CN116752956A - 一种岩芯钻探中钻探深度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种岩芯钻探中钻探深度测量装置及方法，包括固定安装在套管的内壁上的防护盒，包括用于固定安装的第一侧板和与第一侧板垂直的底板，底板上开设有测量孔，测量孔上设有发射镜；激光发射与接收器的发射端经发射镜发射出激光，第一部分激光经发射镜发射而进入激光发射与接收器的接收端，第二部分激光经发射镜发射进入钻孔内，经钻孔底部的岩石反射而进入激光发射与接收器的接收端；数据自动处理器用于记录接收端接收到第一部分激光的时间t1，和接收端接收到第二部分激光的时间t2，并根据公式：d＝c*(t2‑t1)，自动处理数据计算出钻探深度d。整个测量过程不需要人为测量，实现实时反馈钻探深度，提高勘探测量结果的准确性。

Description

一种岩芯钻探中钻探深度测量装置及方法

技术领域

本申请涉及岩芯钻探技术领域，具体而言，涉及一种岩芯钻探中钻探深度测量装置及方法。

背景技术

岩芯钻探被广泛应用于岩土勘察领域。实际钻探过程中，为了到达预定长度，往往需要在套管内拼接多根钻杆进行钻探。钻探深度的测量通常是在钻探施工结束后，将钻杆取出后，在地面进行人工手动测量多根钻杆的实际长度，再根据钻杆的长度估算钻探深度。但是人工测量一方面是测量过程繁琐，另一方面测量过程因人为因素易产生误差。并且，即使在钻探之初，钻孔中心是与套管中心对正布置，但是在实际钻探过程，仍无法避免多根钻杆发生倾斜，导致人工测量多根钻杆实际长度估算的钻探深度结果无法真实反应实际钻探深度，进而导致对地层和构造的勘探结果不准确。

因此，亟需提供一种岩芯钻探中钻探深度测量装置和方法以解决上述问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种岩芯钻探中钻探深度测量装置及方法，其解决了现有技术中人工测量多根钻杆实际长度估算的钻探深度结果无法真实反应实际钻探深度，进而导致对地层和构造的勘探结果不准确的技术问题。

第一方面，提供了一种岩芯钻探中钻探深度测量装置，包括：

套管，固定在钻孔的顶部；

防护盒，固定安装在套管的内壁上，防护盒包括用于固定安装的第一侧板和与第一侧板垂直的底板，在所述防护盒固定后，所述底板朝向钻孔布置，所述底板上开设有测量孔，所述测量孔上设有发射镜；

激光发射与接收器，位于所述防护盒内，靠近所述测量孔布置，所述激光发射与接收器的发射端经发射镜发射出激光，第一部分激光经发射镜发射而进入所述激光发射与接收器的接收端，第二部分激光经发射镜发射进入钻孔内，经钻孔底部的岩石反射而进入所述激光发射与接收器的接收端；

数据自动处理器，位于所述防护盒内，连接所述激光发射与接收器，用于记录所述激光发射与接收器的接收端接收到第一部分激光的时间t1，和所述激光发射与接收器的接收端接收到第二部分激光的时间t2，并基于直接飞行时间法，根据公式：d＝c*(t2-t1)，自动处理数据计算出钻探深度d，式中，c为激光在大气中的传播速度；

数据存储器，位于所述防护盒内，连接所述数据自动处理器，所述数据存储器用于储存所述数据自动处理器记录的数据和计算出的数据；

无线数据发射器，位于所述防护盒内，连接所述数据存储器，用于将所述数据存储器内储存的数据传递至终端。

在一种实施方案中，所述发射镜为透明钢化玻璃，所述测量孔和透明钢化玻璃均设为圆形，所述发射镜通过法兰装配在防护盒的测量孔上，用于激光通过防护盒并防护激光发射与接收器工作。

在一种实施方案中，所述发射镜固定在法兰的中间圆形区域内，所述底板上环绕所述测量孔开设有多个与法兰适配的连接孔，所述发射镜通过法兰与连接孔连接固定在底板上。

在一种实施方案中，所述激光发射与接收器的四周固定有安装板，所述安装板上开设有安装孔，所述激光发射与接收器通过螺丝穿过安装孔和底板固定在所述测量孔的正上方。

在一种实施方案中，还包括底座，所述底座包括连接杆和固定板，所述固定板通过所述连接杆固定在所述防护盒的第一侧板上，所述固定板的两端开设有固定孔，所述防护盒通过所述固定孔可拆卸安装在套管的内壁上。

在一种实施方案中，所述数据自动处理器、数据存储器、无线数据发射器与激光发射与接收器两两对称固定在所述防护盒内。

在一种实施方案中，所述数据自动处理器、数据存储器、无线数据发射器均通过螺丝固定在所述防护盒内。

在一种实施方案中，所述的防护盒的材质为不透明不锈钢。

在一种实施方案中，所述激光发射与接收器的测量范围为400m，测量精度小于等于60mm。

根据本申请的第二方面，还提供了一种岩芯钻探中钻探深度测量方法，包括利用如第一方面中任一种实施方案所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置进行测量，包括如下步骤：

开始测量之前，在套管的侧壁的预设位置处开螺丝孔，螺丝孔的尺寸与底座上固定孔尺寸保持一致；通过螺丝贯穿螺丝孔和固定孔，将防护盒安装在套管的内壁上，使防护盒的底板朝向钻孔布置；设置激光发射与接收器中的测量参数，所述测量参数包括预计测量时间、预计测量范围、输出速率和工作模式；

开始测量，激光发射与接收器发射出激光，第一部分激光经发射镜发射而进入所述激光发射与接收器的接收端，第二部分激光经发射镜发射进入钻孔内，经钻孔底部的岩石反射而进入所述激光发射与接收器的接收端；数据自动处理器记录所述激光发射与接收器的接收端接收到第一部分激光的时间t1，和所述激光发射与接收器的接收端接收到第二部分激光的时间t2，基于直接飞行时间法，根据公式：d＝c*(t2-t1)，自动处理数据计算出钻探深度d，式中，c为激光在大气中的传播速度；同时所述数据存储器储存所述数据自动处理器记录的数据和计算出的数据；

通过无线数据发射器将所述数据存储器内储存的数据传递至终端，以此获取岩芯钻探的钻探深度d。

本申请中的岩芯钻探中钻探深度测量装置及方法具有的有益效果：

1、通过在套管与钻杆之间的空间内设置防护盒，在防护盒内布置激光发射与接收器、数据自动处理器、数据存储器和无线数据发射器等，实现在钻杆钻进过程中，利用激光快速准确地计算出钻探深度。整个测量过程不需要人为测量，实现实时反馈钻探深度，提高勘探测量结果的准确性。

2、整个装置体积小，操作方便，易于携带，且可拆卸与安装重复使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种岩芯钻探中钻探深度测量装置的结构示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种发射镜与法兰固定连接的结构示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种发射镜和法兰与底板固定连接的结构示意图

图4为根据本申请实施例示出的一种数据自动处理器固定方式的示意图。

100、套管；200、防护盒；210、第一侧板；220、底板；221、测量孔；222、连接孔；300、发射镜；310、法兰；400、激光发射与接收器；410、安装板；411、安装孔；412、螺丝；500、数据自动处理器；600、数据存储器；700、无线数据发射器；800、底座；810、连接杆；820、固定板；821、固定孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为根据本申请实施例示出的一种岩芯钻探中钻探深度测量装置的结构示意图。参见图1，包括：

套管100固定在钻孔的顶部；

防护盒200固定安装在套管100的内壁上，防护盒200的材质为不透明不锈钢。防护盒200包括用于固定安装的第一侧板210和与第一侧板垂直的底板220。在防护盒200固定后，底板220朝向钻孔布置，底板220上开设有测量孔221，测量孔221上设有发射镜300；

激光发射与接收器400位于防护盒200内，靠近测量孔221布置，激光发射与接收器400的发射端经发射镜300发射出激光，第一部分激光经发射镜300发射而进入激光发射与接收器400的接收端，第二部分激光经发射镜300发射进入钻孔内，经钻孔底部的岩石反射而进入激光发射与接收器400的接收端；

数据自动处理器500位于防护盒200内，连接激光发射与接收器400，用于记录激光发射与接收器400的接收端接收到第一部分激光的时间t1，和激光发射与接收器400的接收端接收到第二部分激光的时间t2，并基于直接飞行时间法，根据公式：d＝c*(t2-t1)，自动处理数据计算出钻探深度d，式中，c为激光在大气中的传播速度；

数据存储器600位于防护盒200内，与数据自动处理器500连接，数据存储器600用于储存数据自动处理器500记录的数据和计算出的数据；

无线数据发射器700位于防护盒200内，与数据存储器600连接，用于将数据存储器600内储存的数据传递至终端，终端可以为PC端。

在上述实施过程中，通过在套管与钻杆之间的空间内设置防护盒，在防护盒内布置激光发射与接收器、数据自动处理器、数据存储器和无线数据发射器等，实现在钻杆钻进过程中，利用激光快速准确地计算出钻探深度。并且整个测量过程不需要人为测量，实现实时反馈钻探深度，提高勘探测量结果的准确性。

在一种实施方案中，由于尘土进入防护盒内会影响装置的正常使用功能，因此，参见图2-图3，发射镜300设为透明钢化玻璃，测量孔221和透明钢化玻璃均设为圆形，通过设为圆形透明钢化玻璃，发射镜300可以通过法兰310装配在防护盒200的测量孔221上，用于激光通过防护盒并防护激光发射与接收器工作，发射镜300固定在法兰310的中间圆形区域内，底板220上环绕测量孔221开设有多个与法兰310适配的连接孔222，发射镜300通过法兰310与连接孔222连接固定在底板220上，从而保证整个工作过程中激光所处环境的稳定一致。

在一种实施方案中，激光发射与接收器400的四周固定有安装板410，安装板410上开设有安装孔411，激光发射与接收器400通过螺丝412穿过安装孔411和底板220固定在测量孔221的正上方，从而将激光发射与接收器安妥稳定地固定在防护盒内。

在一种实施方案中，还包括底座800，底座800包括连接杆810和固定板820，固定板820通过连接杆810固定在防护盒200的第一侧板210上，固定板820的两端开设有固定孔821，防护盒200通过固定孔821可拆卸安装在套管100的内壁上。使整个装置方便拆卸与安装且易于携带和重复使用。

在一种实施方案中，为了使整个装置结构更稳定，数据自动处理器500、数据存储器600、无线数据发射器700与激光发射与接收器400两两对称固定在防护盒200内。

在一种实施方案中，图4为根据本申请实施例示出的一种数据自动处理器固定方式的示意图，参见图1和图4，数据自动处理器500、数据存储器600、无线数据发射器700均通过螺丝412固定在防护盒200内。

在一种实施方案中，为了满足钻杆的钻孔深度的测量要求，激光发射与接收器400的测量范围为400m，测量精度小于等于60mm。

第二方面，本申请还提供一种岩芯钻探中钻探深度测量方法，包括利用如第一方面中任一种实施方案所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置进行测量，包括如下步骤：

开始测量之前，通过钻头在套管100的侧壁的预设位置处开螺丝孔，螺丝孔的尺寸与底座800上固定孔821尺寸保持一致。

通过螺丝412贯穿螺丝孔和固定孔821，将防护盒200安装在套管100的内壁上，使防护盒200的底板220朝向钻孔布置。

设置激光发射与接收器400中的测量参数，测量参数包括预计测量时间、预计测量范围、输出速率和工作模式；测量参数根据岩石的反射性能和初步预测的钻探深度设置，其中，包括设置激光发射与接收器400的测量范围为400m，测量精度小于等于60mm。

开始测量，激光发射与接收器400发射出激光，第一部分激光经发射镜300发射而进入激光发射与接收器400的接收端，第二部分激光经发射镜300发射进入钻孔内，经钻孔底部的岩石反射而进入激光发射与接收器400的接收端。

数据自动处理器500记录激光发射与接收器400的接收端接收到第一部分激光的时间t1，和激光发射与接收器400的接收端接收到第二部分激光的时间t2，基于直接飞行时间法，根据公式：d＝c*(t2-t1)，自动处理数据计算出钻探深度d，式中，c为激光在大气中的传播速度；同时数据存储器600储存数据自动处理器500记录的数据和计算出的数据；

通过无线数据发射器700将数据存储器600内储存的数据传递至终端，以此获取岩芯钻探的钻探深度d。

在上述实施过程中，通过激光发射与接收器发射的激光测量钻探的深度，整个测量过程无需人工测量，测量过程实时响应且测量快速、结果准确。进一步提高了岩芯钻探中对地层和构造勘探结果的准确性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，包括：

套管，固定在钻孔的顶部；

防护盒，固定安装在套管的内壁上，防护盒包括用于固定安装的第一侧板和与第一侧板垂直的底板，在所述防护盒固定后，所述底板朝向钻孔布置，所述底板上开设有测量孔，所述测量孔上设有发射镜；

激光发射与接收器，位于所述防护盒内，靠近所述测量孔布置，所述激光发射与接收器的发射端经发射镜发射出激光，第一部分激光经发射镜发射而进入所述激光发射与接收器的接收端，第二部分激光经发射镜发射进入钻孔内，经钻孔底部的岩石反射而进入所述激光发射与接收器的接收端；

数据自动处理器，位于所述防护盒内，连接所述激光发射与接收器，用于记录所述激光发射与接收器的接收端接收到第一部分激光的时间t1，和所述激光发射与接收器的接收端接收到第二部分激光的时间t2，并基于直接飞行时间法，根据公式：d＝c*(t2-t1)，自动处理数据计算出钻探深度d，式中，c为激光在大气中的传播速度；

数据存储器，位于所述防护盒内，连接所述数据自动处理器，所述数据存储器用于储存所述数据自动处理器记录的数据和计算出的数据；

无线数据发射器，位于所述防护盒内，连接所述数据存储器，用于将所述数据存储器内储存的数据传递至终端。

2.根据权利要求1所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，所述发射镜为透明钢化玻璃，所述测量孔和透明钢化玻璃均设为圆形，所述发射镜通过法兰装配在防护盒的测量孔上，用于激光通过防护盒并防护激光发射与接收器工作。

3.根据权利要求2所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，所述发射镜固定在法兰的中间圆形区域内，所述底板上环绕所述测量孔开设有多个与法兰适配的连接孔，所述发射镜通过法兰与连接孔连接固定在底板上。

4.根据权利要求1所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，所述激光发射与接收器的四周固定有安装板，所述安装板上开设有安装孔，所述激光发射与接收器通过螺丝穿过安装孔和底板固定在所述测量孔的正上方。

5.根据权利要求1所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，还包括底座，所述底座包括连接杆和固定板，所述固定板通过所述连接杆固定在所述防护盒的第一侧板上，所述固定板的两端开设有固定孔，所述防护盒通过所述固定孔可拆卸安装在套管的内壁上。

6.根据权利要求1所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，所述数据自动处理器、数据存储器、无线数据发射器与激光发射与接收器两两对称固定在所述防护盒内。

7.根据权利要求1所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，所述数据自动处理器、数据存储器、无线数据发射器均通过螺丝固定在所述防护盒内。

8.根据权利要求1所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，所述的防护盒的材质为不透明不锈钢。

9.根据权利要求1所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置，其特征在于，所述激光发射与接收器的测量范围为400m，测量精度小于等于60mm。

10.一种岩芯钻探中钻探深度测量方法，其特征在于，包括利用如权利要求1至9中任一项所述的岩芯钻探中钻探深度测量装置进行测量，包括如下步骤：

开始测量之前，在套管的侧壁的预设位置处开螺丝孔，螺丝孔的尺寸与底座上固定孔尺寸保持一致；通过螺丝贯穿螺丝孔和固定孔，将防护盒安装在套管的内壁上，使防护盒的底板朝向钻孔布置；设置激光发射与接收器中的测量参数，所述测量参数包括预计测量时间、预计测量范围、输出速率和工作模式；

开始测量，激光发射与接收器发射出激光，第一部分激光经发射镜发射而进入所述激光发射与接收器的接收端，第二部分激光经发射镜发射进入钻孔内，经钻孔底部的岩石反射而进入所述激光发射与接收器的接收端；数据自动处理器记录所述激光发射与接收器的接收端接收到第一部分激光的时间t1，和所述激光发射与接收器的接收端接收到第二部分激光的时间t2，基于直接飞行时间法，根据公式：d＝c*(t2-t1)，自动处理数据计算出钻探深度d，式中，c为激光在大气中的传播速度；同时所述数据存储器储存所述数据自动处理器记录的数据和计算出的数据；

通过无线数据发射器将所述数据存储器内储存的数据传递至终端，以此获取岩芯钻探的钻探深度d。