專利名稱：一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在地礦行業(yè)采用有線鉆桿鉆進(jìn)過程中，實時進(jìn)行孔深測量的方法，具體地說是一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，屬于地礦鉆探領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著地礦行業(yè)的不斷向前發(fā)展，對于鉆孔的要求也越來越高，有線隨鉆測量鉆進(jìn)由于它能實時反映鉆孔方位及傾角等情況，在地礦行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。為了使有線隨鉆測量信號安全、可靠、快速的傳輸，中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿得到廣泛應(yīng)用。但孔深測量仍依靠人工統(tǒng)計孔下鉆具長度，或者借助計算機(jī)統(tǒng)計，加以人工輔助修正，在無專人監(jiān)督的情況下，無法防止機(jī)組人員誤操作或謊報績效而人為修改孔深，導(dǎo)致未能按照工程設(shè)計要求完鉆?，F(xiàn)有監(jiān)控孔深的方法離不開人工修正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中使用中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿不能實時檢測鉆桿鉆進(jìn)過程中的孔深問題，而提供一種不需要人工修正，可實時監(jiān)測孔深的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案提供一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，按如下步驟測量孔深
⑴、首先對現(xiàn)有的普通中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿進(jìn)行改進(jìn)，即在每一根大通孔鉆桿內(nèi)的鉆桿通纜的一端接入一個阻值相同的高精密電阻；將最底端的鉆桿電纜連接到探管的信號發(fā)射端，發(fā)射信號由直流電平提供；信號地線通過探管支架連接到下部鉆桿上，再與地面電阻連接形成閉合回路；使普通中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿改造成一種可測孔深的大通孔有線鉆桿；
⑵、通過采集卡采集地面電阻兩端的電位，根據(jù)歐姆定律計算出整個回路電流； ⑶、將直流電平值減去電纜上端的電位即可得到整體鉆桿所承受的電壓，除以回路電流值，計算出整體鉆桿中串聯(lián)電阻的總阻值，再除以每段鉆桿的阻值，得出孔中鉆桿的數(shù)量；
⑷、將孔中鉆桿的數(shù)量乘以每根鉆桿長度，加上孔下固定鉆具長度，再減去鉆桿余量， 計算的最大值即為孔深。本發(fā)明所述的鉆桿余量等同于動力頭離地面的位置，通過同步帶與增量式編碼器實時監(jiān)測動力頭的位置，實現(xiàn)實時監(jiān)測鉆桿余量。本發(fā)明所述的每根鉆桿中接入的高精密電阻阻值為100Ω 1000Ω，地面電阻阻值為IOkQ 50k Ω，誤差值均小于0. 1%。本發(fā)明所述的接入鉆桿內(nèi)高精密電阻的連接形式有三種可供選擇
⑴、按照通纜公接頭尺寸匹配一個絕緣墊片，并制作一個有中心通孔的高分子樹脂絕緣環(huán)；高分子樹脂絕緣環(huán)中心通孔容納直插式高精密電阻；絕緣墊片與高分子樹脂絕緣環(huán)粘合在一起，直插式高精密電阻的一端穿過絕緣墊片的中心通孔與中間導(dǎo)線相連，另一端連接到通纜公接頭上；
⑵、按照通纜公接頭尺寸制作兩個相同的可導(dǎo)電圓形金屬薄片和一個高分子樹脂絕緣環(huán)；金屬薄片采用電阻率很低的金屬制成；直插式高精密電阻置于高分子樹脂絕緣環(huán)內(nèi)， 將電阻兩端分別焊接到金屬薄片上；兩端的金屬薄片分別與中間導(dǎo)線和通纜公接頭焊接；
⑶、按照中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿中的變徑彈簧的尺寸，制作等尺寸的彈簧電阻器，保證彈簧電阻器具有足夠的強(qiáng)度下，將變徑彈簧替換成彈簧變阻器。為了確保上述兩種直插式高精密電阻具有更強(qiáng)的抗震性，所述的直插式高精密電阻使用RTV615灌封膠填充高精密電阻與高分子樹脂絕緣環(huán)之間的空隙。本發(fā)明的有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的效果是
1、本發(fā)明的方法中對普通的中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿進(jìn)行改進(jìn)，所作的改進(jìn)盡管結(jié)構(gòu)簡單，容易實施，但效果特別明顯，使整體鉆桿成為一種可測孔深的大通孔有線鉆桿。2、本發(fā)明的測量方法的原理很簡單，操作步驟明確、方便，測量過程沒有復(fù)雜的計算即可得出孔深。3、本發(fā)明的測量方法鉆進(jìn)過程中不需要專人監(jiān)測，測量結(jié)果也不需要人工修正， 可以長期實時監(jiān)測孔深，掌握工作的進(jìn)度，有利于優(yōu)質(zhì)完成鉆探任務(wù)。


圖1為本發(fā)明的有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法中改進(jìn)后所使用的可測孔深的
大通孔有線鉆桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中用的每根鉆桿內(nèi)采用直插在絕緣墊片與絕緣環(huán)中的高精密電阻的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中用的每根鉆桿內(nèi)焊在金屬薄片兩端的高精密電阻的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中用的每根鉆桿內(nèi)以彈簧變阻器作為高精密電阻的連接結(jié)構(gòu)示意圖。上述圖中1-地面電阻、2-孔壁、3-鉆桿內(nèi)高精密電阻、4-鉆桿接頭、5-鉆桿、 6-信號發(fā)射端、7-探管、8-鉆頭、9-鉆桿母接頭、10-通纜母接頭、11-絕緣支撐環(huán)、12-絕緣聯(lián)接體、13-中間導(dǎo)線、14-絕緣墊片、15-高分子樹脂絕緣環(huán)、16-直插式高精密電阻、17-孔用彈性擋圈、18-通纜公接頭、19-變徑彈簧、20-鉆桿公接頭、21-金屬薄片、22-彈簧電阻。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的方法作進(jìn)一步詳述。實施例1 本發(fā)明的方法是應(yīng)用于一種可測孔深的大通孔有線鉆桿鉆進(jìn)過程中孔深的測量，按如下步驟測量
⑴、首先對現(xiàn)有的普通中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿進(jìn)行改進(jìn)，即在每一根大通孔鉆桿內(nèi)的鉆桿通纜的一端接入一個阻值相同的高精密電阻3 ；在最底端的鉆桿電纜連接探管 7的信號發(fā)射端，發(fā)射信號由12V的直流電平提供，信號地線通過探管7支架連接到下部鉆桿上，再與地面電阻1連接形成閉合回路；使普通中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿改造成一種可測孔深的大通孔有線鉆桿；
⑵、通過采集卡采集地面電阻1兩端的電位，根據(jù)歐姆定律計算出整個回路電流； ⑶、將12V的直流電平值減去電纜上端的電位即可得到整體鉆桿所承受的電壓，除以回路電流值，計算出整體鉆桿中串聯(lián)電阻的總阻值，再除以每段鉆桿的阻值，得出孔中鉆桿的數(shù)量；
⑷、將孔中鉆桿的數(shù)量乘以每根鉆桿長度，加上孔下固定鉆具長度，再減去鉆桿余量， 計算的最大值即為孔深。所述的鉆桿余量等同于動力頭離地面的位置，通過同步帶與增量式編碼器實時監(jiān)測動力頭的位置，實現(xiàn)實時監(jiān)測鉆桿余量。本發(fā)明的方法使用的可測孔深的鉆桿5，為由多根鉆桿接頭4相連的中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿，每根鉆桿由鉆桿母接頭9與鉆桿公接頭20連接，鉆桿在孔壁2內(nèi)鉆進(jìn)狀況參見圖1。中心通纜裝置由通纜母接頭10，絕緣支撐擋環(huán)11，絕緣連接體12，中間導(dǎo)線 13，孔用彈性擋圈17、通纜公接頭18，變徑彈簧19構(gòu)成。在每一根鉆桿的通纜一端接入一個阻值相同的高精密電阻3，阻值為100 Ω，最底端的鉆桿電纜連接信號發(fā)射端6，發(fā)射信號由直流電平提供，信號地線通過探管7支架連接到下部鉆桿5上；電纜上端與上部鉆桿5相連，再與地面電阻1連接形成一個閉合回路。地面電阻1阻值為50kQ。鉆桿內(nèi)高精密電阻3連接結(jié)構(gòu)的選擇按照通纜公接頭18的尺寸匹配一個絕緣墊片14，并制作一個有中心通孔的高分子樹脂絕緣環(huán)15 ；參見圖2，高分子樹脂絕緣環(huán)的高度為12mm，中心通孔內(nèi)容納直插式高精密電阻16 ；絕緣墊片14與高分子樹脂絕緣環(huán)15粘合在一起。直插式高精密電阻16的一端穿過絕緣墊片與中間導(dǎo)線13相連，另一端連接到通纜公接頭18上。為了確保直插式高精密電阻具有更強(qiáng)的抗震性，使用RTV615灌封膠填充直插式高精密電阻16與高分子樹脂絕緣環(huán)15之間的空隙。實施例2 本發(fā)明的鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法同實施例1，不同的是地面電阻1 的阻值與鉆桿內(nèi)高精密電阻3的選擇。地面電阻1的阻值選IOkQ。鉆桿內(nèi)高精密電阻選擇按照通纜公接頭18的尺寸，制作兩個相同的可導(dǎo)電圓形金屬薄片21和一個高分子樹脂絕緣環(huán)15。參見圖3，金屬薄片21采用電阻率很低的銅制成，其厚度為5mm。高分子樹脂絕緣環(huán)15高度為12mm，其中心通孔容納直插式高精密電阻 16，直插式高精密電阻的阻值選IkQ。直插式高精密電阻16置于高分子樹脂絕緣環(huán)15內(nèi)， 將其兩端分別焊接到金屬薄片21上，兩端的金屬薄片21分別與中間導(dǎo)線13和通纜公接頭 18焊接。為了確保直插式高精密電阻16具有更強(qiáng)的抗震性，使用RTV615灌封膠填充直插式高精密電阻16與高分子樹脂絕緣環(huán)15之間的空隙。實施例3 本發(fā)明的鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法同實施例1，不同的還是地面電阻 1的阻值與鉆桿內(nèi)高精密電阻選擇。地面電阻1的阻值選為20kQ ；
鉆桿內(nèi)高精密電阻選擇按照中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿中的變徑彈簧19的尺寸， 制作等尺寸的彈簧電阻器22。參見圖4，彈簧電阻器22阻值為150 Ω，在保證彈簧電阻器 22具有足夠的強(qiáng)度下，將變徑彈簧19替換成彈簧變阻器22。
權(quán)利要求
1.一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，其特征在于按如下步驟測量孔深⑴、首先對現(xiàn)有的普通中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿進(jìn)行改進(jìn)，即在每一根大通孔鉆桿內(nèi)的鉆桿通纜的一端接入一個阻值相同的高精密電阻；將最底端的鉆桿電纜連接到探管的信號發(fā)射端，發(fā)射信號由直流電平提供；信號地線通過探管支架連接到下部鉆桿上，再與地面電阻連接形成閉合回路；使普通中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿改造成一種可測孔深的大通孔有線鉆桿；⑵、通過采集卡采集地面電阻兩端的電位，根據(jù)歐姆定律計算出整個回路電流；⑶、將直流電平值減去電纜上端的電位即可得到整體鉆桿所承受的電壓，除以回路電流值，計算出整體鉆桿中串聯(lián)電阻的總阻值，再除以每段鉆桿的阻值，得出孔中鉆桿的數(shù)量；⑷、將孔中鉆桿的數(shù)量乘以每根鉆桿長度，加上孔下固定鉆具長度，再減去鉆桿余量， 計算的最大值即為孔深。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，其特征在于所述的鉆桿余量等同于動力頭離地面的位置，通過同步帶與增量式編碼器實時監(jiān)測動力頭的位置，實現(xiàn)實時監(jiān)測鉆桿余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，其特征在于 所述的每根鉆桿中接入的高精密電阻阻值為100Ω 1000Ω，地面電阻阻值為IOkQ 50k Ω，誤差值均小于0. 1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，其特征在于所述的鉆桿內(nèi)高精密電阻的連接形式有三種可供選擇⑴、按照通纜公接頭尺寸匹配一個絕緣墊片，并制作一個有中心通孔的高分子樹脂絕緣環(huán)；高分子樹脂絕緣環(huán)中心通孔容納直插式高精密電阻；絕緣墊片與高分子樹脂絕緣環(huán)粘合在一起，直插式高精密電阻的一端穿過絕緣墊片的中心通孔與中間導(dǎo)線相連，另一端連接到通纜公接頭上；⑵、按照通纜公接頭尺寸制作兩個相同的可導(dǎo)電圓形金屬薄片和一個高分子樹脂絕緣環(huán)；金屬薄片采用電阻率很低的金屬制成；直插式高精密電阻置于高分子樹脂絕緣環(huán)內(nèi)， 將電阻兩端分別焊接到金屬薄片上；兩端的金屬薄片分別與中間導(dǎo)線和通纜公接頭焊接；⑶、按照中心通纜式高強(qiáng)度大通孔鉆桿中的變徑彈簧的尺寸，制作等尺寸的彈簧電阻器，保證彈簧電阻器具有足夠的強(qiáng)度下，將變徑彈簧替換成彈簧變阻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，其特征在于所述的直插式高精密電阻使用RTV615灌封膠填充高精密電阻與高分子樹脂絕緣環(huán)之間的空隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有線鉆桿鉆進(jìn)過程中監(jiān)測孔深的方法，方法中所用鉆桿是基于中心通纜式大通孔鉆桿設(shè)計的，每根鉆桿通纜的一端接入一阻值相同的高精密電阻，最底端的鉆桿電纜連接由直流電平提供電源的信號發(fā)射端；信號地線通過探管支架連接下部鉆桿，再與地面電阻連接形成閉合回路；通過采集卡采集地面電阻兩端的電位，根據(jù)歐姆定律算出整個回路電流；將發(fā)射信號電平值減去電纜上端的電位得到整體鉆桿所承受的電壓，除以回路電流值，算出整體鉆桿中串聯(lián)電阻的總阻值，再除以每段鉆桿內(nèi)電阻的阻值，得出孔中鉆桿的數(shù)量，乘以每根鉆桿長度，加上孔下固定鉆具長度，再減去鉆桿余量，計算的最大值即為孔深。本方法可實時監(jiān)測孔深，不需要人工修正。
文檔編號E21B47/04GK102410013SQ20111029914
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者余志鵬, 邵春, 陳鵬飛 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)