CN110259434A - 自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，涉及钻井钻探工程井下孔内工具技术和测录井领域，包括伸出驱动机构，所述伸出驱动机构的下方设置有推出机构，所述推出机构的下方设置有孔壁泥浆清除机构，所述孔壁泥浆清除机构的一侧连接有孔壁封闭拍照机构，且孔壁泥浆清除机构的下方设置有气液动态调节机构。本发明通过对钻井井壁进行连续拍照，实现对于地层岩石图片资料的实时提取采集，保证了所提取的岩石图片资料的完整性以及连续性，在该套装置所提取的岩石信息满足条件的情况下，可以开展非取芯钻进工作，如此便可以大大降低成本，简化岩石信息提取工作的设备以及工艺方法。
Description
技术领域
本发明涉及钻井钻探工程井下工具技术和测录井领域，具体为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置。
背景技术
现有钻井和钻探技术和手段，由于地面钻机为井下钻具提供回转给进动力，钻柱在井内受到频繁的拉、压、扭、弯和剪等复杂交变载荷的作用，工作环境极其恶劣，研究人员一直期望着将测录井仪器随着钻具一同下井，这样可以边钻边测，边传输采集边分析判断和评价，而且这种随钻测量一体化、测量参数组合化和数据传输高保真的技术是未来发展的必然方向，然而，目前这项技术因环境恶劣而变得十分困难，经过几代人的努力，钻井工程测量(MWD)、随钻测井(LWD)、随钻地震(SWD)和实时评价(FEWD)等随钻测量仪器相继问世，均取得了很好的应用效果，但是，随钻测量技术具有无线数据传输效率低、实时传输的曲线数量和数据采样率受到限制，且井越深这些问题越发突显，究其原因：一是因为钻具在井内回转和碎岩产生的反扭矩危害到整个钻柱，导致整个钻柱的工作环境恶化，无法为精密的测录井仪器随钻柱一起工作；二是整个钻柱是由好多一定长度(3米、6米、9米/根)通过特制丝扣首尾相连而成，开展有线传输难度极大，通过储电池供电的方式和各种无线的手段均会出现不同程度的信息衰减；三是钻头钻进需要地面钻机回转驱动才能碎岩进尺，整个钻柱一直在回转中带动钻头并向下运动，如此，随钻仪器很难在高速的螺旋回转状态下获得精确的测量数据，为此，课题组提出了“一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统，专利文献申请号为201710082518.8”，从根本上解决钻柱回转钻进产生的反扭矩危害、改变钻头单向碎岩对围岩的扰动强度，同时，由于该钻具系统的上部分不回转，在系统整个钻进过程中只受简单的拉压力作用，为上部钻具包括随钻测量仪器等提供各种合适的工作条件和环境。
研究地层岩石形貌，需要通过钻探取心获得岩心，这样产生三点不足：一是钻探取心采取率不能保证100％，总有缺失，无法获得缺失部分的相关信息；二是无法准确获得地层的走向、方向角等参数；三是信息滞后，钻探取心至地面，扫描分析提取岩心信息在时间上存在滞后性。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决无法获得缺失部分的相关信息、无法准确获得地层的走向、方向角等参数与扫描分析提取岩心信息在时间上存在滞后等问题，提供自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，包括伸出驱动机构，所述伸出驱动机构的下方设置有推出机构，所述推出机构的下方设置有孔壁泥浆清除机构，所述孔壁泥浆清除机构的一侧连接有孔壁封闭拍照机构，且孔壁泥浆清除机构的下方设置有气液动态调节机构。
优选地，所述伸出驱动机构包括有驱动电机，所述驱动电机的输出端转动连接有电机驱动螺杆，所述电机驱动螺杆的下方设置有电机支撑环，且电机驱动螺杆的外侧设置有电机电源接口，所述电机支撑环的下方设置有螺杆推出斜面接口。
优选地，所述推出机构包括有推出斜面螺杆接口，所述推出斜面螺杆接口的下方设置有推出斜面，所述推出斜面的底端连接有斜面连接杆，且推出斜面的上方安装有导轨槽，所述导轨槽的上方位于斜面连接杆的一侧设置有滚轮推杆。
优选地，所述孔壁封闭拍照机构包括有壳体导向台，所述壳体导向台的下方设置有壳体，所述壳体的末端设置有壳体膜，且壳体膜的下方设置有相机，所述相机的一侧设置有补光构件，所述补光构件的下方设置有壳体底部透明板，所述壳体底部透明板的下方设置有补光构件，且壳体底部透明板的一侧设置有壳体窗页。
优选地，所述孔壁泥浆清除机构包括有滑轮支撑环，所述滑轮支撑环的一端设置有引线滑轮I，且滑轮支撑环的下方设置有刮刷电机，所述滑轮支撑环的上方设置有壳体末端刮条，所述刮刷电机的一侧设置有动力传递滑轮，所述壳体末端刮条的一侧设置有引线滑轮II，所述引线滑轮II的两侧均设置有引线滑轮III，所述壳体末端刮条的下方远离动力传递滑轮的位置处设置有引线滑轮IV，所述引线滑轮IV的上方设置有刮刷电机支撑座，且引线滑轮IV的一侧设置有刮条放置凹槽。
优选地，所述气液动态调节机构包括有气囊，所述气囊的下方设置有液囊，且气囊的一端设置有气囊接口，所述气囊的外侧设置有钻柱，且气囊的内部设置有气泵，所述气囊的内部位于气泵的外侧设置有气缸，所述液囊的内侧设置有气液动态调节装置放置室，所述液囊的内部设置有液囊接口，所述气缸的内侧设置有压力传感器。
优选地，所述驱动电机与电机驱动螺杆通过转轴转动连接，所述电机驱动螺杆贯穿至推出斜面的下方，所述推出斜面与电机驱动螺杆相接触的位置处设置有与电机驱动螺杆相匹配的内螺纹。
优选地，所述推出斜面与斜面连接杆通过丝扣连接，所述滚轮推杆的末端安装有滚轮，且滚轮推杆末端的滚轮与导轨槽滑动连接。
优选地，所述壳体膜的材质为PVC透明薄膜，所述相机与补光构件固定在一个安装板上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明由伸出驱动系统、推出系统、孔壁封闭拍照系统、泥浆清除系统以及气液动态调节系统组成，通过对钻孔孔壁进行连续拍照，实现对于地层岩石图片资料的实时提取采集，保证了所提取的岩石图片资料的完整性以及连续性，在该套装置所提取的岩石信息满足条件的情况下，可以开展非取芯钻进工作，如此便可以大大降低成本，简化岩石信息提取工作的设备以及工艺方法，该套装置主要有以下几个优点：一是该套装置直接通过对孔壁进行拍照来获取地层岩石信息，而不是对钻探所得岩心进行研究，这就为岩石信息的实时提取采集提供了新的思路与方法；二是该套装置可以保证所获取的地层岩石图片资料是连续完整的，克服了在传统的岩石信息提取采集过程中，岩石信息的不完整以及存在缺失的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的总装上视图；
图3为本发明的伸出驱动系统前视图；
图4为本发明的伸出驱动系统下视图；
图5为本发明的伸出驱动系统左视图；
图6为本发明的推出系统前视图；
图7为本发明的推出系统左视图；
图8为本发明的孔壁封闭拍照系统前视图；
图9为本发明的孔壁封闭拍照系统右视图；
图10为本发明的孔壁封闭拍照系统左视图；
图11为本发明的孔壁封闭拍照系统下视图；
图12为本发明的孔壁泥浆清除系统后视图；
图13为本发明的孔壁泥浆清除系统上剖视图；
图14为本发明的孔壁泥浆清除系统右剖视图；
图15为本发明的气液动态调节系统左剖视图；
图16为本发明的气液动态调节系统上剖视图。
图中：1、伸出驱动机构；2、推出机构；3、孔壁封闭拍照机构；4、孔壁泥浆清除机构；5、气液动态调节机构；101、驱动电机；102、电机驱动螺杆；103、电机支撑环；104、螺杆推出斜面接口；105、电机电源接口；201、推出斜面螺杆接口；202、推出斜面；203、斜面连接杆；204、滚轮推杆；205、导轨槽；301、壳体导向台；302、壳体；303、相机；304、壳体膜；305、壳体底部透明板；306、壳体窗页；307、补光构件；401、滑轮支撑环；402、引线滑轮I；403、刮刷电机；404、动力传递滑轮；405、刮刷电机支撑座；406、壳体末端刮条；407、引线滑轮II；408、引线滑轮III；409、引线滑轮IV；410、刮条放置凹槽；501、气囊；502、液囊；503、气液动态调节装置放置室；504、气囊接口；505、液囊接口；506、气泵；507、气缸；508、压力传感器；509、钻柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-16，自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，包括伸出驱动机构1，伸出驱动机构1的下方设置有推出机构2，推出机构2的下方设置有孔壁泥浆清除机构4，孔壁泥浆清除机构4的一侧连接有孔壁封闭拍照机构3，且孔壁泥浆清除机构4的下方设置有气液动态调节机构5。
请着重参阅图1、图3、图4与图5，伸出驱动机构1包括有驱动电机101，驱动电机101的输出端转动连接有电机驱动螺杆102，电机驱动螺杆102的下方设置有电机支撑环103，且电机驱动螺杆102的外侧设置有电机电源接口105，电机支撑环103的下方设置有螺杆推出斜面接口104，便于伸出驱动机构1驱动推出机构2。
请着重参阅图1、图6与图7，推出机构2包括有推出斜面螺杆接口201，推出斜面螺杆接口201的下方设置有推出斜面202，推出斜面202的底端连接有斜面连接杆203，且推出斜面202的上方安装有导轨槽205，导轨槽205的上方位于斜面连接杆203的一侧设置有滚轮推杆204，便于推出机构对孔壁封闭拍照机构3形成封闭空间。
请着重参阅图1、图8、图9、图10与图11，孔壁封闭拍照机构3包括有壳体导向台301，壳体导向台301的下方设置有壳体302，壳体302的末端设置有壳体膜304，且壳体膜304的下方设置有相机303，相机303的一侧设置有补光构件307，补光构件307的下方设置有壳体底部透明板305，壳体底部透明板305的下方设置有补光构件307，且壳体底部透明板305的一侧设置有壳体窗页306，便于摄像。
请着重参阅图1、图12、图13与图14，孔壁泥浆清除机构4包括有滑轮支撑环401，滑轮支撑环401的一端设置有引线滑轮I402，且滑轮支撑环401的下方设置有刮刷电机403，滑轮支撑环401的上方设置有壳体末端刮条406，刮刷电机403的一侧设置有动力传递滑轮404，壳体末端刮条406的一侧设置有引线滑轮II407，引线滑轮II407的两侧均设置有引线滑轮III408，壳体末端刮条406的下方远离动力传递滑轮404的位置处设置有引线滑轮IV409，引线滑轮IV409的上方设置有刮刷电机支撑座405，且引线滑轮IV409的一侧设置有刮条放置凹槽410，便于清除装置内的污泥。
请着重参阅图1、图15与图16，气液动态调节机构5包括有气囊501，气囊501的下方设置有液囊502，且气囊501的一端设置有气囊接口504，气囊501的外侧设置有钻柱509，且气囊501的内部设置有气泵506，气囊501的内部位于气泵506的外侧设置有气缸507，液囊502的内侧设置有气液动态调节装置放置室503，液囊502的内部设置有液囊接口505，气缸507的内侧设置有压力传感器508，便于对装置进行调节。
请着重参阅图1，驱动电机101与电机驱动螺杆102通过转轴转动连接，便于驱动电机101带动电机驱动螺杆102进行转动，电机驱动螺杆102贯穿至推出斜面202的下方，推出斜面202与电机驱动螺杆102相接触的位置处设置有与电机驱动螺杆102相匹配的内螺纹，便于电机驱动螺杆102驱动推出斜面202移动；推出斜面202与斜面连接杆203通过丝扣连接，滚轮推杆204的末端安装有滚轮，且滚轮推杆204末端的滚轮与导轨槽205滑动连接，便于滚轮推杆204与导轨槽205进行相对移动；壳体膜304的材质为PVC透明薄膜，便于挡光拍照，相机303与补光构件307固定在一个安装板上，便于补光构件307给相机303提供适合拍摄的亮度。
工作原理：当该装置工作时，电机驱动螺杆102，在驱动电机101的作用下，缓慢向下移动。推出斜面202在电机驱动螺杆102的作用下，缓慢向下移动，壳体302，经过滚轮推杆204，在推出斜面202的作用下，逐步与孔壁贴合，形成相对的封闭区域，用于拍照；当壳体302在孔壁上封闭出一块区域后，气缸507经气泵506向气囊501充气，使气囊501体积变大，挤压液囊502，液囊502体积变小，将其内部液体注入壳体302，推动壳体膜304与孔壁贴合，将进入壳体的泥浆通过壳体302末端底部预留缝隙排出去，然后，壳体末端刮条406在刮刷电机403的动力作用下，紧贴孔壁上下来回平稳刮刷，以此达到清除孔壁泥浆的目的，在壳体末端刮条406清除孔壁泥浆的过程中，系在刮条上的光滑引线所经过的各类滑轮都有着导向的作用；在壳体302中的泥浆以及孔壁上的泥浆排除干净之后，处于壳体底部中间位置的补光构件307，对壳体进行补光，照亮孔壁，然后相机303将通过壳体装置，透过壳体膜304，对孔壁进行拍照工作；本套装置内部处于密封状态，装置内部充满着绝缘液，在钻具向下钻进的过程中，由压力传感器508感知装置内外压差的实时变化，通过气液动态调节，保持内部与外部压力处于平衡状态，当外部压力大于内部压力时，打开气泵506，气缸507中的气体将经过气泵506进入气囊501，气囊体积扩大，使得装置内部液体压力加大，与外部液体压力相平衡，当外部压力小于内部压力时，气囊501中气体经气泵506进入气缸507，气囊501体积变小，使内部压力变小，与外部压力相平衡，在排除泥浆的过程中，气泵506将不断向气囊501中充气，使气囊501体积扩大，装置内部压力增大，同时液囊502体积变小，液囊502中的透明液体被挤压进入壳体302，推动壳体膜304逐渐向孔壁贴合，将泥浆排出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，包括伸出驱动机构(1)，其特征在于：所述伸出驱动机构(1)的下方设置有推出机构(2)，所述推出机构(2)的下方设置有孔壁泥浆清除机构(4)，所述孔壁泥浆清除机构(4)的一侧连接有孔壁封闭拍照机构(3)，且孔壁泥浆清除机构(4)的下方设置有气液动态调节机构(5)。
2.根据权利要求1所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述伸出驱动机构(1)包括有驱动电机(101)，所述驱动电机(101)的输出端转动连接有电机驱动螺杆(102)，所述电机驱动螺杆(102)的下方设置有电机支撑环(103)，且电机驱动螺杆(102)的外侧设置有电机电源接口(105)，所述电机支撑环(103)的下方设置有螺杆推出斜面接口(104)。
3.根据权利要求1所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述推出机构(2)包括有推出斜面螺杆接口(201)，所述推出斜面螺杆接口(201)的下方设置有推出斜面(202)，所述推出斜面(202)的底端连接有斜面连接杆(203)，且推出斜面(202)的上方安装有导轨槽(205)，所述导轨槽(205)的上方位于斜面连接杆(203)的一侧设置有滚轮推杆(204)。
4.根据权利要求1所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述孔壁封闭拍照机构(3)包括有壳体导向台(301)，所述壳体导向台(301)的下方设置有壳体(302)，所述壳体(302)的末端设置有壳体膜(304)，且壳体膜(304)的下方设置有相机(303)，所述相机(303)的一侧设置有补光构件(307)，所述补光构件(307)的下方设置有壳体底部透明板(305)，所述壳体底部透明板(305)的下方设置有补光构件(307)，且壳体底部透明板(305)的一侧设置有壳体窗页(306)。
5.根据权利要求1所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述孔壁泥浆清除机构(4)包括有滑轮支撑环(401)，所述滑轮支撑环(401)的一端设置有引线滑轮I(402)，且滑轮支撑环(401)的下方设置有刮刷电机(403)，所述滑轮支撑环(401)的上方设置有壳体末端刮条(406)，所述刮刷电机(403)的一侧设置有动力传递滑轮(404)，所述壳体末端刮条(406)的一侧设置有引线滑轮II(407)，所述引线滑轮II(407)的两侧均设置有引线滑轮III(408)，所述壳体末端刮条(406)的下方远离动力传递滑轮(404)的位置处设置有引线滑轮IV(409)，所述引线滑轮IV(409)的上方设置有刮刷电机支撑座(405)，且引线滑轮IV(409)的一侧设置有刮条放置凹槽(410)。
6.根据权利要求1所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述气液动态调节机构(5)包括有气囊(501)，所述气囊(501)的下方设置有液囊(502)，且气囊(501)的一端设置有气囊接口(504)，所述气囊(501)的外侧设置有钻柱(509)，且气囊(501)的内部设置有气泵(506)，所述气囊(501)的内部位于气泵(506)的外侧设置有气缸(507)，所述液囊(502)的内侧设置有气液动态调节装置放置室(503)，所述液囊(502)的内部设置有液囊接口(505)，所述气缸(507)的内侧设置有压力传感器(508)。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述驱动电机(101)与电机驱动螺杆(102)通过转轴转动连接，所述电机驱动螺杆(102)贯穿至推出斜面(202)的下方，所述推出斜面(202)与电机驱动螺杆(102)相接触的位置处设置有与电机驱动螺杆(102)相匹配的内螺纹。
8.根据权利要求3所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述推出斜面(202)与斜面连接杆(203)通过丝扣连接，所述滚轮推杆(204)的末端安装有滚轮，且滚轮推杆(204)末端的滚轮与导轨槽(205)滑动连接。
9.根据权利要求4所述的自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置，其特征在于：所述壳体膜(304)的材质为PVC透明薄膜，所述相机(303)与补光构件(307)固定在一个安装板上。
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN110259434B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110646429A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-03 | 吉林大学 | 自给进随钻地层岩石形貌记录装置的泥浆清除和拍照系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090133930A1 (en) * | 2007-11-27 | 2009-05-28 | Schlumberger Technology Corporation | Pressure compensation and rotary seal system for measurement while drilling instrumentation |
| CN104632191A (zh) * | 2014-12-11 | 2015-05-20 | 安徽理工大学 | 一种钻孔随钻地质成像仪的除雾方法 |
| CN107605466A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-01-19 | 长江大学 | 一种用于井壁测量的随钻测井装置 |
| CN211524798U (zh) * | 2019-08-06 | 2020-09-18 | 吉林大学 | 自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置 |
-
2019
- 2019-08-06 CN CN201910721482.2A patent/CN110259434B/zh active Active
Patent Citations (4)
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