CN108590535A - 实时监测并获取地下各参数的智能化钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了实时监测并获取地下各参数的智能化钻头。它是由微型振动发电机、减震装置、小型高能密电池、三轴加速度传感器、测量力学参数和钻压的测量桥路、温度传感器、地层参数探测传感器、压阻式压力传感器、信号放大与调整电路、微型计算机、存储器、小型真空泵、微型二次电子探头、微型背散射式电子探头、微型能谱探头、镜筒、电镜扫描数据收集器、小型自动制样器、小型岩屑收集筛选器、小型吸屑器、通讯控制接口、天线、岩屑扫描板、电子密封仓、破岩部分组成。本发明能够随着钻进实时监测并获取地下参数，使所测数据更加接近实际，对钻井钻进方向和地质勘探领域都具有非常重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井钻头领域，特别是涉及实时监测并获取地下各参数的智能化钻头。
背景技术
石油、天然气等传统能源的储量一定程度上决定了国民经济的发展，其勘探手段主要是钻井，但是单靠经验和地面实验室的实验来指导设计钻头已满足不了钻井实际需求，而提高钻头的适应性在很大程度上要依赖于井下钻头探测技术的发展。而目前对于储层地质的研究仅停留在实验室与野外便携装置粗略探测阶段，前者具有时效性问题，后者测量不精确，所以二者已经满足不了日益进步的勘探要求，因此针对上述问题，设计一种具有探测技术的智能化钻头已迫在眉睫。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种实时监测并获取地下各参数的智能化钻头，能够现有的指导钻探困难和测量不精确的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种实时监测并获取地下各参数的智能化钻头，包括：
1、钻头中采用的装置包括：微型振动发电机、减震装置、小型高能量密度电池、三轴加速度传感器、力学参数和钻头压力测量桥路、温度传感器、地层参数探测传感器、压阻式压力传感器、信号放大与调整电路、微型计算机、存储器、小型真空泵、微型二次电子探头、微型背散射式电子探头、微型能谱探头、镜筒、电镜扫描数据收集器、小型自动制样器、小型岩屑收集筛选器、小型吸屑器、通讯控制接口、天线、岩屑扫描板、电子密封仓、破岩部分组成，其特征在于，所述的破岩部分位于钻头的底部；所述的电子密封仓位于钻头的内部；所述的微型振动发电机位于电子密封仓外的下侧，小型高能量密度电池与微型振动发电机相连且位于仓内的下部；所述的减震装置位于密封仓的底部；所述的三轴加速度传感器与小型高能量密度电池相连位于仓内的左上侧，力学参数和钻头压力测量桥路与小型高能量密度电池相连位于三轴加速度传感器的下部，温度传感器与小型高能量密度电池相连位于力学参数和钻头压力测量桥路的下部，地层参数探测传感器与小型高能量密度电池相连位于温度传感器的下部，压阻式压力传感器与小型高能量密度电池相连位于地层参数探测传感器的下部；所述的信号放大与调整电路连接在三轴加速度传感器、力学参数和钻头压力测量桥路、温度传感器、地层参数探测传感器、压阻式压力传感器它们的右侧且与小型高能量密度电池相连；所述的微型计算机连接在信号放大与调整电路的右侧且与小型高能量密度电池相连，存储器连接在微型计算机的下侧且与小型高能量密度电池相连，通讯控制接口连接在微型计算机的右上侧并且与小型高能量密度电池相连；所述的天线位于密封仓外的上侧并且与通讯控制接口相连；所述的电镜扫描数据收集器连接在微型计算机的右侧且与小型高能量密度电池相连；所述的镜筒位于电镜扫描数据收集器的下侧，微型背散射式电子探头位于镜筒的下侧且与电镜扫描数据收集器和小型高能量密度电池相连；所述的微型二次电子探头位于微型背散射式电子探头的左侧且与电镜扫描数据收集器和小型高能量密度电池相连；所述的微型能谱探头位于微型背散射式电子探头的右侧且与电镜扫描数据收集器和小型高能量密度电池相连；所述的小型真空泵位于微型二次电子探头的左侧；所述的岩屑扫描板位于微型二次电子探头的下侧；所述的小型自动制样器连接在岩屑扫描板的右侧，小型岩屑收集筛选器连接在小型自动制样器的右侧且位于钻头外部；所述的小型吸屑器与岩屑扫描板相连且位于钻头外部。
2、所述的微型振动发电机利用钻头的高频率振动进行发电，并将电能储存在小型高能量密度电池中，用于各部分的电能供应。
3、所述的钻头内部左侧的三轴加速度传感器、力学参数和钻头压力测量桥路、温度传感器、地层参数探测传感器、压阻式压力传感器对各参数进行测量，并将电信号传给信号放大与调整电路进行调整和放大，然后将信号传给微型计算机，由微型计算机将数据传给存储器进行存储和决定将部分数据通过通讯控制接口和天线传给地面操作系统。
4、所述的随着破岩钻进的进行，小型岩屑收集筛选器进行岩屑的收集与筛选，然后将岩屑传给小型自动制样器进行电镜扫描样品制样，然后将样品传送给岩屑扫描板。
5、所述的地面控制系统可以通过通讯控制接口和天线对微型计算机发出指令，由其控制钻头的探测系统进行间歇工作，微型计算机也可将所测得的振动信号由通讯控制接口和天线传给井下自动可控减振器进行钻头的减振工作，提高钻头的使用寿命。
本发明的有益效果是：本发明利用许多微型电子装置对所钻进的底层各参数进行检测与获取，解决了现有的延时性问题，并且测量的数据实时准确，不论是对于司钻者控制钻进方向还是对于地质勘探研究者都具有重要的参考价值。
附图说明
图1是本发明实时监测并获取地下各参数的智能化钻头的结构示意图。
图1中各部件的标记如下：1.微型振动发电机，2.减震装置，3.小型高能密电池，4.三轴加速度传感器，5.测量力学参数和钻压的测量桥路，6.温度传感器，7.地层参数探测传感器，8.压阻式压力传感器，9.信号放大与调整电路，10.微型计算机，11.存储器，12.小型真空泵，13.微型二次电子探头，14.微型背散射式电子探头，15.微型能谱探头，16.镜筒，17.电镜扫描数据收集器，18.小型自动制样器，19.小型岩屑收集筛选器，20.小型吸屑器，21.通讯控制接口，22.天线，23.岩屑扫描板，24.电子密封仓，25.破岩部分。
具体实施方式
下面结合图1对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实时监测并获取地下各参数的智能化钻头，包括：微型振动发电机（1）、减震装置（2）、小型高能密电池（3）、三轴加速度传感器（4）（4）、测量力学参数和钻压的测量桥路（5）、温度传感器（6）、地层参数探测传感器（7）、压阻式压力传感器（8）、信号放大与调整电路（9）、微型计算机（10）、存储器（11）、小型真空泵（12）、微型二次电子探头（13）、微型背散射式电子探头（14）、微型能谱探头（15）、镜筒（16）、电镜扫描数据收集器（17）、小型自动制样器（18）、小型岩屑收集筛选器（19）、小型吸屑器（20）、通讯控制接口（21）、天线（22）、岩屑扫描板（23）、电子密封仓（24）、破岩部分（25）组成。
使用时，破岩部分（25）进行破岩钻进，该部分的破岩机理与现在所用钻头的破岩机理相同，故此处不做赘述。微型振动发电机（1）利用钻头的高频率振动进行发电，并将电能储存在小型高能量密度电池（3）中，用于各部分的电能供应。与此同时，钻头内部左侧的三轴加速度传感器（4）、力学参数和钻头压力测量桥路（5）、温度传感器（6）、地层参数探测传感器（7）、压阻式压力传感器（8）对各参数进行测量，并将电信号传给信号放大与调整电路（9）进行调整和放大，然后将信号传给微型计算机（10），由微型计算机（10）将数据传给存储器（11）进行存储和决定将部分数据通过通讯控制接口（21）和天线（22）传给地面操作系统。另一方面，随着破岩钻进的进行，小型岩屑收集筛选器（19）进行岩屑的收集与筛选，然后将岩屑传给小型自动制样器（18）进行电镜扫描样品制样，然后将样品传送给岩屑扫描板（23），这时小型真空泵（12）将扫描区进行抽真空处理，然后由镜筒（16）发射电子，由微型二次电子探头（13）、微型背散射式电子探头（14）、微型能谱探头（15）对岩屑样品进行电镜扫描并获取信息，将其各自所扫描的电子图像传给电镜扫描数据收集器（17）进行数据收集后传给微型计算机（10），由微型计算机（10）传给存储器（11）并存储。扫描工作结束后，所残留的岩屑样品由小型吸屑器（20）排出钻头。减震装置（2）用于减少钻头钻进过程中的震荡，对电子元件起到保护作用。电子密封仓（24）可减少井下的高温、高压等不利因素，对其内部电子元件起到保护作用。地面控制系统可以通过通讯控制接口（21）和天线（22）对微型计算机（10）发出指令，由其控制钻头的探测系统进行间歇工作。微型计算机（10）也可将所测得的振动信号由通讯控制接口（21）和天线（22）传给井下自动可控减振器进行钻头的减振工作，提高钻头的使用寿命。本发明充分利用了钻头内部空间，安装了各种传感器和电子原件，使钻头进行破岩的同时也对所钻地层的各参数实时测量，有效地解决了测量时效性问题，可以指导钻井工作的进行，对于钻井和勘探领域具有重大意义。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.实时监测并获取地下各参数的智能化钻头，钻头中采用的装置包括：微型振动发电机（1）、减震装置（2）、小型高能量密度电池（3）、三轴加速度传感器（4）、力学参数和钻头压力测量桥路（5）、温度传感器（6）、地层参数探测传感器（7）、压阻式压力传感器（8）、信号放大与调整电路（9）、微型计算机（10）、存储器（11）、小型真空泵（12）、微型二次电子探头（13）、微型背散射式电子探头（14）、微型能谱探头（15）、镜筒（16）、电镜扫描数据收集器（17）、小型自动制样器（18）、小型岩屑收集筛选器（19）、小型吸屑器（20）、通讯控制接口（21）、天线（22）、岩屑扫描板（23）、电子密封仓（24）、破岩部分（25），其特征在于，所述的破岩部分（25）位于钻头的底部；所述的电子密封仓（24）位于钻头的内部；所述的微型振动发电机（1）位于电子密封仓（24）外的下侧，小型高能量密度电池（3）与微型振动发电机（1）相连且位于仓内的下部；所述的减震装置（2）位于密封仓的底部；所述的三轴加速度传感器（4）与小型高能量密度电池（3）相连位于仓内的左上侧，力学参数和钻头压力测量桥路（5）与小型高能量密度电池（3）相连位于三轴加速度传感器（4）的下部，温度传感器（6）与小型高能量密度电池（3）相连位于力学参数和钻头压力测量桥路（5）的下部，地层参数探测传感器（7）与小型高能量密度电池（3）相连位于温度传感器（6）的下部，压阻式压力传感器（8）与小型高能量密度电池（3）相连位于地层参数探测传感器（7）的下部；所述的信号放大与调整电路（9）连接在三轴加速度传感器（4）、力学参数和钻头压力测量桥路（5）、温度传感器（6）、地层参数探测传感器（7）、压阻式压力传感器（8）它们的右侧且与小型高能量密度电池（3）相连；所述的微型计算机（10）连接在信号放大与调整电路（9）的右侧且与小型高能量密度电池（3）相连，存储器（11）连接在微型计算机（10）的下侧且与小型高能量密度电池（3）相连，通讯控制接口（21）连接在微型计算机（10）的右上侧并且与小型高能量密度电池（3）相连；所述的天线（22）位于密封仓外的上侧并且与通讯控制接口（21）相连；所述的电镜扫描数据收集器（17）连接在微型计算机（10）的右侧且与小型高能量密度电池（3）相连；所述的镜筒（16）位于电镜扫描数据收集器（17）的下侧，微型背散射式电子探头（14）位于镜筒（16）的下侧且与电镜扫描数据收集器（17）和小型高能量密度电池（3）相连；所述的微型二次电子探头（13）位于微型背散射式电子探头（14）的左侧且与电镜扫描数据收集器（17）和小型高能量密度电池（3）相连；所述的微型能谱探头（15）位于微型背散射式电子探头（14）的右侧且与电镜扫描数据收集器（17）和小型高能量密度电池（3）相连；所述的小型真空泵（12）位于微型二次电子探头（13）的左侧；所述的岩屑扫描板（23）位于微型二次电子探头（13）的下侧；所述的小型自动制样器（18）连接在岩屑扫描板（23）的右侧，小型岩屑收集筛选器（19）连接在小型自动制样器（18）的右侧且位于钻头外部；所述的小型吸屑器（20）与岩屑扫描板（23）相连且位于钻头外部。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测并获取地下参数的智能化钻头，其特征在于：所述的微型振动发电机（1）利用钻头的高频率振动进行发电，并将电能储存在小型高能量密度电池（3）中，用于各部分的电能供应。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测并获取地下参数的智能化钻头，其特征在于：所述的钻头内部左侧的三轴加速度传感器（4）、力学参数和钻头压力测量桥路（5）、温度传感器（6）、地层参数探测传感器（7）、压阻式压力传感器（8）对各参数进行测量，并将电信号传给信号放大与调整电路（9）进行调整和放大，然后将信号传给微型计算机（10），由微型计算机（10）将数据传给存储器（11）进行存储和决定将部分数据通过通讯控制接口（21）和天线（22）传给地面操作系统。
4.根据权利要求1所述的一种实时监测并获取地下参数的智能化钻头，其特征在于：所述的随着破岩钻进的进行，小型岩屑收集筛选器（19）进行岩屑的收集与筛选，然后将岩屑传给小型自动制样器（18）进行电镜扫描样品制样，然后将样品传送给岩屑扫描板（23）。
5.根据权利要求1所述的一种实时监测并获取地下参数的智能化钻头，其特征在于：所述的地面控制系统可以通过通讯控制接口（21）和天线（22）对微型计算机（10）发出指令，由其控制钻头的探测系统进行间歇工作，微型计算机（10）也可将所测得的振动信号由通讯控制接口（21）和天线（22）传给井下自动可控减振器进行钻头的减振工作，提高钻头的使用寿命。
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