CN116696320B - 一种井中测量光纤布设装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井中测量光纤布设装置及方法，包括锁止舱、光纤导头和锁止组件；所述的锁止舱为上部开口的空心圆柱体，顶部内壁设有与钻杆连接的螺纹；所述的锁止组件安装在锁止舱内；所述的光纤导头底部为锥形，顶部通过锁止组件与锁止舱之间可分离式连接；光纤导头上设有成对的光纤穿孔，用于光纤穿入穿出形成回路。本发明光纤布设装置在钻杆下部安装可拆卸的导头锁止舱，内设锁止组件。由锁止组件悬挂光纤导头，在提钻和下钻过程中由钻杆、锁止舱和导头之间的刚性连接承荷代替光纤的柔性连接承荷，避免光纤被拉断及由此导致钻孔堵塞报废，也可以避免光纤来回摆动，使光纤布设过程更为顺利和标准化。

Description

一种井中测量光纤布设装置及方法

技术领域

本发明属于光纤测量和监测技术领域，涉及一种井中测量光纤布设装置及方法。

背景技术

光纤监测技术作为一种新型的测量与监测技术，能够适应复杂的环境条件，并提供连续的高精度测量形变、温度等测量数据。在监测地面、道路、建筑物、堤坝的沉降变形监测中，需要在监测井中布设垂向光纤，并保持光纤垂直紧绷。现有布设方法，一般是在监测井施钻井工完毕后，用重物(光纤导头，下同)系在光纤下端，垂向放入监测井中。面对较为复杂的地质条件时，钻孔易发生老化、坍塌、缩径，导致出现光纤导头卡在井筒中间上下不能移动的情况发生，此时需要利用钻机的钻杆进行顶进。当用钻杆也无法顶进时，需要收回光纤，用钻机对钻孔进行扩孔和清扫作业后，再次布设光纤。如图1所示，以南智传感为例，现有光纤投放装置与吊线锤类似结构，内部设有螺丝螺帽紧固装置，用于固定系留光纤，当钻孔存在倾斜、缩径、弯曲等情况时，无法靠自身实现垂直导向功能，也无法避免因中途卡住，不能放到底也不能回收的问题。

上述情况下的顶进和收回作业，均给光纤施加了巨大的张力，使得光纤被拉断的风险大大增加，轻则已投放光纤和设备受到损失，重则钻孔报废。上述问题的发生概率和风险往往随钻孔深度增加急剧增大，同时经济损失也急剧放大，尤其在重大工程建设、重大科学研究工程施工中，深钻造价往往数千万元，一旦钻孔报废损失难以估量。因此，有必要改进现有光纤布设装置和技术方法。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种井中测量光纤布设装置，实现垂向光纤的顺畅布设，并消除光纤下放过程中的承荷作用，避免光纤拉断。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种井中测量光纤布设装置，包括锁止舱、光纤导头和锁止组件；所述的锁止舱为上部开口的空心圆柱体，顶部内壁设有与钻杆连接的螺纹；所述的锁止组件安装在锁止舱内；所述的光纤导头底部为锥形，顶部通过锁止组件与锁止舱之间可分离式连接；光纤导头上设有成对的光纤穿孔，用于光纤穿入穿出形成回路。

进一步地，所述的光纤导头顶部设有圆形台阶；所述圆形台阶顶部设有与锁止舱内锁止组件配合的挂耳。

进一步地，所述的光纤导头包括导头上半段和导头下半段；所述导头上半段为顶部封闭而下部开口的空心圆柱体，导头上半段的顶部通过连接杆与圆形台阶一体成型；所述导头上半段顶部位于连接杆的外围，设置有成对的光纤穿孔。

进一步地，所述的导头下半段为带有封闭锥帽的空心圆柱体。

进一步地，所述的导头上半段与所述的导头下半段通过内外螺纹连接。

进一步地，所述的锁止组件包括电磁铁、锁止杆以及压簧；所述的电磁铁设置在锁止舱内部底板上；所述的锁止杆为一组，呈圆柱状并设有台阶，以电磁铁为圆心水平设置于底板外侧；所述压簧一端连接在锁止杆的台阶上，一端与电磁铁连接；所述的挂耳贯穿底板，其顶部设有与锁止杆端部配合的锁孔；当电磁铁通电时，锁止杆受到引力向电磁铁移动并压缩压簧，锁止杆端部从挂耳的锁孔中分离，实现对下方圆形台阶的解锁动作，此时锁止舱能够与下方圆形台阶以及光纤导头实现分离。

进一步地，所述的锁止舱的侧面贯穿有电缆，所述电缆一端与电磁铁连接，另一端穿过锁止舱壁面与地面电源连接。

进一步地，所述的圆形台阶直径与锁止舱直径相等，且大于下方光纤导头顶部直径；所述的连接杆直径小于圆形台阶和下方光纤导头顶部直径。

更进一步地，本发明还提供上述装置在井中布设测量光纤的方法，包括如下步骤：

S1：将锁止舱与钻杆连接，光纤导头通过锁止组件连接在锁止舱下方；

S2：将光纤从一对光纤穿孔内穿入和穿出，形成回路；

S3：将光纤导头随钻杆进入钻孔向下放入监测井内，使得光纤跟随光纤导头到达指定投放位置；

S4：从井口提拉光纤使其绷直，然后通过锁止组件解锁，将光纤导头与锁止舱分离，即完成布设。

进一步地，还包括步骤S5：当光纤无法继续下放到达指定位置时，提升钻杆将锁止舱、光纤导头以及穿设在光纤导头内的光纤收回，待扫孔扩孔后重新布设。

有益效果：

(1)本发明光纤布设装置在钻杆下部安装可拆卸的导头锁止舱，内设锁止组件。由锁止组件悬挂光纤导头，在提钻和下钻过程中由钻杆、锁止舱和导头之间的刚性连接承荷代替光纤的柔性连接承荷，避免光纤被拉断及由此导致钻孔堵塞报废，也可以避免光纤来回摆动，使光纤布设过程更为顺利和标准化。

(2)本发明利用钻机钻杆作为光纤布设工具，在提钻和下钻过程中由钻杆、锁止仓和导头之间的刚性连接，替代了现有技术中利用光纤作为柔性连接的承荷结构，能够更好地实现垂向导向作用，并大大降低了光纤的布设和回收过程中失败的几率，避免光纤被拉断及由此导致钻孔堵塞报废，也可以避免光纤来回摆动，使得光纤投放尤其是深孔光纤投放更加顺畅和安全，能够有效避免钻孔和设备报废的风险，使光纤布设过程更为顺利和标准化。锁止舱可重复使用，成本较低，相对于传统的光纤布设方法有明显技术进步。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是现有常用的光纤投放装置的实物照片。

图2是本发明井中测量光纤布设装置外观示意图。

图3是本发明井中测量光纤布设装置的内部结构示意图。

其中，各附图标记分别代表：

1-锁止舱；2-底板；3-电磁铁；4-电缆；5-锁止杆；6-压簧；7-光纤导头；8-圆形台阶；9-挂耳；10-连接杆；11-导头上半段；12-导头下半段；13-光纤穿孔；14-光纤。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

结合图2与图3，本发明井中测量光纤布设装置包括锁止舱1、光纤导头7和锁止组件。其中，锁止舱1为上部开口的空心圆柱体，顶部内壁设有母螺纹，用于与常规钻杆下部的公螺纹连接。锁止组件安装在锁止舱1内；光纤导头7底部为锥形，顶部通过锁止组件与锁止舱1之间可分离式连接；光纤导头7上设有成对的光纤穿孔13，用于光纤14穿入穿出形成回路。

如图3所示，光纤导头7顶部设有圆形台阶8；圆形台阶8顶部设有与锁止舱1内锁止组件配合的挂耳9。

光纤导头7包括导头上半段11和导头下半段12；所述导头上半段11为顶部封闭而下部开口的空心圆柱体，导头上半段11的顶部通过连接杆10与圆形台阶8一体成型；所述导头上半段11顶部位于连接杆10的外围，设置有成对的光纤穿孔13。

导头下半段12为带有封闭锥帽的空心圆柱体。

导头上半段11与所述的导头下半段12通过内外螺纹连接。

锁止组件包括电磁铁3、锁止杆5以及压簧6；所述的电磁铁3设置在锁止舱1内部底板2上；所述的锁止杆5为一组，呈圆柱状并设有台阶，以电磁铁3为圆心水平设置于底板2外侧；所述压簧6一端连接在锁止杆5的台阶上，一端与电磁铁3连接；所述的挂耳9贯穿底板2，其顶部设有与锁止杆5端部配合的锁孔；当电磁铁3通电时，锁止杆5受到引力向电磁铁3移动并压缩压簧6，锁止杆5端部从挂耳9的锁孔中分离，实现对下方圆形台阶8的解锁动作，此时锁止舱1能够与下方圆形台阶8以及光纤导头7实现分离。

锁止舱1的侧面贯穿有电缆4，所述电缆4一端与电磁铁3连接，另一端穿过锁止舱1壁面与地面电源连接。用于向电磁铁3通断电流，电磁铁3在通电时吸引锁止杆5做出解锁动作，断电时在压簧6张力作用下实现锁止。

圆形台阶8直径与锁止舱1直径相等，且大于下方光纤导头7顶部直径；所述的连接杆10直径小于圆形台阶8和下方光纤导头7顶部直径。

使用时，先将当锁止舱1与钻杆连接，电磁铁3通电，使得锁止组件处于开锁状态。将导头的挂耳9插入锁止舱1，电磁铁3断电，锁止杆5在压簧6作用下回弹，将挂耳9锁住。将导头下半部12旋下，便于光纤14穿入穿出，形成回路。光纤穿孔完毕后旋上导头下半部12。至此光纤布设装置与钻杆完成整体装配。当光纤布设装置随钻杆进入钻孔的过程中，当遇到轻微障碍产生阻力时，光纤导头7与锁止舱1呈压紧状态，与钻杆形成纵向受压的刚性连接，光纤导头7顶部较宽的圆形台阶8，起到了很好的平衡自下而上传导的压力和稳定垂直导向的作用，底部的锥状结构能更好的劈开泥土障碍物，减小下放过程中的阻力。在光纤14到达指定投放位置时，先从井口提拉光纤使其绷直，由于光纤导头7与锁止舱1呈紧压状态，锁止杆5与挂耳9之间没有摩擦力，此时对电磁铁3通电，挂耳9可轻松解锁。如光纤14未能成功到达指定位置，需要收回已投放光纤待扫孔扩孔后重新布设，只需提升钻杆，此时光纤导头7与锁止舱1从紧压状态变为拉伸状态，拉力由挂耳9和锁止杆5承受。因此，在光纤布设和回收过程中，光纤14始终不作为承荷部件，可有效降低光纤拉断，导头无法回收的风险，导头和钻杆一体，不会左右晃动，可最大程度保证垂直导向和投放的平顺。

本发明提供了一种井中测量光纤布设装置及方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种井中测量光纤布设装置，其特征在于，包括锁止舱（1）、光纤导头（7）和锁止组件；所述的锁止舱（1）为上部开口的空心圆柱体，顶部内壁设有与钻杆连接的螺纹；所述的锁止组件安装在锁止舱（1）内；所述的光纤导头（7）底部为锥形，顶部通过锁止组件与锁止舱（1）之间可分离式连接；光纤导头（7）上设有成对的光纤穿孔（13），用于光纤（14）穿入穿出形成回路；

所述的光纤导头（7）顶部设有圆形台阶（8）；所述圆形台阶（8）顶部设有与锁止舱（1）内锁止组件配合的挂耳（9）；

所述的锁止组件包括电磁铁（3）、锁止杆（5）以及压簧（6）；所述的电磁铁（3）设置在锁止舱（1）内部底板（2）上；所述的锁止杆（5）为一组，呈圆柱状并设有台阶，以电磁铁（3）为圆心水平设置于底板（2）外侧；所述压簧（6）一端连接在锁止杆（5）的台阶上，一端与电磁铁（3）连接；所述的挂耳（9）贯穿底板（2），其顶部设有与锁止杆（5）端部配合的锁孔；当电磁铁（3）通电时，锁止杆（5）受到引力向电磁铁（3）移动并压缩压簧（6），锁止杆（5）端部从挂耳（9）的锁孔中分离，实现对下方圆形台阶（8）的解锁动作，此时锁止舱（1）能够与下方圆形台阶（8）以及光纤导头（7）实现分离。

2.根据权利要求1所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的光纤导头（7）包括导头上半段（11）和导头下半段（12）；所述导头上半段（11）为顶部封闭而下部开口的空心圆柱体，导头上半段（11）的顶部通过连接杆（10）与圆形台阶（8）一体成型；所述导头上半段（11）顶部位于连接杆（10）的外围，设置有成对的光纤穿孔（13）。

3.根据权利要求2所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的导头下半段（12）为带有封闭锥帽的空心圆柱体。

4.根据权利要求2所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的导头上半段（11）与所述的导头下半段（12）通过内外螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的锁止舱（1）的侧面贯穿有电缆（4），所述电缆（4）一端与电磁铁（3）连接，另一端穿过锁止舱（1）壁面与地面电源连接。

6.根据权利要求2所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的圆形台阶（8）直径与锁止舱（1）直径相等，且大于下方光纤导头（7）顶部直径；所述的连接杆（10）直径小于圆形台阶（8）和下方光纤导头（7）顶部直径。

7.采用权利要求1所述装置在井中布设测量光纤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将锁止舱（1）与钻杆连接，光纤导头（7）通过锁止组件连接在锁止舱（1）下方；

S2：将光纤（14）从一对光纤穿孔（13）内穿入和穿出，形成回路；

S3：将光纤导头（7）随钻杆进入钻孔向下放入监测井内，使得光纤（14）跟随光纤导头（7）到达指定投放位置；

S4：从井口提拉光纤（14）使其绷直，然后通过锁止组件解锁，将光纤导头（7）与锁止舱（1）分离，即完成布设。

8.根据权利要求7所述的在井中布设测量光纤的方法，其特征在于，还包括步骤S5：当光纤（14）无法继续下放到达指定位置时，提升钻杆将锁止舱（1）、光纤导头（7）以及穿设在光纤导头（7）内的光纤（14）收回，待扫孔扩孔后重新布设。