CN202611686U - 一种煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，以管柱组合的形式竖直设置于井壁内，从钻头往上依次为密闭连接的下部钻柱、无磁钻具、第二绝缘短节、中部钻柱、第一绝缘短节及上部钻柱；管柱组合中设置有井下测量发射单元、信号中转单元和设置于地面处的信号接收单元；井下测量发射单元固定设置于无磁钻具的外筒中，上端固定在中部钻柱上；信号中转单元设置于井下测量发射单元上方、下端固定在中部钻柱上且上端固定在上部钻柱上；信号接收单元的接收装置一极与井架相连，另一极与接地电极相连，接地电极深插入地面。通过接收发射短节中转的发射信号来监控井下钻进状况，造价低，使用方便，符合煤矿安全生产要求，能有效提高测量深度。

Description

一种煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置

技术领域

本实用新型属于煤矿井下随钻测量技术领域，具体涉及一种煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置。

背景技术

2003年国家煤矿安全监察局明确提出关于瓦斯治理“先抽后采、以风定产、检测监控”的十二字方针，要求在煤层开采之前，通过钻孔对煤层中的瓦斯进行抽采；为使有效钻孔在本煤层或卸压带中尽可能多的延伸，以提高钻孔瓦斯的抽采效率和抽采量，保证煤矿安全生产，必须使用随钻测量系统（MWD）进行近水平定向钻进成孔。尽管煤矿有线随钻测量系统已研制成功，并进入商业应用，不过需配备专用有线钻杆及专用钻机。由于大多数煤矿井中钻探设备至今仍然使用普通钻杆及普通钻机，而要采用有线随钻测量方式，势必要对这些设备进行更换或改造，耗资巨大，因此有线随钻测量技术的推广受到很大的制约；因而必须开发一种无须对矿井下现有钻探设备进行大规模改造与更换的随钻测量装置来解决此难题。目前，石油钻探中有了电磁波随钻测系统的应用，但由于石油钻探与煤矿钻进所应用的井身结构等不同，石油钻探中的电磁波随钻测量系统从结构、材料及电气上都不符合煤矿安全生产的要求，因此不能简单地移植到煤矿钻进中使用。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种造价低，使用方便，能符合煤矿安全生产要求的煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，通过接收发射短节中转井下发射信号来监控井下钻进状况，能够有效提高测量深度。

为了解决上述技术问题，本实用新型如下技术方案来：

一种煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，以管柱组合的形式设置于井壁内，其特征在于：从钻头往上依次为密闭连接的下部钻柱、无磁钻具、第二绝缘短节、中部钻柱、第一绝缘短节及上部钻柱；管柱组合中设置有井下测量发射单元、信号中转单元和设置于地面的信号接收单元；井下测量发射单元固定设置于无磁钻具的外筒中，上端固定在中部钻柱上；信号中转单元设置于井下测量发射单元上方，其下端固定在中部钻柱上且上端固定在上部钻柱上；信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置一极与井架相连，另一极与接地电极相连，接地电极深插入地面。

按上述技术方案，所述的井下测量发射单元为分体式组合方式或整体式组合方式；分体式组合方式从底往上依次包括有固定在无磁钻具内的测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节、第二引线组件和第二铠装电缆，所述测量电源短节和发射电源短节分别为测量短节和发射短节提供能源动力；整体式组合方式从底往上依次包括有固定在无磁钻具内的电源短节、测量发射短节、第二引线组件和第二铠装电缆，所述的测量发射短节内有安装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节连接测量发射短节并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；所述两种组合方式的各相邻部件之间通过螺纹密闭连接；所述第二引线组件由第二引线始端组件和第二引线末端固定托盘组成，第二引线始端组件通过第二铠装电缆连接第二引线末端固定托盘，第二引线末端固定托盘以螺纹的形式固定在第二绝缘短节上端的中部钻柱上。

按上述技术方案，所述的信号中转单元包括接收发射短节、第一引线始端组件和第一引线末端固定托盘，接收发射短节连接第一引线始端组件，第一引线始端组件通过第一铠装电缆连接第一引线末端固定托盘，第一引线末端固定托盘以螺纹的形式固定在第一绝缘短节上端的上部钻柱上。

按上述技术方案，信号中转单元中，接收发射短节设置为通过接收发射短节中的接收器件接收来自发射短节或测量发射短节传递的电磁波信号，并传递给接收发射短节中的发射器件；发射器件的激励源的一极通过螺钉与中部钻柱相连，另一极通过第一铠装电缆经由第一引线始端组件与上部钻柱内的第一引线末端固定托盘相连；接收发射短节的激励源设置为以第一绝缘短节为阻隔，在接收发射短节、第一铠装电缆、上部钻柱、地层、中部钻柱中形成电流回路。

按上述技术方案，测量发射单元中，发射短节的激励源的一极通过台肩卡与悬挂短节相连，或通过螺钉与无磁钻具相连，另一极经由第二引线始端组件通过第二铠装电缆与中部钻柱内的第二引线末端固定托盘相连；测量发射短节的发射器件的激励源的一极通过台肩卡与悬挂短节相连，或通过螺钉与无磁钻具相连，另一极通过第二铠装电缆经由第二引线始端组件与中部钻柱内的第二引线末端固定托盘相连；发射短节的激励源设置为以第二绝缘短节为阻隔，在发射短节、第二铠装电缆、中部钻柱、地层、悬挂短节/无磁钻具中形成电流回路；井下发射器件的激励源设置为以第二绝缘短节为阻隔，在测量发射短节、第二铠装电缆、中部钻柱、地层、悬挂短节/无磁钻具中形成电流回路。

按上述技术方案，测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节、电源短节、测量发射短节和各引线始端组件中金属部件皆为由纯铜或黄铜或铍铜制作而成的金属件。

由于本装置与其他固体矿产钻探方面（如铁矿，铝矿）的钻井所采用的装置的规格是相同的，因而，本实用新型所述的装置也可以应用到其他地矿行业。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型的装置造价较低，使用方便，使用本装置可保留目前大多数煤矿井中仍然在使用的普通钻杆及普通钻机等钻探设备，避免了改造或重新购置新设备所需的高昂费用，节约了施工和生产成本。

2、本实用新型装置中井下测量发射单元分体式组合的测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节以及整体式组合的电源短节、测量发射短节中的金属部分均采用黄铜或纯铜或铍铜制作，符合煤矿安全生产的要求，同时采用铜质材料加工部件能确保其测量过程不受有磁材料的干扰。而在石油行业电磁波无线随钻系统中这些部件大多采用铝制无磁材料，铝制材料在煤矿井中使用过程有发生爆炸的隐患，所以不符合煤矿安全生产的要求。

3、本实用新型的装置中采用的接收发射短节，通过无线接力式的信号传递，可以有效提高电磁波井下传输的距离。

附图说明

图1为本实用新型的测量发射单元分体式的无线接力式电磁波随钻测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型的测量发射单元整体式的无线接力式电磁波随钻测量装置的结构示意图。

图中：1-井架；2-电缆；3-接收装置；4-接地电极；5-上部钻柱；6-井壁；7a-第一绝缘短节；7b-第二绝缘短节；8-螺钉；9-中部钻柱；10-悬挂短节；11-无磁钻具；12-下部钻柱；13-钻头；14-测量电源短节；15-测量短节；16-发射电源短节；17-发射短节；18a-第一引线始端组件；18b-第二引线始端组件；19a-第一铠装电缆；19b-第二铠装电缆；20a-第一引线末端固定托盘；20b-第二引线末端固定托盘；21-接收发射短节；22-接收发射电源短节；23-电源短节；24-测量发射短节。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。

本实用新型的煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，包括设置于井下的外筒、井下测量发射单元、信号中转单元和设置于地面的信号接收单元，所述的外筒由第一绝缘短节7a、第二绝缘短节7b和无磁钻具11构成，其中第二绝缘短节7b下端与无磁钻具11相连；所述的井下测量发射单元可以有两种组合方式，一种是分体式组合方式，如图1所示，从底往上依次连接有测量电源短节14、测量短节15、发射电源短节16、发射短节17、第二引线组件和第二铠装电缆19b，另一种是整体式组合方式，如图2所示，从底往上依次连接有电源短节23、测量发射短节24、第二引线组件和第二铠装电缆19b，所述两种组合方式的相邻部件之间通过螺纹密闭连接；所述第二引线组件由第二引线始端组件18b和第二引线末端固定托盘20b组成；所述的测量电源短节14、测量短节15、发射电源短节16、及电源短节23均通过螺钉固定在无磁钻具11内，所述发射短节17和测量发射短节24通过螺钉8或悬挂短节10（如图1所示，此时在第二绝缘短节和无磁钻具11设置具有台肩卡的悬挂短节10）将其载荷传递给井内的钻柱组合，所述悬挂短节10具有无磁性；如图2所示，所述的测量发射短节24内有安装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节23连接测量发射短节，并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力，所述测量电源短节14和发射电源短节16分别为测量短节15和发射短节17提供能源动力；所述发射短节17或测量发射短节24连接第二引线组件的第二引线始端组件18b，第二引线始端组件18b通过第二铠装电缆19b连接第二引线末端固定托盘20b，第二引线末端固定托盘20b以螺纹的形式固定在第二绝缘短节7b上端的中部钻柱9上；所述的信号中转单元包括接收发射短节22、第一引线始端组件18a和第一引线末端固定托盘20a，接收发射短节22连接第一引线始端组件18a，第一引线始端组件18a通过第一铠装电缆19a连接第一引线末端固定托盘20a，第一引线末端固定托盘20a以螺纹的形式固定在第一绝缘短节7a上端的上部钻柱5上；所述的信号接收单元由设在地面的接收装置3和接地电极4组成，接收装置3一极通过电缆3与井架1相连，另一极通过电缆2与接地电极4相连，接地电极4的未连接端深插入地面。

如图1所示的测量发射单元分体式组合方式中的测量短节15采集和编码井下地层测量信息，并传递给发射短节17；发射短节17的激励源的一极可通过台肩卡与悬挂短节10相连，或通过螺钉8与无磁钻具11相连（未示出），另一极经由第二引线始端组件18b通过第二铠装电缆19b与中部钻柱9内的第二引线末端固定托盘20b相连，井下发射短节17的激励源以第二绝缘短节7b为阻隔，在发射短节17、第二铠装电缆19b、中部钻柱9、地层、悬挂短节10/无磁钻具11中形成电流回路，围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式向上传递井下信息。

如图2所示的测量发射单元整体式组合方式中的测量发射短节24通过其中的测量器件采集和编码井下地层测量信息，并传递给测量发射短节24中的发射器件；发射器件的激励源的一极可通过台肩卡与悬挂短节相连（未另行图示），或通过螺钉8与无磁钻具11相连，另一极通过第二铠装电缆19b经由第二引线始端组件18b与中部钻柱9内的第二引线末端固定托盘20b相连，井下发射器件的激励源以第二绝缘短节7b为阻隔，在测量发射短节24、第二铠装电缆19b、中部钻柱9、地层、悬挂短节10/无磁钻具11中形成电流回路，围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式向上传递井下信息。

所述信号中转单元的接收发射短节22，通过接收发射短节22中的接收器件接收来自发射短节17或测量发射短节24传递的电磁波信号，并传递给接收发射短节22中的发射器件；发射器件的激励源的一极通过螺钉8与中部钻柱9相连，另一极通过第一铠装电缆19a经由第一引线始端组件18a与上部钻柱5内的第一引线末端固定托盘20a相连，接收发射短节22的激励源以第一绝缘短节7a为阻隔，在接收发射短节22、第一铠装电缆19a、上部钻柱5、地层、中部钻柱9中形成电流回路，围绕电流回路产生的磁场以电磁波的形式向上传递井下信息，信号接收单元中的接收装置3通过测定接地电极4与井架1之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置3处理与显示井底测量所得的信息。

本实用新型中为了便于两电磁波信号（最下端的发射信号和中转发射的信号）的接收，可以通过采用采用时间上相互间隔发送方式传递数据。

本实用新型的装置在井壁6内的管柱组合形式大体上从底往上依次为钻头13、下部钻柱12、无磁钻具11、第二绝缘短节7b，中部钻柱9，第一绝缘短节7a及上部钻柱5，在发射短节17或测量发射短节24采用台肩卡来传递载荷时，在第二绝缘短节7b和无磁钻具11之间设有悬挂短节10。

本实用新型的测量电源短节14、测量短节15、发射电源短节16、发射短节17、电源短节23、测量发射短节24和各引线始端组件中金属部件皆使用纯铜或黄铜或铍铜制作。

由于本装置与其他固体矿产钻探方面（如铁矿，铝矿）的钻井所采用的装置的规格是相同的，因而，本实用新型所述的装置也可以应用到其他地矿行业。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，如对工艺参数或装置做出的变动和改良仍属本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，以管柱组合的形式设置于井壁内，其特征在于：从钻头往上依次为密闭连接的下部钻柱、无磁钻具、第二绝缘短节、中部钻柱、第一绝缘短节及上部钻柱；管柱组合中设置有井下测量发射单元、信号中转单元和设置于地面的信号接收单元；井下测量发射单元固定设置于无磁钻具的外筒中，上端固定在中部钻柱上；信号中转单元设置于井下测量发射单元上方，其下端固定在中部钻柱上且上端固定在上部钻柱上；信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置一极与井架相连，另一极与接地电极相连，接地电极深插入地面。

2.根据权利要求1所述的煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，其特征在于：所述的井下测量发射单元为分体式组合方式或整体式组合方式；分体式组合方式从底往上依次包括有固定在无磁钻具内的测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节、第二引线组件和第二铠装电缆，所述测量电源短节和发射电源短节分别为测量短节和发射短节提供能源动力；整体式组合方式从底往上依次包括有固定在无磁钻具内的电源短节、测量发射短节、第二引线组件和第二铠装电缆，所述的测量发射短节内有安装成整体结构的测量器件和发射器件，电源短节连接测量发射短节并为其内的测量器件与发射器件提供能源动力；所述两种组合方式的各相邻部件之间通过螺纹密闭连接；所述第二引线组件由第二引线始端组件和第二引线末端固定托盘组成，第二引线始端组件通过第二铠装电缆连接第二引线末端固定托盘，第二引线末端固定托盘以螺纹的形式固定在第二绝缘短节上端的中部钻柱上。

3.根据权利要求1或2所述的煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，其特征在于：所述的信号中转单元包括接收发射短节、第一引线始端组件和第一引线末端固定托盘，接收发射短节连接第一引线始端组件，第一引线始端组件通过第一铠装电缆连接第一引线末端固定托盘，第一引线末端固定托盘以螺纹的形式固定在第一绝缘短节上端的上部钻柱上。

4.根据权利要求3所述的煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，其特征在于：信号中转单元中，接收发射短节设置为通过接收发射短节中的接收器件接收来自发射短节或测量发射短节传递的电磁波信号，并传递给接收发射短节中的发射器件；发射器件的激励源的一极通过螺钉与中部钻柱相连，另一极通过第一铠装电缆经由第一引线始端组件与上部钻柱内的第一引线末端固定托盘相连；接收发射短节的激励源设置为以第一绝缘短节为阻隔，在接收发射短节、第一铠装电缆、上部钻柱、地层、中部钻柱中形成电流回路。

5.根据权利要求1或2或4所述的煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，其特征在于：测量发射单元中，发射短节的激励源的一极通过台肩卡与悬挂短节相连，或通过螺钉与无磁钻具相连，另一极经由第二引线始端组件通过第二铠装电缆与中部钻柱内的第二引线末端固定托盘相连；测量发射短节的发射器件的激励源的一极通过台肩卡与悬挂短节相连，或通过螺钉与无磁钻具相连，另一极通过第二铠装电缆经由第二引线始端组件与中部钻柱内的第二引线末端固定托盘相连；发射短节的激励源设置为以第二绝缘短节为阻隔，在发射短节、第二铠装电缆、中部钻柱、地层、悬挂短节/无磁钻具中形成电流回路；井下发射器件的激励源设置为以第二绝缘短节为阻隔，在测量发射短节、第二铠装电缆、中部钻柱、地层、悬挂短节/无磁钻具中形成电流回路。

6.根据权利要求5所述的煤矿用无线接力式电磁波随钻测量装置，其特征在于：测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节、电源短节、测量发射短节和各引线始端组件中金属部件皆为由纯铜或黄铜或铍铜制作而成的金属件。

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