CN85103582A - 监视钻孔的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在钻孔的同时,测量孔的参数并把数据传送给远处的接收器,在这过程中所采用的方法和装置。数据以音频二进制脉冲的形式传输,它们由电磁铁发出。电磁铁和钻管之间有声合。在推荐的实施方案中,数据传输是在钻孔过程的停钻期间自动进行的。
Description
在钻孔过程中,过去采用了各种方法来确定钻孔参数如:方向、压力,或与相邻构造的关系,并从孔中把数据收回。美国专利3,771,118讨论过一种方法;周期地把钻杆从孔中拉出来。替换某些测量工具。它们记录了数据,如同记在胶片上一样,或者通过电缆把数据传到工作面。
在美国专利3,790,930,和4,001,773中曾建议采用另一种方法,在其中数据由钻杆从孔内传出来,无论在钻孔过程中或是在暂停期内,由扭矩波传出。
也有人建议以二进制形式产生数据,及利用这些信号对音频信号进行移频调制。这些音频信号可以用增者器通过钻管传送,例如在美国专利4,019,148,4293936和4,390,975中就是如此。
在文献中都列出了,在音频数据摇测中所用的元件。如美国专利4,021,773中的指音器,美国专利4,066995中的声隔离器,美国专利4283780中的谐振声传感器。在美国专利4391336中给出一种特殊系统,用于给第二个孔导向,使之和第一个孔平行。在美国专利4386664号中透露一种近于水平孔的钻孔方向的控制方法,如煤层的甲烷排出孔。
最后,坎波写的“从用户的观点来看孔内摇测”的文中,公布了一种孔内摇测方法。此文发表在1983年10月的《石油技术》杂志第1792-1796页。
本发显的目的是提供一种无线钻孔数据摇测发送器。它既结实又便于操作和维修。在此以前大部份系统的使用,解码和维修都相当复杂,所以存在一种从事测井记录的专家职业。
在本发明中有一种井孔数据摇测系统,借此数据被编成二进制码,以音频脉冲的形式传送。它们从自带电源的发送器中发出来,通过一系列钻管传到工作面后再解码。脉冲是由电磁锤产生的,无和钻杆之间有声合。在一种推荐的实施方案中,数据传输周期是由发送器检测到钻孔机预定的间欲后起动的。在另一种推荐的方案中,当发送器检测到较长的停钻期后,断开敏感元件的电源。
图1是本发明的摇测装置在水平孔中的示意图,一部份是侧视图,一部分是剖面图。
图2是本发明的发送器的剖面图。
图3是适合本发明的线路方块图。
参看附图,特别是图1,其中示出一种钻孔机械10,它在轮子12上,或装在履带上,以便产生向前的推力。钻孔机10在采掘出的14中,它有顶面16和底面18。钻机10指向邻近的侧壁是水平伸展的扩层端面,譬如是煤层,在这矿层中正在钻水平孔。按照钻孔工艺要求,首先钻一个大孔径的孔22,然后插入一金属套筒24。在孔22以内,金属套筒24以外的环状套间压入水泥26,从而把套筒24固紧定位。钻机上套上一节或多节钻杆28,在前端装有导向发送器30,远端马达32,旋转钻头34。在钻杆28进入金属套筒24的入口装有密封盘36。在图中未画高压水源。高压水通过软管38和接头40进入钻杆中的空心腔。高压水经过钻杆达到远端马达32,是驱动马达32及钻头34的动力,排出的水,经过钻杆28以外环形空脏42流回孔外。并将钻出的废屑带出。接头44装在套筒24上,排水管46与接头44连接,废水和钻屑通过他们排出。最后如同压电加速度计一类的声检测器48装在钻杆28上,通过电缆50和读出显示器装显相联。
人们会以为上面说明是利用远端马达来转动钻头34,于是操作钻孔机仅需要做轴向运动,或者由钻机10对钻杆施加推力。然而本发明的导向系统也可对旋转孔同样有用,在此钻机不仅给出轴向推力,而且也转动钻杆28和钻头34,在这种情况中当然不需要远端马达。
现在参看图2,更充份地说明导向发送器30,发送器被加工成与一般钻杆联结,而且最好与钻杆28外径相同。为此分别在两端制出相应的内螺纹62。正如图1所示,在它的前端或者说是远端,通过螺纹62与马达32和钻头34接合。供给马达的高压水,从邻近的钻杆的中心腔,由左面进入部件30。水先进入轴线上的孔64,然后进入一些辐射状的孔66,向外流进环形腔68,环形腔位于外壳70以内,内套管72以外。内套管72是全密封的,即两端是封闭的。没有开口,甚至没有穿电线的通道的内套管由外壳70内的一些中心定位架74固定。高压水通过支架74后进入马达的中心入口,以便供给动力。在图2中,左边的钻杆和右边的马达都没画出。
在内套管72内,包含一自带电源的敏感器一发送器的组合件。它的元件排列如图2所示。它们的工作原理将结合图3说明。从远端62开始,敏感器80,伽马(磁场)检测器86,电池组88,和电磁锤组合件90,在一种推荐的实施方案中,内套管72和外壳770在敏感器80外围的那部份区域是非磁性材料做成的。内套管72被绝缘的接头92分成几节,这样可以便于换电池88。包括电磁锤90的那节内套管是防爆的,外壳70是能承受钻孔的推力及扭矩。
现在参考图3说明敏感器一发送器的工作原理。图3的整个电路由电池组88供电。图3中未画电池,它如图2所示,最好是一些可充电的电池串联而成。活动监视器100检测钻孔的噪音,来判定钻孔活动是否在进行,它包括一个灵敏的加速度计。在检测到一般予定的寂静期后(不开钻机)监视器100通过驱动器112和电磁锤传送编好码的数据。数据是电路的其余部份收集和贮存的,是接在先前传送数据期之后的钻孔活动期内进行的。敏感器80包括X,Y与Z三个相互垂直的方向的加速度计和X′,Y′与Z′三个相似方向的磁场强度计。振动加速计也产生一信号给峰值保持放大器104。从感器80来的六个信号和从放大器104来的一个信号由多路器106顺序收集,以模拟形式传送给模/数转换器108。这个数字化的数据传给微型计算机110,微机也接收放大器偏磁源84的信号。伽马探测器82所探测的信号供给偏磁源。敏感器80可由例如加里佛尼亚的桑尼维尔的德维洛克公司的106470-05型Pevelco孔敏感器构成。电磁锤可是纽约的Clifron spnings的G、W、Lisk股份有限公司的L12AMSLE124PZ4型线性电磁铁。我们对这种电磁铁稍加修改,在铁芯的未端加一法兰盘状的金属园筒,并且在线圈体和法兰盘之间装一轻的压缩或返回弹簧。线圈体与内套管72紧密装配一起,与内套管及外壳有声合。电磁线圈每次通电就发出声音,当铁15被拉入线圈体时发出金属敲击响声“当”。这声音沿着位于煤层孔中的2-7/8时直径的钻杆传送2800英呎,然后迅速被检测出来。一个电池组合件包括12第串联密封可充电的铅酷D一电池,它供电给敏感器,电磁锤和其他相关联的线路,微机,电池在真实的钻孔操作中可持续250个数据发送及加接钻杆的循环。
如上所述,监视器100检测到予定的寂静间隔后,驱动器112和电磁锤传输数据串,在正常情况下,钻孔到一节钻杆的长度后停钻,以便加接新的一节钻杆。数据以二进制形式发送,即驱动器112激发电磁锤90产生“当”的一声响表示“1”,没有“当”的一声响表示“0”。再看图1中的拾音器48,它有利地置于钻机10附近。它可以是一麦克风用磁力吸在钻杆28上。检出的“当”声响信号由电线50传给显示器52,当收到予定的“起动”码后,按编好的码翻译数据码。按时向顺序分配到相应的与/或数字显示盘,以便给钻机操作员导向。所收到的数据也能记录在磁带上,作为孔的参数永久记录。
下面列出一种合适的二进制数据串作为例子,它最好以1到10Hz的速率来传输。
位数 数据合意
1-3 1-0-1起动码
4-13 10位伽马检测数据
14-23 10位X轴加速度
24-33 10位Y轴加速度
34-43 10位Z轴加速度
44-53 10位X轴磁场强度
54-63 10位Y轴磁场强度
64-73 10位Z轴磁场强度
74-83 10位振动加速度峰值
84-85 2位X轴加速度(最低有效值)
86-92 7位校验和
检验和是所有传输的二进制的“1”的和,以二进制表示,使接收器对收到的数据进行校验。
在钻孔过程中,安排一些予定的暂停期间,当工作人员换班或夜间时有较长的停钻时间,在一种推荐方案中,监视器100及有关电路,不仅当检测出1到几分钟的停钻期间后起动数据传输,而且当检测出五分钟到半小时的长期停钻后,就把敏感器80,探测器82等其他电路的电源断开。这种自动断电措施,可以使发送器在每次充电后,在孔里保持较长的工作期。监视器100及有关电路将连续供电,当检测出钻孔重新开始后,恢复整个监视及发送的工作循环。
所需要的维修工作仅是而用充好电的电池替换电池组合件,分成几段的内套简使这工作很方便。在工作面,从显示器52迅速地连续地得到孔数据。训练钻机操作人员正确使用及判读数据工作,由此变得容易了,基于这理由,采用本发明就不需要录录专家在现场。
正如这个说明书及后附的权项申请书所透露的一样,本发明的内容在所述的精神和范围以内,可以有很大的变动。
Claims (3)
1、沿着一串钻孔管子把数据由发送器传送到接收器的系统包括:
(1)敏感装置:它位于上述钻管的孔内远端,它用于测量钻孔参数并产生相应的模拟信号。
(2)转换装置,它与敏感装置相联,用来把上述模拟信号转换成二进制数字信号。
(3)信号贮存装置,将上述转换装置输出的数字信号贮存起来。
(4)电源装置
(5)电磁铁装置,它与上述的电源和信号贮存装置联结,并且与上述可完成的钻杆的孔内末端有声的合,它由上述电源供电,以便产生声脉冲沿钻杆传播,这声脉冲与上述贮存信号相对应。
2、权项1的系统还进一步包括:
(1)检测装置,用于确定孔管的活动是否在进行。
(2)计算机装置与上述检测装置相联。上述检测装置确定出予定的停钻期,在这个时间间隔内,这个计算机装置使上述电磁铁处于激发状态。
3、权项2的系统中,上述的敏感装置测量上述孔内钻管的末端端的指向方位。
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CN102076931B (zh) * | 2008-05-15 | 2013-12-25 | Spc技术公司 | 孔底钻具以及从孔底钻具发送数据的方法和系统 |
CN105041296A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-11-11 | 侯晋兵 | 钻杆式轨迹监测仪 |
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