CN117145453A - 一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置 - Google Patents

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闫雪峰
焦玉勇
周杰
胡郁乐
韩增强
沈鹿易
王益腾
王子雄
陈双源
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    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
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Abstract

本发明提供一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，包括上保护管、下保护管、升降驱动组件、旋转驱动组件和仪器舱，其中，上保护管内有升降驱动组件，下保护管内设有旋转驱动组件。本发明的有益效果为：该装置的升降驱动电机可驱动升降螺纹套转动，从而通过升降轴带动下保护管上升或下降实现上保护管、下保护管分离或合拢；上保护管、下保护管在进入目标地层分离后，下保护管内的旋转驱动组件中的旋转驱动电机启动，可通过转动轴带动仪器舱转动，从而仪器舱内的多种传感器对地下空区进行360°全方位探测探测；该装置可提高探测精度和全面性，解决地下空区探测难题。

Description

一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置
技术领域
本发明涉及地层探测技术领域，具体为一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置。
背景技术
目前，地球物理勘探技术及装备已比较成熟，但是，由于深部地下采空区地质条件复杂、井下环境及空区形态未知，要准确获取地下空区的基本情况，仅仅通过间接的地球物理探测还远远不够，需要研究如何直接进入到空区内实现直观窥视与测量。进入到空区内实现直观窥视与测量通常通过多种传感器实现，传感器内设有精密器件(电子或机械器件)，且传感器需要随钻杆延伸至地下空区，钻杆在钻进过程中需要承受较大转动载荷,且为保证传感器感测的全面性，需要在传感器能地下空区能多方位的探测；如何在钻进回转过程中保护核心传感器，且在钻进至地下空区后，露出传感器对进行全方位地下空区探测的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，包括上保护管、下保护管、升降驱动组件、旋转驱动组件和仪器舱，
所述上保护管下端设有多个传动槽，所述上保护管内设有升降驱动组件；
所述下保护管上端设有多个与传动槽一一对应的传动凸齿；所述下保护管顶部设有保护套，所述保护套顶部设有升降轴，升降轴与所述升降驱动组件相连，
所述升降驱动组件升降轴升降，使上保护管、下保护管分离或合拢；所述传动凸齿用于嵌入传动槽内，使上保护管向下保护管传递扭矩；
所述仪器舱设置于所述保护套内，所述保护套下端设有一转动轴，所述转动轴延伸至下保护管内，所述转动轴下端设有一圈从动齿，所述下保护管内壁还设有一与所述从动齿等高的内齿圈；
所述仪器舱内设有多种用于感测周围环境的传感器；
所述旋转驱动组件用于驱动转动轴转动，从而带动所述仪器舱在所述保护套内转动，从而使仪器舱内传感器全方位探测周围环境。
进一步地，所述旋转驱动组件包括止推块、旋转驱动电机，所述止推块固定于下保护管内，所述旋转驱动电机设置于所述止推块上，所述旋转驱动电机的输出轴端部设有驱动齿轮，所述驱动齿轮同时于所述从动齿和所述内齿圈啮合，所述旋转驱动电机通过转动轴带动所述仪器舱在所述保护套内转动。
进一步地，所述止推块为圆环结构，所述转动轴穿过所述止推块，所述止推块上设有固定缺口，所述旋转驱动电机壳体为扇形块结构，所述旋转驱动电机镶嵌于所述固定缺口内。
进一步地，所述固定缺口和所述旋转驱动电机数量均为三个，三个所述旋转驱动电机绕所述转动轴均匀设置。
进一步地，所述从动齿通过从动齿轮设置于转动轴下端，或直接嵌入所述转动轴侧壁。
进一步地，所述下保护管内设有支撑板，所述支撑板上设有支撑孔，所述转动轴穿过所述支撑孔，所述转动轴可转动地支撑于所述支撑孔内。
进一步地，所述支撑孔内设有转动轴承，所述转动轴承外齿圈固定于支撑孔内壁，所述转动轴承内齿圈固定于转动轴外壁，所述转动轴承用于减少转动阻力。
进一步地，所述保护套由透明材质制成，便于保护套内传感器探测周围环境。
进一步地，所述升降驱动组件包括升降驱动电机以及升降轴；上保护管内设有限位挡板，限位挡板中部设有限位孔以及限位槽，
所述升降驱动电机竖直设置与所述上保护管内，升降驱动电机输出轴下端设有一升降螺纹套，
所述升降轴下端固定连接于保护套顶部，升降轴上端外壁设有螺纹，并延伸至升降螺纹套内，所述升降轴穿过所述限位孔，所述限位凸块位于所述限位槽内；
所述升降驱动电机用于带动所述升降螺纹套转动，从而通过升降轴带动下保护管升降，使上保护管、下保护管分离或合拢。
本发明一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置的有益效果为：
该仪器保护旋转装置包括上保护管、下保护管、升降驱动组件和仪器舱；其中上保护管内有升降驱动组件，下保护管内设有旋转驱动组件；升降驱动组件驱动下保护管上升或下降，实现上保护管、下保护管分离或合拢；上保护管、下保护管在进入目标地层分离后，下保护管内的旋转驱动组件中的旋转驱动电机启动，可通过转动轴带动仪器舱转动，从而仪器舱内的多种传感器对地下空区进行360°全方位探测，提高仪器舱内传感器对地下空区探测的全面性和探测精度。
附图说明
图1是本发明一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置的分离时的内部结构示意图。
图2是本发明一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置的合拢时的内部结构示意图。
图3是图1中下保护管的内部结构示意图。
图4是图3中A-A处的截面图。
上述图中：1-上保护管，11-传动槽，12-限位挡板，2-下保护管，21-传动凸齿，22-保护套，23-固定板，24-内齿圈，3-升降驱动电机，31-升降螺纹套，4-升降轴，5-仪器舱，51-转动轴，52-从动齿，53-转动轴承，6-减震弹簧,7-止推块，8-旋转驱动电机，81-驱动齿轮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1至图4，一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，包括上保护管1、下保护管2、升降驱动组件和仪器舱5；所述升降驱动组件包括升降驱动电机3以及升降轴4。
其中，上保护管1上端与上部钻杆相连，下保护管2下端与钻机钻头直接相连或通过下端钻杆与钻机钻头相连，该装置嵌入钻杆下端作为钻杆一部分。
所述上保护管1下端设有多个传动槽11，上保护管2内设有限位挡板12，限位挡板12中部设有限位孔以及限位槽；所述驱动电机3竖直向下设置与所述上保护管1内，升降驱动电机3输出轴上端位于升降驱动电机3内，输出轴下端设有一升降螺纹套31，升降螺纹套31内壁设有内螺纹。所述上保护管1下端设有多个传动槽11，上保护管1内设有限位挡板12，限位挡板12中部设有限位孔以及限位槽；限位槽数量为两个，两个限位槽分别位于限位孔两侧。
所述下保护管2顶部设有一由透明且高强度材质制成的保护套22以及多个传动凸齿21，所述仪器舱5设置于保护套22内，其中仪器舱5内设有多种传感器，该传感器包括视频传感器、音频传感器、激光传感器、声呐传感器，仪器舱5内传感器用于对地下空气进行多维度探测，实现对地下空区的直观窥视与测量。所述传动凸齿21围绕所述保护套22均匀设置，传动凸齿21和传动槽11一一对应。
所述升降轴4下端固定连接于保护套22顶部，升降轴4上端外壁设有外螺纹，并延伸至升降螺纹套31内，升降轴4上端外螺纹与升降螺纹套内的内螺纹配合。所述升降轴4下端侧壁设有两限位凸块，所述升降轴4穿过所述限位孔，两所述限位凸块位于分别两所述限位槽内；升降轴4可升降地设置于限位孔内，限位凸块和限位槽结构防止升降轴4在升降过程中转动。
所述升降驱动电机3用于带动所述升降螺纹套31转动，从而通过升降轴4带动下保护管2升降，使上保护管1、下保护管2分离或合拢；所述传动凸齿21用于嵌入传动槽11内，使上保护管1向下保护管2传递扭矩。
优选地，所述升降轴4上还套有一避震弹簧6，所述避震弹簧6上端抵住所述限位挡板12，所述避震弹簧6下端抵住所述保护套22。所述避震弹簧6为螺旋弹簧。
优选地，所述上保护管1下端为内凹斜面，所述传动槽11位于所述内凹斜面上，所述下保护管2顶部为锥形斜面，所述传动凸齿21设至于所述锥形斜面上。上保护管1下端为内凹斜面和下保护管2顶部为锥形斜面保证上保护管1和下保护管2能准确合拢，提高二者对中性。
优选地，所述限位孔内设有一密封圈，所述密封圈位于所述升降轴外壁和限位槽内壁之间，密封圈保证升降轴能在限位孔内升降的条件下防止地下空气杂质进入上保护管内。
优选地，所述仪器舱5可转动地设置与所述保护套内。所述下保护管顶部设有一避位孔，所述仪器舱5下端设有一转动轴51，所述转动轴51穿过所述避位孔延伸至所述下保护管2内，所述下保护管2内设有转动驱动组件，所述转动驱动组件与所述转动轴51下端相连，所述转动驱动组件驱动所述转动轴51转动，带动仪器舱5在保护套22内转动。
具体地，所述旋转驱动组件包括止推块7、旋转驱动电机8，所述止推块为圆环结构，所述转动轴51穿过所述止推块7，所述止推块7上设有扇形结构的固定缺口，所述旋转驱动电机壳体8为扇形块结构，所述旋转驱动电机8镶嵌于所述固定缺口内，转动轴51下端设有一周从动齿52。
所述止推块7固定于下保护管2内，所述下保护管内壁还设有一与所述从动齿等高的内齿圈24；所述旋转驱动电机8的输出轴端部设有驱动齿轮81，所述驱动齿轮81同时与所述从动齿52和所述内齿圈24啮合，所述旋转驱动电机8通过转动轴51带动所述仪器舱5在所述保护套22内转动，从而使仪器舱2内传感器全方位探测地下空区环境。该结构中在内齿圈24，可以使驱动齿轮81两外侧啮合与下保护管2内壁，使驱动齿轮81从外侧被限位，从而使仪器舱5在保护套22内转动内的稳定性。
优选地，所述固定缺口和所述旋转驱动电机8数量均为三个，三个所述旋转驱动电机8绕所述转动轴51均匀设置，即相邻的旋转驱动电机8之间的夹角度数为120°。所述从动齿52可通过从动齿轮设置于转动轴下端(即转动轴下端设置从动齿轮，从动齿固定设置于从动齿轮上)，从动齿52也可直接嵌入所述转动轴51侧壁(即直接将齿轮通过铣削加工的方式在转动下端侧壁加工而成)，本实施例中，所述从动齿52通过从动齿轮设置于转动轴51下端。
优选地，所述下保护管2内设有支撑板23，所述支撑板23上设有支撑孔，所述转动轴52穿过所述支撑孔，所述转动轴52可转动地支撑于所述支撑孔内。本实施例中，所述支撑孔内设有转动轴承53，所述转动轴承53外圈固定于支撑孔内壁，所述转动轴承53内圈固定于转动轴51外壁，所述转动轴承53用于减少转动阻力。
本发明的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置的工作过程为：该仪器保护旋转装置的上保护管1上端与钻杆相连，下保护管2下端与钻机钻头相连，该仪器保护旋转装置为钻杆的一部分，钻杆钻进时，上保护管1、下保护管2合拢，下保护管1上端的传动凸齿11嵌入上保护管2下端的传动槽11内，该仪器保护旋转装置可传递较大的转动载荷，钻杆通过仪器保护旋转装置带动钻机钻头转动进行钻进，直至该仪器保护旋转装置进入地下空区；该仪器保护旋转装置进入地下空区后，上保护管1内的升降驱动电机3带动升降螺纹套31转动，使升降轴4下降，从而使上保护管1、下保护管2分离；上保护管1、下保护管2分离后，下保护管2上端的保护套22以及其内的仪器舱5露出。
三个所述旋转驱动电机8同步转动，通过转动轴51带动仪器舱5转动，仪器舱5内的多种传感器对地下空区进行360°全方位探测探测，从而实现地下空区的直观窥视与测量，提高探测的全面性的探测精度。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：包括上保护管、下保护管、升降驱动组件、旋转驱动组件和仪器舱，
所述上保护管下端设有多个传动槽，所述上保护管内设有升降驱动组件；
所述下保护管上端设有多个与传动槽一一对应的传动凸齿；所述下保护管顶部设有保护套，所述保护套顶部设有升降轴，升降轴与所述升降驱动组件相连，
所述升降驱动组件升降轴升降，使上保护管、下保护管分离或合拢；所述传动凸齿用于嵌入传动槽内，使上保护管向下保护管传递扭矩；
所述仪器舱设置于所述保护套内，所述保护套下端设有一转动轴，所述转动轴延伸至下保护管内，所述转动轴下端设有一圈从动齿，所述下保护管内壁还设有一与所述从动齿等高的内齿圈；
所述仪器舱内设有多种用于感测周围环境的传感器；
所述旋转驱动组件用于驱动转动轴转动，从而带动所述仪器舱在所述保护套内转动，从而使仪器舱内传感器全方位探测周围环境。
2.根据权利要求1所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：所述旋转驱动组件包括止推块、旋转驱动电机，所述止推块固定于下保护管内，所述旋转驱动电机设置于所述止推块上，所述旋转驱动电机的输出轴端部设有驱动齿轮，所述驱动齿轮同时于所述从动齿和所述内齿圈啮合，所述旋转驱动电机通过转动轴带动所述仪器舱在所述保护套内转动。
3.根据权利要求2所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：
所述止推块为圆环结构，所述转动轴穿过所述止推块，所述止推块上设有固定缺口，所述旋转驱动电机壳体为扇形块结构，所述旋转驱动电机镶嵌于所述固定缺口内。
4.根据权利要求3所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：所述固定缺口和所述旋转驱动电机数量均为三个，三个所述旋转驱动电机绕所述转动轴均匀设置。
5.根据权利要求2所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：所述从动齿通过从动齿轮设置于转动轴下端，或直接嵌入所述转动轴侧壁。
6.根据权利要求2所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：所述下保护管内设有支撑板，所述支撑板上设有支撑孔，所述转动轴穿过所述支撑孔，所述转动轴可转动地支撑于所述支撑孔内。
7.根据权利要求6所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：所述支撑孔内设有转动轴承，所述转动轴承外齿圈固定于支撑孔内壁，所述转动轴承内齿圈固定于转动轴外壁，所述转动轴承用于减少转动阻力。
8.根据权利要求2所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：所述保护套由透明材质制成，便于保护套内传感器探测周围环境。
9.根据权利要求2所述的一种用于深部地层精确探测的仪器保护旋转装置，其特征在于：所述升降驱动组件包括升降驱动电机以及升降轴；上保护管内设有限位挡板，限位挡板中部设有限位孔以及限位槽，
所述升降驱动电机竖直设置与所述上保护管内，升降驱动电机输出轴下端设有一升降螺纹套，
所述升降轴下端固定连接于保护套顶部，升降轴上端外壁设有螺纹，并延伸至升降螺纹套内，所述升降轴穿过所述限位孔，所述限位凸块位于所述限位槽内；
所述升降驱动电机用于带动所述升降螺纹套转动，从而通过升降轴带动下保护管升降，使上保护管、下保护管分离或合拢。
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