CN108843308B - 一种测孔仪 - Google Patents

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Abstract

一种测孔仪，属于测试、测量技术领域，它安装在钻孔设备的无磁钻铤内腔中，由定位头、探头和扶正机构组成；所述定位头固定安装在无磁钻铤的侧壁上；所述探头一端与定位头连接，另一端与扶正机构装配，通过扶正机构支撑探头并缓解钻井液对探头的径向冲击，在探头中设有探测传感器和数据存储器，所述探测传感器用于获取每站钻进过程中的工具角、倾角和方位角信息，并将该信息传递给数据存储器。本发明可自动采集无磁钻铤位置倾角、工具角及方位角信息，并将该信息传递给数据存储器进行记录，从而获取每站钻杆之间的空间夹角，再根据空间夹角值数据指导施工，达到了提高管道回拖成功率的目的。

Description

一种测孔仪
技术领域
本发明涉及一种测孔仪，尤其是一种用于水平定向钻法穿越施工的测孔仪，属于测试、测量技术领域。
背景技术
水平定向钻法穿越是首先通过水平定向钻机按照设计轨迹进行导向孔、扩孔作业，再回拖穿越管道通过障碍物的一种非开挖管道安装施工方法，用于石油、天然气、自来水、污水、煤气、电力、电讯等管道的铺设或更新。由于地层存在软硬差异，在定向钻扩孔过程中，会使扩大的孔洞与导向孔钻进时的孔洞发生一定的偏差，因此扩孔作业后，需要进行无磁钻铤位置倾角（钻头与竖直向下的直线的夹角）、工具角（工具面法向平面与竖直面的夹角）及方位角（穿越方向与地磁北极的夹角）的测量，根据测量得到的工具角、倾角和方位角数值，分析判断每站钻杆之间的夹角，如果该夹角数值超过标准值范围，就要采取修孔措施，以保证回拖前导向孔的平滑，提高管道回拖成功率。因此设计一种测孔仪势在必行。
发明内容
本发明提供一种测孔仪，旨在通过测孔仪测量并自动记录每站钻杆钻进过程中无磁钻铤位置倾角、工具角及方位角信息，从而获取每站钻杆之间的空间夹角，再将该空间夹角值与标准值进行比对，以此作为指导后序施工的依据，达到提高管道回拖成功率的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种测孔仪，安装在钻孔设备的无磁钻铤内腔中，由定位头、探头和扶正机构组成；所述定位头固定安装在无磁钻铤的侧壁上；所述探头一端与定位头连接，另一端与扶正机构装配，通过扶正机构支撑探头并缓解钻井液对探头的径向冲击，在探头中设有探测传感器和数据存储器，所述探测传感器用于获取每站钻进过程中的工具角、倾角和方位角信息，并将该信息传递给数据存储器。
上述测孔仪，所述探头还设有第一堵头、抗压管、安装架、电源和第二堵头；所述第一堵头与定位头连接，第二堵头与扶正机构连接，在第一堵头与第二堵头之间安装两端设有密封结构的抗压管；所述安装架置于抗压管内腔中，探测传感器、数据存储器和电源固定在安装架上。
上述测孔仪，所述电源为直流电源，通过电源为探测传感器和数据存储器提供工作能量。
上述测孔仪，所述密封结构为设置在第一堵头、第二堵头与抗压管接合部位的密封胶圈。
上述测孔仪，所述定位头由定位头主体、定位套、定位销、套筒和加强筋板组成；所述定位头主体与探头通过螺纹连接结构装配，在定位头主体的外面套装定位套，并通过加强筋板将定位头主体和定位套固定装配，在定位头主体和定位套之间焊装套筒；所述套筒中心轴线垂直于定位头主体的中心轴线；所述定位销依次穿过无磁钻铤、定位套侧壁上设置的定位孔后与套筒装配，通过定位销将定位头固定在无磁钻铤上。
上述测孔仪，所述加强筋板数量为六组，沿定位头主体侧壁圆周方向均匀布置。
上述测孔仪，所述扶正机构由减震器连接杆、弹簧片卡圈、减震弹簧片、弹簧片座组成；所述减震器连接杆一端通过螺纹结构与探头连接，在减震器连接杆中部及另一端装配弹簧片座；所述减震弹簧片为三片，沿圆周方向均匀布置，其两端插进弹簧片座，通过弹簧片卡圈卡紧固定。
上述测孔仪，其工作环境温度在-20～+80℃范围内。
上述测孔仪，所述探测传感器的角度测量范围为：倾角0～180度，工具角0～360度，方位角0～360度。
本发明为一种测孔仪，在软硬不均等复杂地层的管道穿越施工过程中，可使用该测孔仪按照以下操作步骤进行测孔作业：首先将测孔仪装入无磁钻铤；每下一根钻杆由探测传感器自动采集无磁钻铤位置倾角、工具角及方位角信息，并将该信息传递给数据存储器进行记录；待所有站测量完成后，回拔并取出测孔仪；将测孔仪与上位机相连，由上位机读取并处理测量数据即可得出每站钻杆之间的空间角度，并绘制出穿越曲线；将每站钻杆之间的空间角度数值与理论值进行比较，从而确认是否存在每站钻杆之间的空间角度超过标准值范围的现象，以及穿越曲线的曲率半径是否满足设计要求，以此作为下一步施工的参考依据。本发明所述测孔仪具有测量精度高、稳定性好、适用范围广、便于操作等优点，可自动记录每站钻杆钻进过程中无磁钻铤位置倾角、工具角及方位角信息，从而获取每站之间钻杆的空间夹角，再根据空间夹角值数据指导施工，达到提高管道回拖成功率的目的。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是定位头结构示意图；
图3是图2中A-A剖面结构示意图；
图4是探头结构示意图；
图5是图4中B-B剖面结构示意图；
图6是扶正机构示意图。
图中各标号清单为：
1、定位头，1-1、定位头主体，1-2、定位销，1-3、定位套，1-4、套筒，1-5、加强筋板；
2、探头，2-1、第一堵头，2-2、抗压管，2-3、探测传感器，2-4、安装架，
2-5、数据存储器，2-6、电源，2-7、第二堵头，2-8、密封胶圈；
3、扶正机构，3-1、弹簧片卡圈，3-2、减震弹簧片，3-3、减震器连接杆，3-4、弹簧卡座；
4、无磁钻铤。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
参看图 1，本发明为一种测孔仪，安装在钻孔设备的无磁钻铤4内腔中，由定位头1、探头2和扶正机构3组成；所述定位头1固定安装在无磁钻铤4的侧壁上；所述探头2一端与定位头1连接，另一端与扶正机构3装配，通过扶正机构3支撑探头2并缓解钻井液对探头2的径向冲击。
参看图1、图2、图3，本发明所述测孔仪，所述定位头1由定位头主体1-1、定位套1-3、定位销1-2、套筒1-4和加强筋板1-5组成；所述定位头主体1-1与探头2通过螺纹连接结构装配，在定位头主体1-1的外面套装定位套1-3，并通过沿定位头主体1-1侧壁圆周方向均匀布置的六组加强筋板1-5将定位头主体1-1和定位套1-3固定装配，在定位头主体1-1和定位套1-3之间焊装套筒1-4；所述套筒1-4中心轴线垂直于定位头主体1-1的中心轴线；所述定位销1-2依次穿过无磁钻铤4、定位套1-3侧壁上设置的定位孔后与套筒1-4装配，通过定位销1-2将定位头1固定在无磁钻铤4上。
参看图1、图4、图5，本发明所述测孔仪，所述探头2设有探测传感器2-3、数据存储器2-5、第一堵头2-1、抗压管2-2、安装架2-4、电源2-6和第二堵头2-7；所述第一堵头2-1与定位头1连接，第二堵头2-7与扶正机构3连接，在第一堵头2-1与第二堵头2-7之间安装两端设有密封结构的抗压管2-2；所述安装架2-4置于抗压管2-2内腔中，探测传感器2-3、数据存储器2-5和电源2-6固定在安装架2-4上；所述探测传感器2-3用于获取每站钻进过程中的工具角、倾角和方位角信息，并将该信息传递给数据存储器2-5；所述电源2-6为直流电源，通过电源2-6为探测传感器2-3和数据存储器2-5提供工作能量；所述密封结构为设置在第一堵头2-1、第二堵头2-7与抗压管2-2接合部位的密封胶圈2-8。
参看图1、图6，本发明所述测孔仪，所述扶正机构3由减震器连接杆3-3、弹簧片卡圈3-1、减震弹簧片3-2和弹簧片座3-4组成；所述减震器连接杆3-3一端通过螺纹结构与探头2连接，在减震器连接杆3-3中部及另一端装配弹簧片座3-4；所述减震弹簧片3-2为三片，沿圆周方向均匀布置，其两端插进弹簧片座3-4，通过弹簧片卡圈3-1卡紧固定。
本发明为一种测孔仪，其工作环境温度在-20～+80℃范围内，探测传感器2-3的角度测量范围为：倾角0～180度，工具角0～360度，方位角0～360度，在软硬不均等复杂地层的管道穿越施工过程中，可使用该测孔仪进行测孔作业，具体操作步骤为：将测孔仪装入无磁钻铤4；每下一根钻杆由探测传感器2-3自动采集无磁钻铤4位置倾角、工具角及方位角信息，并将该信息传递给数据存储器2-5进行记录；待所有站测量完成后，回拔并取出测孔仪；将测孔仪与上位机相连，由上位机读取并处理测量数据即可得出每站钻杆之间的空间角度，并绘制出穿越曲线；将每站钻杆之间的空间角度数值与理论值进行比较，从而确认是否存在每站钻杆之间的空间角度超过标准值范围的现象，以及穿越曲线的曲率半径是否满足设计要求，以此作为下一步施工的参考依据。

Claims (5)

1.一种测孔仪，其特征是，所述测孔仪安装在钻孔设备的无磁钻铤（4）内腔中，由定位头（1）、探头（2）和扶正机构（3）组成；所述定位头（1）固定安装在无磁钻铤（4）的侧壁上；所述探头（2）一端与定位头（1）连接，另一端与扶正机构（3）装配，通过扶正机构（3）支撑探头（2）并缓解钻井液对探头（2）的径向冲击，在探头（2）中设有探测传感器（2-3）和数据存储器（2-5），所述探测传感器（2-3）用于获取每站钻进过程中的工具角、倾角和方位角信息，并将该信息传递给数据存储器（2-5）；
所述探头（2）还设有第一堵头（2-1）、抗压管（2-2）、安装架（2-4）、电源（2-6）和第二堵头（2-7）；所述第一堵头（2-1）与定位头（1）连接，第二堵头（2-7）与扶正机构（3）连接，在第一堵头（2-1）与第二堵头（2-7）之间安装两端设有密封结构的抗压管（2-2）；所述安装架（2-4）置于抗压管（2-2）内腔中，探测传感器（2-3）、数据存储器（2-5）和电源（2-6）固定在安装架（2-4）上；
所述电源（2-6）为直流电源，通过电源（2-6）为探测传感器（2-3）和数据存储器（2-5）提供工作能量；
所述密封结构为设置在第一堵头（2-1）、第二堵头（2-7）与抗压管（2-2）接合部位的密封胶圈（2-8）；
所述定位头（1）由定位头主体（1-1）、定位套（1-3）、定位销（1-2）、套筒（1-4）和加强筋板（1-5）组成；所述定位头主体（1-1）与探头（2）通过螺纹连接结构装配，在定位头主体（1-1）的外面套装定位套（1-3），并通过加强筋板（1-5）将定位头主体（1-1）和定位套（1-3）固定装配，在定位头主体（1-1）和定位套（1-3）之间焊装套筒（1-4）；所述套筒（1-4）中心轴线垂直于定位头主体（1-1）的中心轴线；所述定位销（1-2）依次穿过无磁钻铤（4）、定位套（1-3）侧壁上设置的定位孔后与套筒（1-4）装配，通过定位销（1-2）将定位头（1）固定在无磁钻铤（4）上。
2.根据权利要求1所述的测孔仪，其特征是，所述加强筋板（1-5）数量为六组，沿定位头主体（1-1）侧壁圆周方向均匀布置。
3.根据权利要求1所述的测孔仪，其特征是，所述扶正机构（3）由减震器连接杆（3-3）、弹簧片卡圈（3-1）、减震弹簧片（3-2）和弹簧片座（3-4）组成；所述减震器连接杆（3-3）一端通过螺纹结构与探头（2）连接，在减震器连接杆（3-3）中部及另一端装配弹簧片座（3-4）；所述减震弹簧片（3-2）为三片，沿圆周方向均匀布置，其两端插进弹簧片座（3-4），通过弹簧片卡圈（3-1）卡紧固定。
4.根据权利要求1所述的测孔仪，其特征是，所述测孔仪工作环境温度在-20～+80℃范围内。
5.根据权利要求1所述的测孔仪，其特征是，所述探测传感器（2-3）的角度测量范围为：倾角0～180度，工具角0～360度，方位角0～360度。
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