述的一种随钻测温装置，其特征是能通过主控电脑、光纤和红外线测距仪的配合同步显示钻进距离、光纤分布情况及实时温度，从而实时测量保护头测温端各位置的温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610584435.4A CN106223934B (zh) | 2016-07-22 | 2016-07-22 | 一种随钻测温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610584435.4A CN106223934B (zh) | 2016-07-22 | 2016-07-22 | 一种随钻测温装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106223934A CN106223934A (zh) | 2016-12-14 |
| CN106223934B true CN106223934B (zh) | 2023-02-07 |
Family
ID=57532602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610584435.4A Active CN106223934B (zh) | 2016-07-22 | 2016-07-22 | 一种随钻测温装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106223934B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106885642A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-23 | 中南大学 | 一种刀盘结泥饼检测装置 |
| CN109025975A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-12-18 | 广州博昊信息科技有限公司 | 温度场预测装置 |
| CN112796746B (zh) * | 2021-02-26 | 2022-06-07 | 西安石油大学 | 一种用于石油地质勘探的钻井方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1170487A (en) * | 1967-06-12 | 1969-11-12 | Arps Corp | Fluid Temperature Logging While Drilling |
| FR2697283B1 (fr) * | 1992-10-28 | 1995-01-06 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif et méthode de transmission d'informations en cours de forage comportant une fibre optique bobinée. |
| JP3904779B2 (ja) * | 1999-11-15 | 2007-04-11 | 鉱研工業株式会社 | 地盤改良型アンカー工法および地盤改良兼用型削孔機 |
| US7509008B2 (en) * | 2006-10-06 | 2009-03-24 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and apparatus for locating a localized temperature change in a workspace |
| US20170321534A1 (en) * | 2014-11-12 | 2017-11-09 | Globaltech Corporation Pty | Apparatus and Method for Measuring Drilling Parameters of a Down-the-Hole Drilling Operation for Mineral Exploration |
| CN204843716U (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-09 | 大连交通大学 | 一种高速加工切削温度测量用红外辐射测温仪 |
| CN206016800U (zh) * | 2016-07-22 | 2017-03-15 | 中国矿业大学(北京) | 一种随钻测温装置 |
-
2016
- 2016-07-22 CN CN201610584435.4A patent/CN106223934B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106223934A (zh) | 2016-12-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106223934B (zh) | 一种随钻测温装置 | |
| CN101397904B (zh) | 一种应用光纤传感器监测井下套管受力的方法 | |
| CN206016800U (zh) | 一种随钻测温装置 | |
| CN104932023B (zh) | 一种基于光纤电流传感器的隧道超前探测装置及其探测方法 | |
| CN106908352B (zh) | 基于分布式温敏光纤的翼型表面边界层转捩位置测量方法 | |
| CN103076108A (zh) | 一种基于fbg的新型电力电缆导体温度测量传感器 | |
| CN105043458A (zh) | 一种纤维复合材料雷击损伤在线检测装置和方法 | |
| CN203148591U (zh) | 电力电缆接头带式测温装置 | |
| CN103266917A (zh) | 基于光纤光栅的顶板离层监测系统 | |
| CN207636035U (zh) | 一种隧道断面收敛自动监测系统 | |
| CN111307272B (zh) | 一种通讯光缆振动实时在线监测系统 | |
| CN107504916B (zh) | 通孔深度测量光纤测头及手动式和自动式通孔深度测量器 | |
| CN101818640A (zh) | 一种基于拉曼散射光时域反射计的油水井井下工况温度的全分布式监测装置及监测方法 | |
| CN109322658A (zh) | 一种钻孔深度测量设备及方法 | |
| CN109269669A (zh) | 分布式光纤采空区测温及高温预警系统 | |
| CN206174954U (zh) | 用于干热岩深井的分布式温度测试系统 | |
| CN201716325U (zh) | 一种以温度为示踪剂的地下水流速流向探测装置 | |
| CN105606253B (zh) | 一种全深式路面温度监测装置 | |
| CN201548208U (zh) | 一种用于大变形量测的分布式光纤传感器 | |
| CN104298139A (zh) | 一种筛选设备自动控制系统 | |
| CN203672331U (zh) | 一种监测岩石顶板变形的离层装置 | |
| CN105091758B (zh) | 一种自动测量钻具长度的系统及方法 | |
| CN206440390U (zh) | 一种基于无线传感器的监测系统 | |
| CN101339080B (zh) | 基于光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法 | |
| CN101251008A (zh) | 一种水平井下温度与压力同步测试光纤传感方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |