CN115492570A - 一种钻井工程井内垂直度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻井工程技术领域，特别涉及一种钻井工程井内垂直度检测装置，包括水平监控机构、垂直检测机构、控制箱和固定架，水平监控机构由单片机、底座、挡风盒和报警器。其中挡风盒的内部由支架、连接轴、轴承、垂直活动板和红外线传感器组成，水平监控机构是垂直度检测的前提，保证设备处于水平状态。垂直检测机构由步进电机、单轴滚珠丝杠直线滑台、红外线距离传感器和CPU组成垂直检测机构用于井内垂直度的检测。控制箱由显示灯组、控制面板、电源开关、机盖、控制电路板、单片机、CPU、蓄电池和步进电机组成，控制箱控制水平监控和垂直检测的运行。本发明运用红外传感技术检测钻井垂直度的合格情况，其检测处理速度快，便于携带和安装。

Description

一种钻井工程井内垂直度检测装置

技术领域

发明涉及钻井工程领域，具体为一种钻井工程井内垂直度检测装置。。

背景技术

俗话说“钻头不到，石油不冒”，钻井是石油工业的龙头，钻井工程是油气勘探开发的主要手段，钻井工程的实施对于油气勘探开发的成败起着决定性的作用，利用机械设备或人力从地面将地层钻成孔眼的工作称为钻井，通常指勘探或开发石油、天然气液态和气态矿产而钻凿井眼及大直径供水井的工程。

钻井结束后，需要对井口直径、井内深度以及垂直度之类的参数进行验收检测，而垂直度的测量是必不可少的，当垂直度误差较大时，不便于管道的下落和管道对接，但是目前并没有专门检测井内垂直度的设备，而传统的垂直测量方式精确度较低，测量速度较慢，不便于携带以及安装固定。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种钻井工程井内垂直度检测装置。

其技术方案如下：

包括水平监控机构、垂直检测机构、控制箱和固定架，水平监控机构由单片机、底座、挡风盒和报警器组成，其中单片机位于控制箱内，底座上设置有若干处沉头孔，挡风盒的外部设置有照射口，挡风盒内部由支架、连接轴、轴承、垂直活动板和红外线传感器组成，垂直检测机构由步进电机、单轴滚珠丝杠直线滑台、红外线距离传感器和CPU组成，其中CPU和步进电机位于控制箱内，单轴滚珠丝杠直线滑台主要由丝杠和滑块组成，单轴滚珠丝杠直线滑台的左端设置有沉头孔，控制箱的外部由显示灯组、控制面板、电源开关和机盖组成，机盖中部设置有散热口，控制箱的内部由控制电路板、单片机、CPU、蓄电池和步进电机组成，固定架上设置有若干处沉头孔。

此外，固定架上固定有控制箱，控制箱与固定架为螺栓固定，控制箱上固定有水平监控机构和垂直检测机构，其中水平监控机构位于垂直检测机构的顶部，水平监控机构和垂直检测机构均与控制箱为螺栓固定，水平监控机构和垂直检测机构之间为螺栓固定，通过螺栓固定既便于安装和拆卸，又保证了固定连接的可靠性。

水平监控机构的组成结构中，报警器位于底座的左端，报警器与底座之间为胶连接，挡风盒位于底座的右端，挡风盒与底座之间为螺栓固定，水平监控机构是垂直度检测的前提，用于监控设备是否处于水平状态。

挡风盒的内部组成结构中，支架共两处，两处支架均与底座螺栓固定，连接轴位于两处支架中间，连接轴与垂直活动板中间设置有两处轴承，连接轴上设置有垂直活动板，垂直活动板上固定有红外线传感器，红外线传感器与单片机之间为电性连接，挡风盒为密闭空间，减少外界的干扰，保证监控的精确性，轴承用于减少垂直活动板与连接轴之间的摩擦力，保证垂直活动板活动的灵敏性，当设备放置水平时，垂直活动板与挡风盒内部垂直面相平行，红外线传感器此时照射至挡风盒内的距离最短，当设备放置出现倾斜时，垂直活动板与挡风盒内部垂直面并不平行，红外线传感器照射至挡风盒的距离变长，红外线传感器的照射距离在一定的变动范围内为正常，通过红外线传感器的照射距离变动来监控设备是否处于水平状态。

单轴滚珠丝杠直线滑台的组成结构中，滑块位于丝杠上，滑块底部固定有红外线距离传感器，滑块与红外线距离传感器之间为螺栓固定，通过滑块在单轴滚珠丝杠直线滑台中的移动进而带动红外线距离传感器的运动。

垂直检测机构的组成结构中，单轴滚珠丝杠直线滑台和红外线距离传感器均与CPU电性连接，其中步进电机与单轴滚珠丝杠直线滑台电性连接，步进电机为单轴滚珠丝杠直线滑台提供动力，垂直检测机构用于检测井内的垂直度，单轴滚珠丝杠直线滑台将红外线距离传感器在水平方向移动的时间和速度参数反馈给CPU，红外线距离传感器将从井底到井口多测深度的变化情况反馈给CPU，CPU的工作原理是通过红外线距离传感器测深变化值制成线性函数，用来显示照射至井壁的长度变化，单位时间内红外线距离传感器的水平位移与单位时间内井壁的变化量的比值即为井壁倾斜的余弦值，用于检测井内的垂直度。

控制箱的外部组成结构中，显示灯组、控制面板和电源开关均位于控制箱的顶部，机盖与散热口为一体机构，机盖共两处，两处机盖分别固定于控制箱的前后端，机盖与控制箱螺栓固定，显示灯组共包含红外线传感器显示灯和红外线距离传感器显示灯，其中，散热口用于控制箱内部电器元件的散热，通过显示灯组方便查看红外线传感器和红外线距离传感器是否处于工作状态。

控制箱的内部组成结构中，以控制电路版为中心，显示灯组、控制面板、报警器、单片机、CPU、蓄电池和步进电机均与控制电路板电性连接，其中电源开关与蓄电池相连接，控制面板用于发送指令和显示检测结果，当红外线传感器的照射距离超过一定的变动范围时，单片机执行储存于内部的程序，会通过控制电路板向报警器发出信号，此时报警器响起，蓄电池对控制箱内所有的电器元件供电。

本发明的有益效果是：

解决目前市面上并没有专门检测井内垂直度的设备，而垂直度的测量是必不可少的，当垂直度误差较大时，不便于管道的下落和管道对接，传统的垂直测量方式精确度较低，测量速度较慢，不便于携带以及安装固定的缺点。为了解决上述存在的问题。

运用红外传感技术检测钻井垂直度的合格情况，其检测处理速度快，便于携带和安装，方便用于检测验收钻井参数是否合格，为以后的管道下入和管道对接提供了保证。

附图说明

图1为本发明的钻井工程井内垂直度检测装置主视图。

图2为图1沿A-A截面的剖视图。

图3为图1沿B-B截面的剖视图。

图4为本发明的钻井工程井内垂直度检测装置左视图。

图5为本发明的钻井工程井内垂直度检测装置俯视图。

图6为图5沿C-C截面的剖视图。

图7为图5沿D-D截面的剖视图。

图8为图6中E视图的挡风盒内部结构放大图。

图9为本发明的钻井工程井内垂直度检测装置工作流程框架图。

图中：1.水平监控机构，2.垂直检测机构，3.控制箱，4.固定架，5.底座，6.挡风盒，7.报警器，8.沉头孔，9.支架，10.连接轴，11.垂直活动板，12.红外线传感器，13.轴承，14.单轴滚轴丝杠直线滑台，15.丝杠，16.滑块，17.红外线距离传感器，18.机盖，19.散热口，20.控制面板，21.电源开关，22.显示灯组，23.控制电路板，24.单片机，25.CPU，26.蓄电池，27.步进电机，28.沉头孔，29.沉头孔，30.沉头孔。

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。

参照附图1和6，本发明提供一种钻井工程井内垂直度检测装置，包括水平监控机构1、垂直检测机构2、控制箱3和固定架4。固定架4上固定有控制箱3，控制箱3通过螺栓固定在固定架4上。控制箱3上固定有水平监控机构1和垂直检测机构2，水平监控机构1和垂直检测机构2均与控制箱3通过螺栓固定。其中，水平监控机构1位于垂直检测机构2的顶部，水平监控机构1和垂直检测机构2之间通过螺栓固定，通过螺栓固定既便于安装和拆卸，又保证了固定连接的可靠性。

参照附图5和6，水平监控机构1由底座5、挡风盒6和报警器7组成。在水平监控机构1的组成结构中，报警器7位于底座5的左端，报警器7与底座5之间为胶连接，挡风盒6位于底座5的右端，挡风盒6与底座5之间通过螺栓固定。

参照附图7，挡风盒6内部由支架9、连接轴10、轴承13、垂直活动板11和红外线传感器12组成。在挡风盒6的内部组成结构中，支架9共两个，两个支架9均与底座5通过螺栓固定。连接轴10位于两个支架9中间，连接轴10与垂直活动板11中间设置有两个轴承13，连接轴10上设置有垂直活动板11。参照附图8，垂直活动板11上固定有红外线传感器12，红外线传感器12与单片机24之间通过电路连接。

参照附图6和2，垂直检测机构2由单轴滚珠丝杠直线滑台14、红外线距离传感器17组成。单轴滚珠丝杠直线滑台14上装有丝杠15和滑块16。滑块16位于丝杠15上，滑块16底部固定有红外线距离传感器17，滑块16与红外线距离传感器17之间通过螺栓固定。滑块16通过在单轴滚珠丝杠直线滑台14上的移动带动红外线距离传感器17沿丝杠15轴向运动。步进电机27与丝杠15构成传动连接，步进电机27为单轴滚珠丝杠直线滑台14提供动力，驱动丝杠15转动，进而带动滑块16移动。红外线距离传感器17与CPU25构成电路连接。

参照图1、5和6，在控制箱3的外部设有报警器7、显示灯组22、控制面板20、电源开关21、散热口19和机盖18。散热口19用于控制箱3内部电器元件的散热，机盖18中部设置有散热口19，机盖18与散热口19为一体机构。机盖18共两个，分别通过螺栓固定于控制箱3的前后端。显示灯组22、控制面板20和电源开关21均位于控制箱3的顶部。显示灯组22包含红外线传感器显示灯和红外线距离传感器显示灯。

在控制箱3的内部设有控制电路板23、单片机24、CPU25、蓄电池26和步进电机27。单片机24、CPU25、蓄电池26和步进电机27与控制电路板23构成电路连接。蓄电池26对控制箱3内所有的电器元件供电，电源开关21与蓄电池26相连接。

参照附图3、4和6，固定架4底面上设置有若干沉头孔30，用于安装螺栓并与地面固定。固定架4立板上设置有若干沉头孔29，单轴滚珠丝杠直线滑台14的左端设置有沉头孔28，沉头孔28和沉头孔29用于安装螺栓并分别与控制箱3固定。

底座5底面上设置有若干沉头孔8，用于安装螺栓并与单轴滚轴丝杠直线滑台14固定。

本发明的工作原理为：参照附图1至9，将水平监控机构1、垂直检测机构2、控制箱3和固定架4四者之间通过螺栓固定好。打开电源开关21，开启红外线感应器12，调整设备的水平度使得水平监控机构1中的报警器7不在鸣响为止，然后将固定架4通过螺栓与地面固定，实现设备的固定。开启垂直检测机构2，红外线距离传感器17在单轴滚轴丝杠直线滑台14上移动，经过CPU25处理后将检测结果通过控制面板20显示出来。

水平监控机构1是实现垂直度检测的前提，用于监控设备是否处于水平状态。挡风盒6为密闭空间，减少外界的干扰，保证监控的精确性，轴承13用于减少垂直活动板11与连接轴10之间的摩擦力，保证垂直活动板11活动的灵敏性。

参照附图8，当本发明的钻井工程井内垂直度检测装置放置水平时，垂直活动板11与挡风盒6内部垂直面相平行，红外线传感器12此时照射至挡风盒6内部垂直面的距离最短；当设备放置出现倾斜时，垂直活动板11与挡风盒6内部垂直面并不平行，红外线传感器12照射至挡风盒6的距离变长，红外线传感器12的照射距离在一定的变动范围内为正常，通过红外线传感器12的照射距离变动来监控单轴滚轴丝杠直线滑台14是否处于水平状态。通过微调固定架4与地面的夹角或者单轴滚轴丝杠直线滑台14与固定架4的夹角，来保持单轴滚轴丝杠直线滑台14的水平度。

垂直检测机构2用于检测井内的垂直度。单轴滚珠丝杠直线滑台14将红外线距离传感器17在水平方向移动的时间和速度参数反馈给CPU25，红外线距离传感器17将照射至井壁的长度变化的变化情况，以及井底到井口的测深反馈给CPU25。CPU25将红外线距离传感器17测深变化值制成线性函数，用来显示照射至井壁的长度变化，单位时间内红外线距离传感器17的水平位移与单位时间内井壁的变化量的比值即为井壁倾斜角的余弦值，余弦值在一定的范围内即可，用于体现井内的垂直度，控制面板20显示垂直度的检测值。为保证检测的准确性，需在井口对面进行两到三次检测，取检测的平均值。

显示灯组22方便查看红外线传感器12和红外线距离传感器17是否处于工作状态。

控制面板20用于发送指令和显示检测结果，当红外线传感器12的照射距离超过一定的变动范围时，单片机24执行储存于内部的程序，会通过控制电路板23向报警器7发出信号，此时报警器7响起。

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)

1.一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：包括水平监控机构（1）、垂直检测机构（2）、控制箱（3）和固定架（4）；

控制箱（3）固定在固定架（4）上；控制箱（3）上固定有水平监控机构（1）和垂直检测机构（2），水平监控机构（1）上设置有挡风盒（6），挡风盒（6）内部由支架（9）、垂直活动板（11）和红外线传感器（12）组成；支架（9）固定在挡风盒（6）内部，垂直活动板（11）可相对支架（9）转动，垂直活动板（11）上固定有红外线传感器（12），红外线传感器（12）与单片机（24）之间通过电路连接；

垂直检测机构（2）由单轴滚珠丝杠直线滑台（14）、红外线距离传感器（17）组成；单轴滚珠丝杠直线滑台（14）上装有丝杠（15）和滑块（16），滑块（16）位于丝杠（15）上，滑块（16）底部固定有红外线距离传感器（17）；滑块（16）通过在单轴滚珠丝杠直线滑台（14）上的移动带动红外线距离传感器（17）沿丝杠（15）轴向运动；步进电机（27）与丝杠（15）构成传动连接；

在控制箱（3）的内部设有显有控制电路板（23）、单片机（24）、CPU（25）和步进电机（27），单片机（24）、CPU（25）和步进电机（27）与控制电路板（23）构成电路连接；红外线距离传感器（17）与CPU（25）构成电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：还包括连接轴（10）、轴承（13）；支架9共两个，两个支架9均与底座5通过螺栓固定，连接轴（10）位于两个支架9中间，连接轴（10）与垂直活动板（11）中间设置有两个轴承（13）。

3.根据权利要求1或2所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：所述水平监控机构（1）还包括底座（5）和报警器（7）；报警器（7）位于底座（5）的左端，报警器（7）与底座（5）之间固定连接，挡风盒（6）位于底座（5）的右端，挡风盒（6）与底座（5）之间固定连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：所述水平监控机构（1）位于垂直检测机构（2）的顶部。

5.根据权利要求1或2所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：所述在控制箱（3）的外部设有显示灯组（22）、控制面板（20）和电源开关（21）；显示灯组（22）、控制面板（20）和电源开关（21）均位于控制箱（3）的顶部，显示灯组（22）包含红外线传感器显示灯和红外线距离传感器显示灯。

6.根据权利要求1或2所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：还包括蓄电池（26），蓄电池（26）对控制箱3内的控制电路板（23）、单片机（24）、CPU（25）和步进电机（27）供电，电源开关（21）与蓄电池（26）相连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：所述在控制箱（3）的外部还设有散热口（19）和机盖（18）；机盖（18）与散热口（19）为一体机构，

机盖（18）共两个，分别固定于控制箱（3）的前后端。

8.根据权利要求1所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：所述滑块（16）与红外线距离传感器（17）之间通过螺栓固定；所述水平监控机构（1）和垂直检测机构（2）均与控制箱（3）通过螺栓固定。

9.根据权利要求1所述的一种钻井工程井内垂直度检测装置，其特征在于：所述固定架（4）底面上设置有若干沉头孔（30），用于安装螺栓并与地面固定，固定架（4）立板上设置有若干沉头孔（29），单轴滚珠丝杠直线滑台（14）的左端设置有沉头孔（28），沉头孔（28）和沉头孔（29）用于安装螺栓并分别与控制箱（3）固定，底座（5）底面上设置有若干沉头孔（8），用于安装螺栓并与单轴滚轴丝杠直线滑台（14）固定。

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