CN110646429A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，包括孔壁封闭拍照系统以及孔壁泥浆清除系统，作为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置地配套系统，所述孔壁封闭拍照系统主要组成部件有壳体、壳体膜、壳体底部透明板、相机、补光构件和壳体内腔，所述孔壁泥浆清除系统主要组成部件有壳体末端刮条、引线、引线滑轮I、引线滑轮II、引线滑轮III和引线滑轮IV、动力传递滑轮和刮刷电机。本发明孔壁封闭拍照系统与孔壁泥浆清除系统作为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置的配套系统，将在装置工作的整个过程中完成孔壁封闭、泥浆清除以及拍照的工作。
Description
技术领域
本发明属于钻井工程技术和测录井领域，具体涉及基于“自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置”的两套系统，分别为孔壁封闭拍照系统和孔壁泥浆清除系统。
背景技术
到目前为止，能够随钻进行测录井工作的仪器，经过几代人的努力，已经获得长足发展，并在生产实践中取得了很好的应用效果。但是随钻测录井领域的各项技术装备仍然具有广阔的发展空间。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须方向。研究人员一直期望出现一种可以在钻进过程，对地层岩石信息进行实时提取采集、实时传输、实时分析判断的设备。为此，课题组针对测录井领域的一个技术点，即地层岩石形貌研究，提出了基于自平衡钻具系统的随钻地层岩石形貌连续记录装置，(专利号201910721482.2),通过对钻孔孔壁进行连续拍照，记录完整的地层岩石形貌信息。
然而,要想使得该装备在井下能够顺利地完成对于地层岩石形貌信息的记录工作。其中，面临的首要问题之一就是：以何种方式去对地层岩石进行拍照、如何保证拍照路径清晰以及如何清除粘附在孔壁上的泥浆。为了解决以上问题，并作为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置的配套,提出来集孔壁封闭拍照和孔壁泥浆清除于一体的系统。
发明内容
本发明的目的在于为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置提供一种孔壁泥浆清除和封闭拍照系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
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记录装置的泥浆清除和拍照系统，包括孔壁封闭拍照系统以及孔壁泥浆清除系统，作为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置地配套系统，所述孔壁封闭拍照系统主要组成部件有壳体、壳体膜、壳体底部透明板、相机、补光构件和壳体内腔，所述孔壁泥浆清除系统主要组成部件有壳体末端刮条、引线、引线滑轮I、引线滑轮II、引线滑轮III和引线滑轮IV、动力传递滑轮和刮刷电机；
壳体：所述壳体是本套装置中唯一一个大面积与钻柱外部环境接触部件，钻进过程中，将会与泥浆、甚至是孔壁之间发生摩擦，壳体材料设置为耐磨损，而且不易粘附泥浆，同时具有应对较高的压强与温度有较好的适应性，所述壳体末端粘结有一层软材料，所述壳体外侧与钻孔泥浆相接触，所述壳体内测与装置内部绝缘液相接触，所述壳体末端内测设置有所述壳体膜，所述壳体膜面向孔壁的一侧预留有缝隙，所述壳体在外形与钻柱外形相适配，所述壳体四周与钻柱相接触的部分设置有软材料，所述壳体的一端向侧边加长，所述壳体整体上呈“L”形，所述壳体上设置有引线通道；
壳体膜：壳体膜采用柔性材料制作，且韧性好，无色透明，所述壳体膜与所述壳体内腔相粘结，所述壳体膜一侧与外部泥浆接触，所述壳体膜另一侧与所述壳体内腔中的液体相接触，壳体膜对于高温高压有较好的适应性，所述壳体膜表面光滑，不易粘附泥浆，所述壳体膜与孔壁之间滑动设置有壳体末端刮条；
壳体底部透明板：所述壳体底部透明板为无色透明，所述壳体底部透明板与所述壳体之间紧密接触，所述壳体底部透明板采用硬性材料，所述壳体底部透明板可抗高温高压，所述壳体底部透明板下部设置有液囊接口I，所述壳体底部透明板中间位置设置有相机的安装接口；
壳体末端刮条：所述壳体末端刮条由硬性材料和柔性材料两部分组成，所述壳体末端刮条坚硬的部分面向孔壁一侧，所述壳体末端刮条柔软的一侧面向所述壳体膜一侧，所述壳体末端刮条刮条坚硬面上设计有许多凸起，所述壳体末端刮条与柔软材料有较好的相容性；
引线：所述引线穿过壳体上的引线通道进入壳体内部；
引线滑轮I、引线滑轮II、引线滑轮III和引线滑轮IV：所述孔壁泥浆清除系统中设置的所有引线滑轮作为装置内的引线支撑点；
动力传递滑轮：所述引线中间部分则缠绕于所述动力传递滑轮上；
刮刷电机：刮刷电机为孔壁泥浆清除系统提供动力，所述动力传递滑轮安装在所述刮刷电机上面；
进一步的，该装置内部充满了无色透明的绝缘液，装置所需电能均通过电缆由井上设备供给，在同一圆周上所述壳体是对称分布的，一组两个壳体，上下共设置两组。
进一步的，所述孔壁封闭拍照系统以及孔壁泥浆清除系统组成部件不仅仅只限于上述所列出的部件，以上仅是该系统的主要组成部件。
通过上述设计，可以达到两点目的：一是通过对壳体泥浆的排除以及孔壁泥浆的刮刷清除，保证了处于拍照区域的地层岩石表面基本无泥浆粘附。二是壳体膜、壳体底部透明板、以及壳体内腔中的液体和装置内部的绝缘液均是无色透明，保证了相机拍照路径的清晰、无障碍，综上所述，孔壁封闭拍照系统与孔壁泥浆清除系统作为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置的配套系统，将在装置工作的整个过程中完成孔壁封闭、泥浆清除以及拍照的工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置上视图；
图2自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置上视图的A-A剖视图；
图3孔壁封闭拍照系统前视图；
图4孔壁封闭拍照系统前视图的D-D剖视图；
图5孔壁封闭拍照系统右视图；
图6孔壁封闭拍照系统左视图；
图7孔壁泥浆清除系统后视图；
图8孔壁泥浆清除系统后视图的局部视图I；
图9孔壁泥浆清除系统后视图的E-E剖视图；
图10孔壁泥浆清除系统后视图E-E剖视图的局部视图II；
图11孔壁泥浆清除系统等轴测图；
图12孔壁泥浆清除系统上视图；
图13气液动态调节系统下视图；
图14气液动态调节系统下视图的B-B剖视图；
图15气液动态调节系统下视图的C-C剖视图；
图16气液动态调节系统前视图。
附图标记：
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、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、308-壳体内腔、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、510-支撑板、511-液囊接口I。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“前面”、“后面”、“中间部位”、“内部”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-16，根据本发明实施例的本发明孔壁封闭拍照系统以及孔壁泥浆清除系统，作为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置地配套系统。其作用在于完成孔壁封闭、泥浆清除以及拍照的工作，就其所处的工作环境和设计目的而言，这两大系统中各个部件、各个部件之间以及各个部件与外界环境之间应具有以下的特征与性质。
其中孔壁封闭拍照系统主要组成部件有壳体302、壳体膜304、壳体底部透明板305、相机303和补光构件307。
其中孔壁泥浆清除系统主要组成部件有壳体末端刮条406、引线、引线滑轮I(402)、引线滑轮II407、引线滑轮III(408)和引线滑轮IV(409)、动力传递滑轮404和刮刷电机403。
壳体302：壳体302是本套装置中唯一一个大面积与钻柱外部环境接触部件，在钻进过程中，将会与泥浆、甚至是孔壁之间发生摩擦，因此壳体302的制作材料应耐磨损，而且不易粘附泥浆，除此之外，壳体302材料应对较高的压强与温度有较好的适应性，壳体302外侧与钻孔泥浆相接触，内测与装置内部绝缘液相接触，而壳体302应均不与其反应，即其耐腐蚀性强，为了在封闭孔壁时能够更好地与孔壁相结合，壳体302末端粘结有一层软材料，当壳体302在该装置推出系统的作用下向孔壁一侧伸出并于孔壁接触时，会有一个自适应的过程，以此达到与孔壁的紧密贴合，壳体302末端内测设置有壳体膜304，并在壳体膜304一侧即面向孔壁的一侧预留有缝隙，预留缝隙的作用为，在完成孔壁封闭后，进行泥浆排除工作时，进入壳体302的泥浆将会从该预留缝隙中被排出，由于壳体302是一个需要活动的部件，且与外界泥浆相接触，因此，壳体302在外形上应与钻柱的外形相吻合，并且壳体302四周与钻柱相接触的部分应设计为软材料，达到既能保证壳体302的自由伸缩，又能有效防止外部泥浆渗入装置内部，污染无色透明的绝缘液，壳体302的一端加长，整体上呈“L”形，目的是为了增加壳体302在伸出和缩回时的稳定性，除此之外，壳体302上还设置有引线穿过的通道，该通道应为软材料制作，能够达到既能保证引线顺畅穿过，还能防止外部泥浆进入该装置。
壳体膜304：壳体膜304采用柔性材料制作，韧性好，无色透明，由于其一侧与外部泥浆接触，另一侧与壳体内腔308中的液体相接触，因此，壳体膜304应均不与其反应，即其耐腐蚀性强，而且耐磨损，除此之外，壳体膜304对于高温高压有较好的适应性，壳体膜304表面光滑，不易粘附泥浆，在对孔壁泥浆进行清除时，壳体末端刮条406将会从孔壁与壳体膜304之间穿过，因此就壳体膜304的材料而言，要保证它们之间的相容性较好，并且两者之间的摩擦力要小，壳体膜304设置在壳体302末端的内腔，在预留缝隙的一侧向着装置内部的一侧，壳体膜304与壳体内腔308之间紧密粘结在一起，防止外部泥浆从壳体膜304与壳体内腔308之间的缝隙中渗入，污染壳体内腔308中的无色透明液体。
壳体底部透明板305：无色透明，与壳体302之间紧密接触，采用硬性材料制作，对于高温高压的适应性好，该透明板下部设置有液囊接口I，中间位置设置有相机303的安装接口。
相机303与补光构件307：在壳体302底部设置有相机303，用来完成拍照工作，由于井下环境没有光线，因此要想完成拍照工作，还需要设置补光构件307，用于为装置补光，照亮地层岩石，只有这样才能完成对于地层岩石形貌信息的采集提取，相机303与补光构件307集成在一起，安装在壳体底部透明板305的中间部位，以此拍得最为完整清晰的岩石照片，相机303与补光构件307均已做出相应的处理措施，以防止绝缘液进入其内部。
壳体末端刮条406：该刮条应有两部分组成，一部分采用硬性材料，另一部分采用柔性材料，具体安装时，应将坚硬的部分面向孔壁一侧，将柔软的一侧面向壳体膜304一侧，除此之外，在刮条坚硬面上设计有许多凸起，以便更好地将孔壁泥浆刮刷下来，其中柔软材料应与壳体膜304有较好的相容性，保证刮条与壳体膜304之间的摩擦力很小。
引线：耐磨损、抗拉能力强、化学性质稳定且耐腐蚀能力强，不与泥浆和绝缘液发生反应，由于有一段引线需要穿过壳体302上的引线通道进入壳体302内部，因此引线与通道的制作材料有较好的相容性，既能保证其顺畅穿过，又能防止外部泥浆从通道进入装置内部。
引线滑轮I(402)、引线滑轮II(407)、引线滑轮III(408)和引线滑轮IV(409)：孔壁泥浆清除系统中设置的所有引线滑轮，其作用一是作为装置内的引线支撑点，二是改变引线在装置内的穿行方向，滑轮表面应尽量光滑，以此减弱与引线之间的摩擦。
动力传递滑轮404：装置内所有的引线，两端都系在壳体末端的刮条406上，引线中间部分则缠绕在该滑轮上，引线与该滑轮之间存在着很大的摩擦力，当该滑轮转动时，带动引线，进而带动刮条上下平稳移动。
刮刷电机403：为孔壁泥浆清除系统提供动力，动力传递滑轮404安装在其上面，当电机启动时，带动动力传递滑轮404转动，进而通过引线带动刮条上下来回刮刷，清除粘附在孔壁上的泥浆。
通过本发明的上述方案，本发明内容孔壁封闭拍照系统与孔壁泥浆清除系统为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置的配套系统，其具体实施方式将结合图1至图16加以阐述，其中图1和图2分别依次为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置的上视图、上视图的A-A剖视图；图3至图6分别依次为孔壁封闭拍照系统的前视图、前视图的D-D剖视图、右视图和左视图，图7至图12分别依次为孔壁泥浆清除系统的后视图、后视图的局部视图I、后视图的E-E剖视图、后视图E-E剖视图的局部视图II、等轴测图和上视图，图13至图16分别依次为气液动态调节系统的下视图、下视图的B-B剖视、下视图的C-C剖视图和前视图，在钻进过程中，当该装置到达一定深度时，壳体302在推出系统的作用下，自中心向两侧伸出，并与孔壁紧密贴合，然后通过气液动态调节系统增大装置内部压强，将在封闭孔壁过程中进入壳体302的泥浆从壳体302末端预留缝隙中排除，然后启动刮刷电机403，带动动力传递滑轮404转动，进而使得刮条在引线的牵引下上下来回平稳刮刷，将粘附在孔壁上的泥浆清除出去，完成上述操作后，利用补光构件307对壳体302进行补光，照亮地层岩石，然后再进行拍照工作，当完成拍照工作后，推出系统将壳体302收回，并向下继续移动，到达指定位置后，再次重复上述步骤即可。
在具体应用时，当壳体302在孔壁封闭出一块区域后，通过气液动态调节系统的作用，液囊502将其中的液体压入到壳体内腔308，进入壳体内腔308的液体推动壳体膜304向着孔壁一侧贴合，把进入壳体302的泥浆从壳体302末端底部预留缝隙排除去，然后启动刮刷电机403，通过引线，牵动壳体末端刮条406上下来回平稳刮刷，清除粘附在孔壁上的泥浆，通过补光构件307对壳体302进行补光，照亮孔壁，最后进行拍照，以上便是孔壁封闭拍照系统与孔壁泥浆清除系统的主要功能，但在实际操作过程中，仍需要该装置其他系统的紧密配合，共同来完成。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限定本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.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，其特征在于，包括孔壁封闭拍照系统以及孔壁泥浆清除系统，作为自给进随钻地层岩石形貌连续记录装置地配套系统，所述孔壁封闭拍照系统主要组成部件有壳体(302)、壳体膜(304)、壳体底部透明板(305)、相机(303)、补光构件(307)和壳体内腔(308)，所述孔壁泥浆清除系统主要组成部件有壳体末端刮条(406)、引线、引线滑轮I(402)、引线滑轮II(407)、引线滑轮III(408)和引线滑轮IV(409)、动力传递滑轮(404)和刮刷电机(403)；
壳体(302)：所述壳体(302)是本套装置中唯一一个大面积与钻柱外部环境接触部件，钻进过程中，将会与泥浆、甚至是孔壁之间发生摩擦，壳体(302)材料设置为耐磨损，而且不易粘附泥浆，同时具有应对较高的压强与温度有较好的适应性，所述壳体(302)末端粘结有一层软材料，所述壳体(302)外侧与钻孔泥浆相接触，所述壳体(302)内测与装置内部绝缘液相接触，所述壳体(302)末端内测设置有所述壳体膜(304)，所述壳体膜(304)面向孔壁的一侧预留有缝隙，所述壳体(302)在外形与钻柱外形相适配，所述壳体(302)四周与钻柱相接触的部分设置有软材料，所述壳体(302)的一端向侧边加长，所述壳体(302)整体上呈“L”形，所述壳体(302)上设置有引线通道；
壳体膜(304)：壳体膜(304)采用柔性材料制作，且韧性好，无色透明，所述壳体膜(304)与所述壳体内腔(308)相粘结，所述壳体膜(304)一侧与外部泥浆接触，所述壳体膜(304)另一侧与所述壳体内腔(308)中的液体相接触，壳体膜(304)对于高温高压有较好的适应性，所述壳体膜(304)表面光滑，不易粘附泥浆，所述壳体膜(304)与孔壁之间滑动设置有壳体末端刮条(406)；
壳体底部透明板(305)：所述壳体底部透明板(305)为无色透明，所述壳体底部透明板(305)与所述壳体(302)之间紧密接触，所述壳体底部透明板(305)采用硬性材料，所述壳体底部透明板(305)可抗高温高压，所述壳体底部透明板(305)下部设置有液囊接口I(511)，所述壳体底部透明板(305)中间位置设置有相机(303)的安装接口；
壳体末端刮条(406)：所述壳体末端刮条(406)由硬性材料和柔性材料两部分组成，所述壳体末端刮条(406)坚硬的部分面向孔壁一侧，所述壳体末端刮条(406)柔软的一侧面向所述壳体膜(304)一侧，所述壳体末端刮条(406)刮条坚硬面上设计有许多凸起，所述壳体末端刮条(406)与柔软材料有较好的相容性；
引线：所述引线穿过壳体(302)上的引线通道进入壳体(302)内部；
引线滑轮I(402)、引线滑轮II(407)、引线滑轮III(408)和引线滑轮IV(409)：所述孔壁泥浆清除系统中设置的所有引线滑轮作为装置内的引线支撑点；
动力传递滑轮(404)：所述引线中间部分则缠绕于所述动力传递滑轮(404)上；
刮刷电机(403)：刮刷电机(403)为孔壁泥浆清除系统提供动力，所述动力传递滑轮(404)安装在所述刮刷电机(403)上面。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，该装置内部充满了无色透明的绝缘液，装置所需电能均通过电缆由井上设备供给，在同一圆周上所述壳体(302)是对称分布的，一组两个壳体(302)，上下共设置两组。
3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述孔壁封闭拍照系统以及孔壁泥浆清除系统组成部件不仅仅只限于上述所列出的部件，以上仅是该系统的主要组成部件。
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2019
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