专利名称：一种深孔钻进中孔底参数实时监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于实时监测钻进过程中孔底钻进参数的监测系统，该系统可广泛应用于地质、石油、煤炭、冶金等部门的钻探领域。
背景技术：
钻探技术是获取地下深部实物地质资料、最终圈定矿体的唯一手段。钻进工程发生在地下深部，具有高投入、高风险的特点。随着资源勘探与开发工作大规模转向深部，钻探过程的工况将更加复杂化，仅凭经验控制钻探过程更加困难。而且，时有发生的孔内事故不仅严重影响钻探效率而且会带来重大经济损失，据不完全统计近年来每年因孔(井)内钻探事故造成的经济损失高达数亿元。因此，研制与钻机配套的参数监测系统实施钻探过程的连续监测，是实现高效、优质、安全、低耗深部钻探的物质基础。目前的钻探参数监测系统只能实时监测地表参数，而深孔钻进过程中，孔底近钻头处的钻进参数与地表参数相差甚 远，孔底近钻头处的钻进参数更能反应钻进的实际情况，对于优化钻进、提高钻进效率具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种深孔钻进中孔底参数实时监测系统，该监测系统能够减少深孔钻进过程的孔内事故，提闻钻探效率。实现本发明上述目的所采用的技术方案为一种深孔钻进中孔底参数实时监测系统，至少包括安装于钻杆上且位于孔底处的信息采集装置与信号发射装置，以及位于地表上的接收装置，信号发射装置将信息采集装置采集到的信息转化后发射至接收装置接收，所述的信息采集装置包括用于采集各种钻进参数的压力传感器、温度传感器、压力扭矩短节及流量计，所述的信号发射装置包括采集电路、发射电路、用于电路供电的电池及一对内外绝缘短节，采集电路与压力传感器、温度传感器、压力扭矩短节及流量计均连接，并将采集到的参数进行滤波和数字化后传输至发射电路，发射电路与用于发射信号的一对内外绝缘短节连接；所述的接收装置包括用于信号接收、放大、滤波、陷波及AD转换的信号处理单元，以及通过信号线与信号处理单元连接的显示装置；钻杆的外管中设有内管，内管通过上支撑件和下支撑件固定于外管中，采集电路、发射电路及电池均安装于内管中，压力传感器及温度传感器安装于内管上，压力扭矩短节及流量计安装于外管的管壁上。所述的一对内外绝缘短节由安装于内管管壁上的内绝缘短节和安装于外管管壁上的外绝缘短节组成，两绝缘短节均为圆筒状且位置相互对应。信号发射装置与接收装置之间设有用于将信号接收、放大并发射的中继站，所述的中继站位于钻杆的中部且固定于外管内。所述信号处理单元包括接收天线、钻塔、电缆及接收器，所述的显示装置为笔记本电脑。接收天线的一端安装于接收器上，接收天线的另一端插入地表内。
本发明提供的深孔钻进中孔底参数实时监测系统有以下优点1、该监测系统能够实时监测孔底钻进参数，能够显著减少孔内事故，提高钻探效率，降低钻探成本；2、由于电磁信号在地层中传输会逐渐发生衰减而影响接收信号的强度，本发明中在离孔底一定距离处设有中继站，中断站可将接收到的信号放大后继续发射，因而本发明可应用的孔深范围显著增加；3、本发明提供的深孔钻进中孔底参数实时监测系统可保存钻进过程中监测到的数据，对技术人员进行生产分析具有重要作用；4、本发明能够为智能化钻进的研究奠定一定的基础。
图I为本发明提供的深孔钻进中孔底参数实时监测系统的整体结构示意图；图中I-钻头，2-外管，3-下支撑件，4-压力传感器，5-采集电路，6-温度传感器，7-发射电路，8-电池，9-内管，10-压力扭矩短节，11-内绝缘短节，12-外绝缘短节，13-流量计，14-上支撑件，15-中继站，16-接收天线，17-钻塔，18-电缆，19-接收器，20-信号线，
21-笔记本电脑。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细具体的说明。本发明提供的深孔钻进中孔底参数实时监测系统的整体结构如图I所示，由信息采集装置、信号发射装置、接收装置和中继站15组成。信息采集装置和信号发射装置均安装于钻杆上靠近钻头I的位置处且与钻头I一起位于钻孔底部，随着钻头I的钻进而向下移动，从而实时监测钻进过程中的参数。信息采集装置包括用于采集各种钻进参数的压力传感器4、温度传感器6、压力扭矩短节10及流量计13。信号发射装置包括采集电路5、发射电路7、用于电路供电的电池8及一对内外绝缘短节。采集电路5与压力传感器4、温度传感器6、压力扭矩短节10及流量计13均连接，发射电路7与用于发射信号的一对内外绝缘短节连接。钻杆的外管2内设有内管9，内管9通过上支撑件14和下支撑件3固定于外管2中，采集电路5、发射电路7及电池8均安装于内管9中，压力传感器4及温度传感器6安装于内管9上，压力扭矩短节10及流量计13安装于外管2的管壁上。用于发射信号的一对内外绝缘短节由安装于内管9管壁上的内绝缘短节11和安装于外管2管壁上的外绝缘短节12组成，两绝缘短节均为圆筒状且位置相互对应。接收装置位于地表上，包括用于信号接收、放大、滤波、陷波及AD转换的信号处理单元，以及通过信号线20与信号处理单元连接的显示装置，本实施例中所述的信号处理单元包括接收天线16、钻塔17、电缆18及接收器19，所述的显示装置为笔记本电脑21。接收天线16的一端安装于接收器19上，接收天线16的另一端插入地表内。信号发射装置与接收装置之间设有用于将信号接收、放大并发射的中继站15，所述的中继站15位于钻杆的中部且固定于外管2内。本发明提供的深孔钻进中孔底参数实时监测系统的工作原理如下首先完成整个监测系统的安装连接。钻进过程中，信息采集装置中的压力传感器用于监测的孔底钻井液压力；温度传感器用于监测孔底温度；压力扭矩短节用于监测孔底钻压和扭矩；流量计用于监测孔底钻井液流量。采集电路将上述5个参数采集后进行滤波和数字化处理，将参数信息转化为信号后传输至发射电路，电池为采集电路和发射电路供电。内绝缘短节、外绝缘短节及发射电路共同构成发射偶极子，将转化后的信号通过地层以无线电磁波信号向地表发送。由于电磁波在地层中传输时会发生衰减，当钻孔深度超过一定范围时，地表将无法接收到强度太弱的信号。因此，本发明中在离孔底一定距离处设有中继站，中继站接收到孔底发射来的信号后进行放大，并将放大后的信号向地表发射。由钻塔、电缆、接收天线和接收器构成的信号处理单元接收由中继站发射的信号，并将信号进行前置放大、滤波、陷波及AD转换后通过信号线传输至笔记本电脑，笔记本电脑对数据进行处理后以图表形式显示并进行保存，现场钻探操作人员可根据笔记本电脑上实时显示的孔底钻进参数调整钻进工艺和 钻进规程，从而达到优化钻进、提高钻进效率、降低钻进风险等目的。
权利要求
1.一种深孔钻进中孔底参数实时监测系统，其特征在于至少包括安装于钻杆上且位于孔底处的信息采集装置与信号发射装置，以及位于地表上的接收装置，信号发射装置将信息采集装置采集到的信息转化后发射至接收装置接收，所述的信息采集装置包括用于采集各种钻进参数的压力传感器、温度传感器、压力扭矩短节及流量计，所述的信号发射装置包括采集电路、发射电路、用于电路供电的电池及一对内外绝缘短节，采集电路与压力传感器、温度传感器、压力扭矩短节及流量计均连接，并将采集到的参数进行滤波和数字化后传输至发射电路，发射电路与用于发射信号的一对内外绝缘短节连接；所述的接收装置包括用于信号接收、放大、滤波、陷波及AD转换的信号处理单元，以及通过信号线与信号处理单元连接的显示装置；钻杆的外管中设有内管，内管通过上支撑件和下支撑件固定于外管中，采集电路、发射电路及电池均安装于内管中，压力传感器及温度传感器安装于内管上，压力扭矩短节及流量计安装于外管的管壁上。
2.根据权利要求I所述的深孔钻进中孔底参数实时监测系统，其特征在于所述的一对内外绝缘短节由安装于内管管壁上的内绝缘短节和安装于外管管壁上的外绝缘短节组成，两绝缘短节均为圆筒状且位置相互对应。·
3.根据权利要求I所述的深孔钻进中孔底参数实时监测系统，其特征在于信号发射装置与接收装置之间设有用于将信号接收、放大并发射的中继站，所述的中继站位于钻杆的中部且固定于外管内。
4.根据权利要求I所述的深孔钻进中孔底参数实时监测系统，其特征在于所述信号处理单元包括接收天线、钻塔、电缆及接收器，所述的显示装置为笔记本电脑。
5.根据权利要求4所述的深孔钻进中孔底参数实时监测系统，其特征在于接收天线的一端安装于接收器上，接收天线的另一端插入地表内。
全文摘要
本发明提供了一种深孔钻进中孔底参数实时监测系统，至少包括安装于钻杆上且位于孔底处的信息采集装置与信号发射装置，以及位于地表上的接收装置，信号发射装置将信息采集装置采集到的信息转化后发射至接收装置接收，所述的信息采集装置包括用于采集各种钻进参数的压力传感器、温度传感器、压力扭矩短节及流量计，所述的信号发射装置包括采集电路、发射电路、用于电路供电的电池及一对内外绝缘短节，所述的接收装置包括用于信号接收、放大、滤波、陷波及AD转换的信号处理单元，以及通过信号线与信号处理单元连接的显示装置。该监测系统能够减少深孔钻进过程的孔内事故，提高钻探效率。
文档编号E21B47/00GK102733793SQ20121021842
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者卢春华, 吴翔, 张涛, 王荣璟, 蒋国盛 申请人:中国地质大学(武汉)