CN109057777B - 一种钻孔通径描述的测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种钻孔通径描述的测量装置及其使用方法，包括前支撑导向轮组、测量仪、后支撑导向轮组、推进杆组、支架、数据采集系统和计算机，所述支架顶部设置有推进杆组，所述推进杆组前端与后支撑导向轮组后端相连，所述后支撑导向轮组前端与测量仪后端相连，所述测量仪前端设置有前支撑导向轮组，所述测量仪通过数据线与数据采集系统输入端相连，数据采集系统输出端与计算机输入端相连，本发明的测量装置的结构简单，易于操作，便于安装和拆卸；本发明不仅能够准确描述出钻孔直径的实际情况，而且能够测量出不同深度条件下的钻孔的通径，为下一步工程的开展提供精确的数据参考。

Description

一种钻孔通径描述的测量装置及其使用方法

技术领域

本发明属于岩石工程和天然气、石油、矿产开采工程领域，特别涉及一种钻孔通径描述的测量装置及其使用方法。

背景技术

随着常规能源的日益枯竭，非常规能源(煤层气、页岩气)和深部油气资源的开发显得尤为重要和迫切，页岩气和深部油气藏由于埋藏较深，其储层通常呈现出致密、低渗的特点，依靠储层自身的气体压力无法达到商业化的产量，必须依靠增产措施提高抽采效率，随着浅部矿产资源的开采，越来越多的矿山也已进入千米以下的深部开采。深埋矿山地应力较高，导致矿山开采过程存在严峻的稳定性问题。另外，爆破是固体矿产资源开采中常采用的方式，但由于爆破开采对环境的污染及对施工人员的健康损害，越来越多的矿山开始探索绿色开采的采矿方法，流体致裂技术是解决上述三个问题的关键技术，该技术利用高压封隔器在钻孔内封堵需致裂的岩体部分，利用流体的连续注入使封隔段内流体压力持续增加，最终在岩体内产生人工裂隙，达到破碎岩石、降低压力以及产生人工裂缝的目的，在该技术中封隔器对高压流体的密封是压裂成功的关键，封隔器的胶筒一般采用具有一定硬度的中空橡胶，在流体增压的过程中，橡胶不断膨胀，封堵钻孔，封隔器的橡胶具有一定的变形极限，因此封隔器对于钻孔孔径的尺寸有着严格的要求。在对钻孔压裂前必须首先确定钻孔的直径，进而选取合适口径的封隔器。如果测量出的钻孔孔径的尺寸偏大，封隔器行程无法满足密封要求，会导致封隔器封隔的钻孔部分密闭性差，流体泄露，不利于裂缝网络的发生。如确定的钻孔直径过小，分割器无法充分膨胀，都会导致封隔器无法密封钻孔，引起流体压力无法升高，无法压裂岩石。

现场对于钻孔直径的确定常通过钻孔的钻具尺寸确定，但钻具在钻进过程中由于机械振动和人为操作发生偏斜，导致钻孔直径为沿孔径变化的值，而并非一个确定值。另外，在深部条件下进行矿产及能源开采时，深部岩体内的钻孔承受着动态变化和调整的围岩应力，其孔径也随之发生动态的改变，而且由于深部岩体是由不同岩层构成的，其物理性质和力学性质差别较大，导致不同的岩层变形不同，钻孔的孔径也随之表现为沿钻孔直径的变化值。因此，合理的封隔器选型应在压裂前依据每段需压裂钻孔位置对应的深度和直径确定。如上所述，钻具钻进过程中，很难保证钻孔方向是直的，这样加大了测量钻孔深度的难度，若使用激光测距仪可能会产生较大的误差，通过统计钻杆的数量来确定钻孔深度，会耗费大量的人力和物力，延长了工期的完成时间。综上所述，如何准确测量钻孔深度及对应的直径成为制约压裂工艺的关键问题之一。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钻孔通径描述的测量装置，包括前支撑导向轮组、测量仪、后支撑导向轮组、推进杆组、支架、数据采集系统和计算机，所述支架顶部设置有推进杆组，所述推进杆组前端与后支撑导向轮组后端相连，所述后支撑导向轮组前端与测量仪后端相连，所述测量仪前端设置有前支撑导向轮组，所述测量仪通过数据线与数据采集系统输入端相连，数据采集系统输出端与计算机输入端相连。

所述支架包括前支撑杆、后支撑杆、工作台面、固定套、滚轮测距仪、可调节底座和水准泡，所述工作台面底端四角处设置有可调节底座和滚轮，所述工作台面前端顶部设置有导杆槽，导杆槽内设置有前支撑杆，前支撑杆后端工作台面顶部设置有后支撑杆，后支撑杆与前支撑杆之间工作台面顶部设置有水准泡，所述后支撑杆和前支撑杆中上部侧壁设置有固定套，所述前支撑杆固定套底部设置有滚轮测距仪。

所述推进杆组由固定长度的推进杆组成，且每根推进杆的后端均设置有定滑轮，所述推进杆组通过固定套设置在支架顶部。

后支撑导向轮组包括后导向轮、后固定杆、管卡和导槽，所述后固定杆上设置有两个后导向轮和两个管卡，所述后固定杆上对称设置有导槽，所述后支撑导向轮组通过后固定杆后端与推进杆组的推进杆前端螺接。

所述测量仪包括保护壳、橡胶滑靴、弹簧、传感器保护壳、位移传感器、数据线、接口保护套和数据线孔，所述保护壳壳体上设置有两个位移传感器组，且每个位移传感器组由四个位移传感器组成，每两个位移传感器之间的夹角设置为90°，八个所述位移传感器输出端通过数据线与数据采集系统相连，所述位移传感器伸出壳体部分设置有传感器保护壳，且传感器保护壳一端与保护壳外壁固定安装，所述传感器保护壳另一端外壁设置有橡胶滑靴，橡胶滑靴内腔顶端与传感器保护壳顶部之间设置有弹簧，所述保护壳后端设置有接口保护套，接口保护套上开设有数据线孔，所述测量仪后端与后支撑导向轮组的后固定杆前端螺接。

前支撑导向轮组包括前导向轮、前固定杆和导槽，所述前固定杆上设置有两个前导向轮，所述前固定杆上对称设置有导槽，所述前支撑导向轮组后端螺接在测量仪前端。

数据采集系统包括数据采集器、数据线和数据处理器，所述数据采集器输出端通过数据线与数据处理器输入端相连，所述数据采集系统的数据采集器通过数据线与测量仪的位移传感器和滚轮测距仪的输出端相连，所述数据采集系统的数据处理器输出端通过数据线与计算机相连。

一种钻孔通径描述的测量装置的使用方法，采用一种钻孔通径描述的测量装置，包括以下步骤，

步骤1，将测量装置的各个部件连接在一起，并将位移传感器和滚轮测距仪的数据线连接到数据采集系统上，打开数据采集系统观察位移传感器和滚轮测距仪是否能够正常工作，若不能够正常工作，应及时对其进行更换和维修，若能够正常工作则关闭数据采集系统，准备进行测量工作；

步骤2，调节可调节底座同时观察水准泡中的气泡是否居于中心位置，当水准泡处于正中心，根据钻孔前期的实测数据调节支架的前支撑杆和后支撑杆的高度和角度，使测量装置顺利进入钻孔中；

步骤3，将已经调节好方位的钻孔通径测量装置的前支撑导向轮组部分慢慢插入钻孔内，直至测量仪主体部分的位移传感器的橡胶滑靴接触到钻孔内壁，停止推进，将推进杆固定在前支撑杆和后支撑杆的固定套上；

步骤4，重新启动数据采集系统后开始记录数据，记录下此时八个位移传感器的初始值，缓慢旋转推进杆匀速推进测量主体，当第一根推进杆即将脱离支架的固定时，将第二推进杆连接到第一推进杆后端，在测量装置未达到钻孔底部之前，不断增加推进杆保证测量仪的深入长度；当测量装置到达钻孔底部时，再将测量装置以同样方式从钻孔底部缓慢匀速拉出；

步骤5，根据实际工程的测量要求，重复步骤4；

步骤6，当测量装置完成测量工作，将测量装置从钻孔孔底拉至钻孔入口时，停止采集数据并将数据保存，关闭数据采集系统，钻孔通径测量结束；

步骤7，测量结束后，将测量装置按顺序拆卸，并放于装置盒内；当需要继续测量，将工作平台底部的滚轮打开，推动装置去往下一个测量点，重复步骤3-步骤6；

步骤8，测量全部完成后，通过计算机整理数据采集系统中所采集到的钻孔直径及深度数据，依据插值方法可得到不同深度下的钻孔通径，并通过计算机绘制出钻孔通径与钻孔深度的关系曲线。

步骤8所述的钻孔通径即测量结束后，整理钻孔直径和钻孔深度数据，通过计算机7计算出不同深度下钻孔直径的平均值。

本发明的有益效果为：

1.本发明的测量装置的结构简单，易于操作，便于安装和拆卸。

2.本发明不仅能够准确描述出钻孔直径的实际情况，而且能够测量出不同深度条件下的钻孔的通径，为下一步工程的开展提供精确的数据参考。

3.本发明测量装置可以根据实测场地的实际情况，通过调节前支撑杆和后支撑杆，进而改变测量仪、前支撑导向轮组、后支撑导向轮组和推进杆组部分的高度和角度，不会受到工程场地和条件的限制。

4.本发明测量装置中的位移计传感器裸露在测量仪主体外部分套着的保护壳和橡胶滑靴，保护了位移计传感器在钻孔中行进过程中不会发生损伤，橡胶滑靴也减小了钻孔壁内裂隙或者凸起与位移计传感器之间的摩擦力。

5.本发明测量装置的数据采集均使用电子设备，并可以通过计算机系统进行实时处理生成出钻孔深度和通径之间的关系曲线，减小了测量误差，而且可以及时了解到钻孔内部的相关数据信息。

附图说明

图1为本发明测量装置整体结构示意图；

图2为本发明装置的支架部分结构示意图；

图3为本发明测量装置的测量仪部分结构示意图；

图4为本发明前支撑导向轮组结构示意图；

图5为本发明后支撑导向轮组结构示意图；

1-前支撑导向轮组，101-前导向轮，102-前固定杆，2-测量仪，201-保护壳，202-橡胶滑靴，203-弹簧，204-传感器保护壳，205-位移传感器，206-数据线，207-接口保护套，208-数据线孔，3-后支撑导向轮组，301-后导向轮，302-后固定杆，303-管卡，304-导槽，4-推进杆组，401-推进杆，402-定滑轮，5-支架，501-前支撑杆，502-后支撑杆，503-工作台面，504-固定套，505-滚轮测距仪，506-可调节底座，507-水准泡，508-导杆槽，6-数据采集系统，601-数据采集器，602-数据处理器，7-计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-图5所示，一种钻孔通径描述的测量装置，包括前支撑导向轮组1、测量仪2、后支撑导向轮组3、推进杆组4、支架5、数据采集系统6和计算机7，所述支架5顶部设置有推进杆组4，所述推进杆组4前端与后支撑导向轮组3后端相连，所述后支撑导向轮组3前端与测量仪2后端相连，所述测量仪2前端设置有前支撑导向轮组1，所述测量仪2通过数据线206与数据采集系统6输入端相连，数据采集系统6输出端与计算机7输入端相连，随着测量装置的前端逐渐的深入钻孔时，数据线206不断伸长，将会带动滚轮测距仪505的滚轮转动，从而能够测量出钻孔的深度并将数据反馈到数据采集器601中。同时随着装置端部的深入，测量装置主体外侧的位移传感器205将测量的钻孔直径数据反馈到数据采集器601中。

所述支架5包括前支撑杆501、后支撑杆502、工作台面503、固定套504、滚轮测距仪505、可调节底座506和水准泡507，所述工作台面503底端四角处设置有可调节底座506和滚轮，所述工作台面503前端顶部设置有导杆槽508，导杆槽508内设置有前支撑杆501，前支撑杆501后端工作台面503顶部设置有后支撑杆502，后支撑杆502与前支撑杆501之间工作台面503顶部设置有水准泡507，所述后支撑杆502和前支撑杆501中上部侧壁设置有固定套504，所述前支撑杆501固定套504底部设置有滚轮测距仪505。

所述推进杆组4由固定长度的推进杆401组成，且每根推进杆401的后端均设置有定滑轮402，所述推进杆401组通过固定套504设置在支架5顶部。

后支撑导向轮组3包括后导向轮301、后固定杆302、管卡303和导槽304，所述后固定杆302上设置有两个后导向轮301和两个管卡303，所述后固定杆302上对称设置有导槽304，所述后支撑导向轮组3通过后固定杆302后端与推进杆组4的推进杆401前端螺接。

所述测量仪2包括保护壳201、橡胶滑靴202、弹簧203、传感器保护壳204、位移传感器205、数据线206、接口保护套207和数据线孔208，所述保护壳201壳体上设置有两个位移传感器组，且每个位移传感器组由四个位移传感器205组成，每两个位移传感器205之间的夹角设置为90°，八个所述位移传感器205输出端通过数据线206与数据采集系统6相连，所述位移传感器205伸出保护壳201部分设置有传感器保护壳204，且传感器保护壳204一端与保护壳201外壁固定安装，所述传感器保护壳204另一端外壁设置有橡胶滑靴202，橡胶滑靴202内腔顶端与传感器保护壳204顶部之间设置有弹簧203，所述保护壳201后端设置有接口保护套207，接口保护套207上开设有数据线孔208，所述测量仪2后端与后支撑导向轮组3的后固定杆302前端螺接。

前支撑导向轮组1包括前导向轮101、前固定杆102和导槽304，所述前固定杆102上设置有两个前导向轮101，所述前固定杆102沿长度方向对称设置有导槽304，所述前支撑导向轮组1后端螺接在测量仪2前端。

数据采集系统6包括数据采集器601、数据线206和数据处理器602，所述数据采集器601输出端通过数据线206与数据处理器602输入端相连，所述数据采集系统6的数据采集器601通过数据线206与测量仪2的位移传感器205和滚轮测距仪505的输出端相连，所述数据采集系统6的数据处理器602输出端通过数据线206与计算机7相连。

一种钻孔通径描述的测量装置的使用方法，采用一种钻孔通径描述的测量装置，包括以下步骤，

步骤1，将测量装置的各个部件连接在一起，并将位移传感器205和滚轮测距仪505的数据线206连接到数据采集系统6上，打开数据采集系统6观察位移传感器205和滚轮测距仪505是否能够正常工作，若不能够正常工作，应及时对其进行更换和维修，若能够正常工作则关闭数据采集系统6，准备进行测量工作；

步骤2，调节可调节底座506同时观察水准泡507中的气泡是否居于中心位置，当水准泡507处于正中心，根据钻孔前期的实测数据调节支架5的前支撑杆501和后支撑杆502的高度和角度，使测量装置顺利进入钻孔中；

步骤3，将已经调节好方位的钻孔通径测量装置的前支撑导向轮组1部分慢慢插入钻孔内，直至测量仪2主体部分的位移传感器205的橡胶滑靴202接触到钻孔内壁，停止推进，将推进杆401固定在前支撑杆501和后支撑杆502的固定套504上；

步骤4，重新启动数据采集系统6后开始记录数据，记录下此时八个位移传感器205的初始值，缓慢旋转推进杆401匀速推进测量主体，当第一根推进杆401即将脱离支架5的固定时，将第二推进杆401连接到第一推进杆401后端，在测量装置未达到钻孔底部之前，不断增加推进杆401保证测量仪2的深入长度；当测量装置到达钻孔底部时，再将测量装置以同样方式从钻孔底部缓慢匀速拉出；

步骤5，根据实际工程的测量要求，重复步骤4；

步骤6，当测量装置完成测量工作，将测量装置从钻孔孔底拉至钻孔入口时，停止采集数据并将数据保存，关闭数据采集系统6，钻孔通径测量结束；

步骤7，测量结束后，将测量装置按顺序拆卸，并放于装置盒内；当需要继续测量，将工作台面503底部的滚轮508打开，推动装置去往下一个测量点，重复步骤3-步骤6；

步骤8，测量全部完成后，通过计算机7整理数据采集系统6中所采集到的钻孔直径及钻孔深度数据，依据插值方法可得到不同深度下的钻孔通径，并通过计算机7绘制出钻孔通径与钻孔深度的关系曲线。

步骤8所述的钻孔通径即测量结束后，整理钻孔直径和钻孔深度数据，通过计算机7计算出不同深度下钻孔直径的平均值。

Claims (7)

1.一种钻孔通径描述的测量装置，其特征在于，包括前支撑导向轮组、测量仪、后支撑导向轮组、推进杆组、支架、数据采集系统和计算机，所述支架顶部设置有推进杆组，所述推进杆组前端与后支撑导向轮组后端相连，所述后支撑导向轮组前端与测量仪后端相连，所述测量仪前端设置有前支撑导向轮组，所述测量仪通过数据线与数据采集系统输入端相连，数据采集系统输出端与计算机输入端相连；

所述支架包括前支撑杆、后支撑杆、工作台面、固定套、滚轮测距仪、可调节底座和水准泡，所述工作台面底端四角处设置有可调节底座和滚轮，所述工作台面前端顶部设置有导杆槽，导杆槽内设置有前支撑杆，前支撑杆后端工作台面顶部设置有后支撑杆，后支撑杆与前支撑杆之间工作台面顶部设置有水准泡，所述后支撑杆和前支撑杆中上部侧壁设置有固定套，所述前支撑杆固定套底部设置有滚轮测距仪；

所述测量仪包括保护壳、橡胶滑靴、弹簧、传感器保护壳、位移传感器、数据线、接口保护套和数据线孔，所述保护壳壳体上设置有两个位移传感器组，且每个位移传感器组由四个位移传感器组成，每两个位移传感器之间的夹角设置为90°，八个所述位移传感器输出端通过数据线与数据采集系统相连，所述位移传感器伸出壳体部分设置有传感器保护壳，且传感器保护壳一端与保护壳外壁固定安装，所述传感器保护壳另一端外壁设置有橡胶滑靴，橡胶滑靴内腔顶端与传感器保护外壳顶部之间设置有弹簧，所述保护壳后端设置有接口保护套，接口保护套上开设有数据线孔，所述测量仪后端与后支撑导向轮组的后固定杆前端螺接。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔通径描述的测量装置，其特征在于：所述推进杆组由固定长度的推进杆组成，且每根推进杆的后端均设置有定滑轮，所述推进杆组通过固定套设置在支架顶部。

3.根据权利要求1所述的一种钻孔通径描述的测量装置，其特征在于：后支撑导向轮组包括后导向轮、后固定杆、管卡和导槽，所述后固定杆上设置有两个后导向轮和两个管卡，所述后固定杆上对称设置有导槽，所述后支撑导向轮组通过后固定杆后端与推进杆组的推进杆前端螺接。

4.根据权利要求1所述的一种钻孔通径描述的测量装置，其特征在于：前支撑导向轮组包括前导向轮、前固定杆和导槽，所述前固定杆上设置有两个前导向轮，所述前固定杆上对称设置有导槽，所述前支撑导向轮组后端螺接在测量仪前端。

5.根据权利要求1所述的一种钻孔通径描述的测量装置，其特征在于：数据采集系统包括数据采集器、数据线和数据处理器，所述数据采集器输出端通过数据线与数据处理器输入端相连，所述数据采集系统的数据采集器通过数据线与测量仪的位移传感器和滚轮测距仪的输出端相连，所述数据采集系统的数据处理器输出端通过数据线与计算机相连。

6.一种钻孔通径描述的测量装置的使用方法，采用权利要求1所述的一种钻孔通径描述的测量装置，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，将测量装置的各个部件连接在一起，并将位移传感器和滚轮测距仪的数据线连接到数据采集系统上，打开数据采集系统观察位移传感器和滚轮测距仪是否能够正常工作，若不能够正常工作，应及时对其进行更换和维修，若能够正常工作则关闭数据采集系统，准备进行测量工作；

步骤2，调节可调节底座同时观察水准泡中的气泡是否居于中心位置，当水准泡处于正中心，根据钻孔前期的实测数据调节支架的前支撑杆和后支撑杆的高度和角度，使测量装置顺利进入钻孔中；

步骤3，将已经调节好方位的钻孔通径测量装置的前支撑导向轮组部分慢慢插入钻孔内，直至测量仪主体部分的位移传感器的橡胶滑靴接触到钻孔内壁，停止推进，将推进杆固定在前支撑杆和后支撑杆的固定套上；

步骤4，重新启动数据采集系统后开始记录数据，记录下此时八个位移传感器的初始值，缓慢旋转推进杆匀速推进测量主体，当第一根推进杆即将脱离支架的固定时，将第二推进杆连接到第一推进杆后端，在测量装置未达到钻孔底部之前，不断增加推进杆保证测量仪的深入长度；当测量装置到达钻孔底部时，再将测量装置以同样方式从钻孔底部缓慢匀速拉出；

步骤5，根据实际工程的测量要求，重复步骤4；

步骤6，当测量装置完成测量工作，将测量装置从钻孔孔底拉至钻孔入口时，停止采集数据并将数据保存，关闭数据采集系统，钻孔通径测量结束；

步骤7，测量结束后，将测量装置按顺序拆卸，并放于装置盒内；当需要继续测量，将工作平台底部的滚轮打开，推动装置去往下一个测量点，重复步骤3-步骤6；

步骤8，测量全部完成后，通过计算机整理数据采集系统中所采集到的钻孔直径及深度数据，依据插值方法可得到不同深度下的钻孔通径，并绘制出钻孔通径与钻孔深度的关系曲线。

7.根据权利要求6所述的一种钻孔通径描述的测量装置的使用方法，其特征在于：步骤8所述的钻孔通径即测量结束后，整理钻孔直径和钻孔深度数据，通过计算机7计算出不同深度下钻孔直径的平均值。