CN85103582A - 监视钻孔的方法和装置 - Google Patents

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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