一种用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置的制作方法

本发明涉及煤层气探测设备领域，特别涉及一种用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置。

背景技术：

煤层气测井是指根据煤层气储层(煤层)与围岩在岩性物性的差别，利用自然电位、双侧向(或感应)、微电极、补偿密度、自然伽马、声波时差、声波全波列、中子孔隙度以及井径测井等对其进行测井，在这之中，声波测井是指利用声波在不同岩石中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性来研究钻进的地质剖面，判断固井质量的一种测井方法，声波测井又分为补偿声波测井、长距离声波测井、阵列声波测井、偶极子声波测井、超声波成型测井等多种方式，其中超声波成像测井是采用旋转式超换能，对井眼四周进行扫描，并记录回波波形。

煤层气储层(煤层)与围岩在岩性物性上的差别，是煤层气测井响应的物理基础。煤层气测井是根据煤层气储层(煤层)与围岩在物性上的差别，利用自然电位、双侧向(或感应)、微电极、补偿密度、自然伽马、声波时差、声波全波列、中子孔隙度以及井径测井等对其进行测井。声波在不同介质中传播时，速度有很大差别，而且声波幅度的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的。声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面，是近年来发展较快的一种测井方法。声波测井又分为补偿声波测井、长距离声波测井、阵列声波测井、偶极子声波测井、超声波成型测井等多种方式，其中超声波成像测井是采用旋转式超换能，对井眼四周进行扫描，并记录回波波形。声波测井与地震勘探资料结合，在解决地下地顶构造，判断岩性、识别压力异常层位，探测和评价裂隙、判断储集层中流体的性质方面，有着良好的发展前景。

在进行超声波成像测井前，需要进行钻井，但是钻井完成后，井径会受地质影响发生变化，通常情况下，砂岩质地坚硬，在钻头经过后由于弹性形变会恢复原来的形状，造成井径缩小，俗称缩径，而泥岩质地疏松，会发生井壁垮塌造成井径扩大，俗称扩径，因此井眼各处井径大小不一致，而现有的超声波成像测井装置扶正器结构固定，不能根据井径的大小调节仪器轴的位置，导致换能器容易在井眼中，在井径较大的位置发生偏移，而在井径变小的位置容易卡住，难以使换能器保持稳定的上升。

在进行超声波成像测井前，需要通过钻探成井揭露煤层气赋存地层。地层在地质成因或构造运动的影响下，通过挤压作用下产生地应力，在地层被钻井穿过揭露后，原始地应力的平衡状态受到破坏，加之地层的不完整性、破碎性及钻井液水侵等因素影响，就会导致钻井井壁不稳定，致使钻井出现缩径、扩径、坍塌等不良钻井内现象。钻井井径的大小不一，给测井工作带来极大的困难。现有的超声波成像测井装置扶正器机构固定，不能根据井径的大小调节仪器轴的位置，导致换能器在井径较大的位置发生偏移，而在井径变小的位置卡住，难以使换能器保持稳定的上升，不仅影响测井仪器安全，而且还影响测井数据的解释与处理。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置，包括顶板、控制器、探测机构和两个支撑机构，所述控制器固定在顶板的上方，所述控制器上设有显示屏和若干控制按键，所述控制器内设有plc，所述支撑机构和探测机构均设置在顶板的下方，所述探测机构设置在两个支撑机构之间；

所述探测机构包括滑动组件和探测组件，所述探测组件包括连接块、第一电机、第一驱动轴、换能器和两个平衡组件，所述第一电机通过连接块设置在滑动组件的下方，所述第一电机与第一驱动轴的顶端传动连接，所述换能器固定在第一驱动轴的底端，两个平衡组件分别设置在驱动轴的两侧，所述第一电机与plc电连接；

所述平衡组件包括调节单元、支杆、铰接块、侧杆、气缸和活塞，所述调节单元位于侧杆的上方，所述侧杆的一端固定在第一驱动轴上，所述侧杆的另一端与气缸铰接，所述活塞的一端设置在气缸内，所述调节单元与支杆的一端传动连接，所述支杆的另一端与铰接块铰接，所述铰接块固定在气缸上；

所述滑动组件包括滑轨、滑环和两个紧固单元，所述滑环套设在滑轨上，所述滑环固定在连接块的上方，两个紧固单元分别设置在滑轨的两端，所述紧固单元包括竖板、横杆、第二电机、驱动轮、固定轴、框架、紧固杆和挤压块，所述竖板的顶端固定在顶板的下方，所述第二电机通过横杆固定在竖板的靠近第一驱动轴的一侧，所述第二电机位于滑轨的下方，所述第二电机与驱动轮传动连接，所述固定轴固定在驱动轮的远离圆心处，所述固定轴设置在框架内，所述挤压块通过紧固杆固定在框架的靠近连接块的一侧，所述第二电机与plc电连接。

作为优选，为了驱动支杆转动，以调节气缸的角度，所述调节单元包括第三电机、缓冲块、第三驱动轴和滑块，所述第三电机与plc电连接，所述第三电机和缓冲块均固定在第一驱动轴上，所述第三驱动轴设置在第三电机和缓冲块之间，所述第三电机与第三驱动轴传动连接，所述第三驱动轴的外周设有外螺纹，所述滑块套设在第三驱动轴上，所述滑块内设有内螺纹，所述滑块内的内螺纹与第三驱动轴上的外螺纹相匹配，所述滑块与支杆铰接。

作为优选，为了便于检测气缸内的气压状况，所述气缸内设有气压计，所述气压计与plc电连接。

作为优选，为了减少活塞与井壁之间的摩擦，所述活塞的远离气缸的一端设有滑轮。

作为优选，为了便于确认挤压块是否对连接块进行紧固，所述挤压块内设有压力传感器，所述压力传感器与plc电连接。

作为优选，为了保证框架平稳移动，所述框架上设有套环，所述套环套设在滑轨上。

作为优选，为了实现换能器的升降，所述支撑机构包括底板、驱动组件、移动块、固定块、伸缩架、支撑块和两个第一连杆，所述驱动组件和移动块均设置在底板的上方，所述驱动组件与移动块传动连接，所述固定块固定在底板的上方，所述伸缩组件的底端的两侧分别与移动块和固定块铰接，所述伸缩架的顶端的两侧分别通过两个第一连杆与支撑块铰接，所述支撑块固定在顶板的下方。

作为优选，为了驱动移动块移动，所述驱动组件包括第四电机、第二连杆和第三连杆，所述第四电机固定在底板的上方，所述第四电机与plc电连接，所述第四电机位于移动块的远离固定块的一侧，所述第四电机与第二连杆传动连接，所述第二连杆通过第三连杆与移动块铰接。

作为优选，为了固定移动块的移动方向，所述驱动组件还包括固定杆，所述固定杆的两端分别与第四电机和固定块固定连接，所述移动块套设在固定杆上。

作为优选，为了便于无线通讯连接，所述控制器内设有蓝牙。

本发明的有益效果是，该用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置通过探测机构中的换能器旋转和上升对井眼的井壁进行扫描，在扫描过程中，利用紧固单元固定连接块的位置，防止换能器抖动，影响成像质量，与现有的紧固单元相比，该紧固单元通过压力传感器进行紧固程度的检测，智能化程度更高，不仅如此，通过平衡组件使活塞抵靠在井壁上，便于换能器在井径不同的位置平稳地上升，与现有的平横组件相比，该平衡组件通过滑落减小了与井壁之间的摩擦，便于换能器进行平稳地上升，从而提高了设备的实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置的结构示意图；

图2是本发明的用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置的平衡组件的结构示意图；

图3是本发明的用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置的紧固单元的结构示意图；

图4是本发明的用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置的支撑机构的结构示意图；

图5是本发明的用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置的驱动组件的结构示意图；

图中：1.顶板，2.控制器，3.显示屏，4.控制按键，5.连接块，6.第一电机，7.第一驱动轴，8.换能器，9.支杆，10.铰接块，11.侧杆，12.气缸，13.活塞，14.滑轨，15.滑环，16.竖板，17.横杆，18.第二电机，19.驱动轮，20.固定轴，21.框架，22.紧固杆，23.挤压块，24.第三电机，25.缓冲块，26.第三驱动轴，27.滑块，28.气压计，29.压力传感器，30.套环，31.底板，32.移动块，33.固定块，34.伸缩架，35.第一连杆，36.第四电机，37.第二连杆，38.第三连杆，39.固定杆，40.滑轮，41.支撑块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置，包括顶板1、控制器2、探测机构和两个支撑机构，所述控制器2固定在顶板1的上方，所述控制器2上设有显示屏3和若干控制按键4，所述控制器2内设有plc，所述支撑机构和探测机构均设置在顶板1的下方，所述探测机构设置在两个支撑机构之间；

所述探测机构包括滑动组件和探测组件，所述探测组件包括连接块5、第一电机6、第一驱动轴7、换能器8和两个平衡组件，所述第一电机6通过连接块5设置在滑动组件的下方，所述第一电机6与第一驱动轴7的顶端传动连接，所述换能器8固定在第一驱动轴7的底端，两个平衡组件分别设置在驱动轴的两侧，所述第一电机6与plc电连接；

该超声波成像测井装置进行煤层气探测时，将两个支撑机构放置在井眼的上方的两侧，通过按动控制器2上的控制按键4，由支撑机构带动顶板1升降，进而带动顶板1下方探测机构中的第一电机6和换能器8进行升降，换能器8每秒发射1500-3000次、频率为1-2mhz的超声脉冲，由控制器2中的plc控制第一电机6运行，通过第一驱动轴7带动换能器8沿第一驱动轴7的轴线方向旋转，对井眼的整个井壁进行扫描测量。换能器8转动时发射的超声波信号，经泥浆传播到井壁，有一部分能量被反射回换能器8并接收，经信号处理后，得到井壁回波的幅度图像，图像在控制器2的显示屏3上显示，便于人们了解煤层气的分布位置。

如图2所示，所述平衡组件包括调节单元、支杆9、铰接块10、侧杆11、气缸12和活塞13，所述调节单元位于侧杆11的上方，所述侧杆11的一端固定在第一驱动轴7上，所述侧杆11的另一端与气缸12铰接，所述活塞13的一端设置在气缸12内，所述调节单元与支杆9的一端传动连接，所述支杆9的另一端与铰接块10铰接，所述铰接块10固定在气缸12上；

为了保证换能器8能够在井眼中顺利第升降，由第一驱动轴7的两侧的平衡组件实现第一驱动轴7的平稳转动，平衡组件内，通过调节单元带动支杆9转动，支杆9通过铰接块10带动气缸12转动，使活塞13远离气缸12的一端抵靠在井壁上，在井径较大的位置，可由调节单元带动气缸12向下转动，而在井径较小的位置，可由调节单元带动气缸12向上转动，从而保证了换能器8的顺利转动和升降。

如图1和图3所示，所述滑动组件包括滑轨14、滑环15和两个紧固单元，所述滑环15套设在滑轨14上，所述滑环15固定在连接块5的上方，两个紧固单元分别设置在滑轨14的两端，所述紧固单元包括竖板16、横杆17、第二电机18、驱动轮19、固定轴20、框架21、紧固杆22和挤压块23，所述竖板16的顶端固定在顶板1的下方，所述第二电机18通过横杆17固定在竖板16的靠近第一驱动轴7的一侧，所述第二电机18位于滑轨14的下方，所述第二电机18与驱动轮19传动连接，所述固定轴20固定在驱动轮19的远离圆心处，所述固定轴20设置在框架21内，所述挤压块23通过紧固杆22固定在框架21的靠近连接块5的一侧，所述第二电机18与plc电连接。

第一驱动轴7上的两个平横组件同时运行，使两个平衡组件中的气缸12角度和气缸12内的气压相同，进而带动第一驱动轴7和第一电机6发生偏移，使滑环15在滑轨14上滑动一端距离后，滑环15两侧的紧固单元运行，通过横杆17和竖板16固定第二电机18的角度，由plc控制第二电机18运行，带动驱动轮19转动，驱动轮19上的固定轴20带动框架21发生平移，通过紧固杆22带动挤压块23靠近连接块5，使两侧的挤压块23挤压连接块5，从而固定了连接块5的水平位置，进而固定了第一电机6的位置，防止在扫描过程中因第一电机6抖动引起换能器8的抖动，改变超声波的接收时间，影响成像，造成装置检测精度下降。

如图2所示，所述调节单元包括第三电机24、缓冲块25、第三驱动轴26和滑块27，所述第三电机24与plc电连接，所述第三电机24和缓冲块25均固定在第一驱动轴7上，所述第三驱动轴26设置在第三电机24和缓冲块25之间，所述第三电机24与第三驱动轴26传动连接，所述第三驱动轴26的外周设有外螺纹，所述滑块27套设在第三驱动轴26上，所述滑块27内设有内螺纹，所述滑块27内的内螺纹与第三驱动轴26上的外螺纹相匹配，所述滑块27与支杆9铰接。

plc控制第三电机24运行，带动第三驱动轴26转动，使第三驱动轴26上的外螺纹作用于滑块27内的内螺纹，使滑块27沿着第三驱动轴26的轴线方向移动，当滑块27向上移动时，通过支杆9拉动气缸12向上转动，便于设备在井径较小的位置进行扫描，当滑块27向下移动时，通过支杆9驱动气缸12向下转动，便于设备在井径较大的位置进行扫描。

作为优选，为了便于检测气缸12内的气压状况，所述气缸12内设有气压计28，所述气压计28与plc电连接。气压计28检测气缸12内的气压，将气压数据反馈给plc，plc控制调节单元中的第三电机24运行，使活塞13抵靠在井眼的井壁处，使气缸12内的气压处于恒定的值。

作为优选，为了减少活塞13与井壁之间的摩擦，所述活塞13的远离气缸12的一端设有滑轮40。通过滑落将滑动摩擦转变为滚动摩擦，从减小了活塞13和井壁之间的摩擦。

作为优选，为了便于确认挤压块23是否对连接块5进行紧固，所述挤压块23内设有压力传感器29，所述压力传感器29与plc电连接。压力传感器29检测挤压块23与连接块5之间的压力数据，并将压力数据反馈给plc，plc依次控制第二电机18运行，使固定轴20带动框架21移动，进而使挤压块23挤压连接块5，从而使压力传感器29检测到的压力数据处于合适的范围。

作为优选，为了保证框架21平稳移动，所述框架21上设有套环30，所述套环30套设在滑轨14上。利用滑轨14固定了套环30的移动方向，从而固定了框架21的移动方向，使框架21进行平稳移动。

如图4所示，所述支撑机构包括底板31、驱动组件、移动块32、固定块33、伸缩架34、支撑块41和两个第一连杆35，所述驱动组件和移动块32均设置在底板31的上方，所述驱动组件与移动块32传动连接，所述固定块33固定在底板31的上方，所述伸缩组件的底端的两侧分别与移动块32和固定块33铰接，所述伸缩架34的顶端的两侧分别通过两个第一连杆35与支撑块41铰接，所述支撑块41固定在顶板1的下方。

支撑机构中，通过驱动组件带动移动块32移动，改变移动块32和固定块33之间的距离，使伸缩架34发生伸缩，根据伸缩架34的伸缩状况通过第一连杆35带动顶板1升降，从而实现了顶板1下方的第一电机6和换能器8的升降。

如图5所示，所述驱动组件包括第四电机36、第二连杆37和第三连杆38，所述第四电机36固定在底板31的上方，所述第四电机36与plc电连接，所述第四电机36位于移动块32的远离固定块33的一侧，所述第四电机36与第二连杆37传动连接，所述第二连杆37通过第三连杆38与移动块32铰接。

plc控制第四电机36运行，带动第二连杆37转动，第二连杆37通过第三连杆38驱动移动块32移动，从而改变了移动块32和固定块33之间的距离。

作为优选，为了固定移动块32的移动方向，所述驱动组件还包括固定杆39，所述固定杆39的两端分别与第四电机36和固定块33固定连接，所述移动块32套设在固定杆39上。利用固定块33和第四电机36固定了固定杆39的位置，从而使套设在固定杆39上的移动块32沿着固定杆39的轴线移动，保证了移动块32移动时的平稳性。

作为优选，利用蓝牙可无线通讯的特点，为了便于无线通讯连接，所述控制器2内设有蓝牙。

该煤层气超声波成像测井装置使用时，将第一驱动轴7的底端的换能器8插入井眼中，而后由两个平衡组件中的调节单元驱动气缸12转动，使活塞13的远离气缸12的一端抵靠在井眼的井壁上，从而便于第一驱动轴7的平稳转动，而后由滑环15两侧的紧固单元中的挤压块23从两侧挤压连接块5，固定第一电机6的位置，防止换能器8扫描时抖动，造成扫描图像产生误差，进行紧固后，支撑机构和第一电机6同时运行，带动换能器8旋转和上升，在换能器8运动过程中，由调节单元改变气缸12的角度，使活塞13抵靠在井壁上，便于设备根据井径的大小进行调整，保证换能器8的平稳上升。

与现有技术相比，该用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置通过探测机构中的换能器8旋转和上升对井眼的井壁进行扫描，在扫描过程中，利用紧固单元固定连接块5的位置，防止换能器8抖动，影响成像质量，与现有的紧固单元相比，该紧固单元通过压力传感器29进行紧固程度的检测，智能化程度更高，不仅如此，通过平衡组件使活塞13抵靠在井壁上，便于换能器8在井径不同的位置平稳地上升，与现有的平横组件相比，该平衡组件通过滑落减小了与井壁之间的摩擦，便于换能器8进行平稳地上升，从而提高了设备的实用性。

与现有技术相比，该用于煤层气探测的智能型超声波成像测井装置通过探测机构中的换能器旋转和上升对井眼的井壁进行扫描，在扫描过程中，利用紧固单元固定连接块的位置，防止换能器抖动，影响成像质量，与现有的紧固单元相比，该紧固单元通过压力传感器进行紧固程度的检测，智能化程度更高，不仅如此，通过平衡组件使活塞抵靠在井壁上，便于换能器在井径不同的位置平稳地上升，与现有的平横组件相比，该平衡组件通过滑落减小了与井壁之间的摩擦，便于换能器进行平稳地上升，从而提高了设备的实用性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。