专利名称：岩芯钻探用定向仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于小口径岩芯钻探领域中施工授控定向钻孔的定向仪。
《地质与勘探》第23卷第七期(1987年7月)公开了一种摆式定向仪，该仪器所存在的问题是1、仪器工作时，先用导线将传感器下入钻杆内，使斜口引鞋上的键槽落到定向接头的定向键上，这种操作方法，需根据定向键上部钻杆长度与下入导线长度是否一致，以及下入时的感觉，来确定斜口引鞋键槽是否入键，因此不仅操作不便，而且容易因引鞋键槽实际未入键而造成错误定向；2、地面仪表线路简单，无法读数，因而定向精度不高，甚至产生定向判断错误；3、这种摆式定向仪只能在倾角3°以上的斜孔中使用，无法用于直孔定向。
本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种定向精度高，操作简便可靠，适用于直、斜孔小口径岩芯钻探的定向仪。
本实用新型所提出的定向仪，它由井下随钻探管、电极棒和控制线路组成。探管内装有用于测量方位角、零线角，且结构为磁针罗盘压缩式的测量装置，其中方位角罗盘电阻和零线角罗盘电阻串联后作为测量臂，与地面控制线路电阻组成两组单臂电桥，电桥比较臂和测量臂合用一只具有同轴刻度盘的线绕电位器，电桥的一对角接入检流计，另一对角接入直流电源。当测量臂的罗盘电阻分别短路部分电阻时，则电桥平衡受到相应的破坏，检流计读数产生偏差，通过调节刻度盘同轴电阻，使电桥重新达到平衡，因此从刻度盘上，可读出方位角成零线角的度数，两角度值相加，即为探管上的零线标记在孔内的面向角，从而达到定向检测的目的。
以下结合附图对本实用新型的定向仪作详细描述。
本实用新型的定向仪包括井下随钻探管、电极棒和控制线路三个组成部分。
参见
图1，探管由四层同心管(从外到内分A、B、C、D)相互套接而成。
参见图2，A管由上接手1、联接套2、内花键接头3、外管4、下接手6组成，并通过螺纹相互联接成一体。上、下接手车有螺纹，可分别与钻杆和导斜钻具联接，下接手内装有单向通水的逆向阀5，B管位于逆向阀与内花键接头之间，A、B管间留有环状间隙，以保证有足够的过水断面，B管通过花键与A管内花键接头联接。
参见图3，B管由电极座接头10、内外花键接头11、外管12、防震接头13组成，并通过螺纹相互联接成一体。盛有防水绝缘液体的封闭室8以及荷花形结构的电极座7通过压紧螺母9与电极座接头联接，电极座与接头之间有绝缘套14，防水绝缘液体比重大，不溶于水，它能把电极与水截然分开，实现电极连接，这种绝缘液体可采用市购的四氯化碳液体，要求比重一般在1.59～1.632，最佳比重为1.6311，绝缘强度一般要求为500MΩ／mm2。C管位于B管内防震接头和内外花键接头之间，并通过花键与B管联接。
参见图4，C管由外花键接头15、上截外管36、下截外管31、防震接头28组成，并分别通过电极座17、上顶尖座34、绝缘套27、和紧定螺钉联接成一体。C管内装有用于控制测量装置处于不同状态(测方位角、测零线角、锁紧止动)的转换装置，所说的转换装置可以由电机16、变速箱18、和联轴节，以及三色圆珠笔式的螺旋压缩式传动机构组成，电机最好采用启动电压1.5V－12V，额定电流在30～200mA，转速500r／min的微型直流永磁电机，变速箱最好采用变速比为50002的微型变速箱；在变速箱的输出端装有棘轮机构19，以保证螺旋传动机构20不产生反向旋转；螺旋传动机构上对称装有二根可调压力杆21，通过压盘22及连杆23压缩弹簧35，推动上止动器向下移动，下止动器25用螺钉固定在下截外管内；装在绝缘套内的下顶尖座26上装有下顶尖33、弹簧30、和调节块29，零线角罗盘电阻32用螺钉固定在下顶尖座上，D管位于C管内上顶尖座和下顶尖之间。
参见图5，D管由框架39、上顶尖座和顶尖38、以及下顶尖凹座53和绝缘套51组成，并通过螺钉联接成一体。上推盘37通过两根对称的连接杆48压缩弹簧55推动装有接触片54的下推盘52向下移动；装有方位电阻圈57以及重锤47的罗盘体46通过顶丝支撑在框架内，磁针44及装有接触片45的磁针座58通过顶尖支撑在罗盘体上方，顶尖穿过罗盘体及重锤和弧形拉架60与螺母61联接，顶尖和罗盘之间装有弹簧59，弧形拉架中部开有通槽，一端与支撑盘56上的支撑杆63铰接，并通过拉簧62与支撑盘连接定位，通过拉簧64与装在连接杆48上的横杆49连接(参见图6)；在框架的下部用螺钉固定有偏心铅块50，以保证框架的面向稳定性。
A、B管之间，B、C管之间和C、D管之间的上、下部均装有减振弹簧，以保证测量装置不因钻具强烈振动而损坏；A、B、C管采用花键联接，既减小了探管的振动，又保证了三管零线的一致性；当测量装置处于非测量状态时，通过转换装置使上下止动器将D管牢牢夹紧，保证了测量装置不受钻具轴向振动力和廻转离心力的破坏。
本实用新型探管采用四层同心管相互套接而成，通过A管与钻杆和导斜钻具联接，承受钻压和扭矩，达到随钻的目的；B管和A管之间留有环状间隙，保证了冲洗液有足够的过水断面，B管将C管和D管封闭在管内，管内盛有阻尼油，可起到阻尼和润滑作用；B管上端的封闭室装有防水绝缘液体，它能把电极和水截然分开，需要测量时，将接有电缆的电极棒通过钻杆内孔投入，凭电极棒自重插入电极座，即能方便地实现井下探管与地面控制线路连通，通过C管内的转换装置分别控制测量装置处于方位角和零线角测量状态。探管使用前，方位电阻零点和零线角电阻零点与探管零线标记处于一条直线上，当探管下入钻孔内时，磁针仍然静止在南北磁化水平上，而方位电阻零点相对磁针产生一个角差，这时若短路方位罗盘上一部分电阻时，即可测得实际的方位角度；零线角电阻是随探管转动的，因此电阻零点和探管零线标记仍在一条直线上，但接触片随D管下推盘相对零线角电阻零点转动了一个角度，因此短路零线角罗盘电阻的一部分，即可测得实际零线角度。将方位角、零线角测量值相加，即可求出探管零线标记在孔内的面向角，从而达到定向测量的目的。
本实用新型的电极棒由电缆接头69、棒体68和装有二组通过绝缘套66相互绝缘的环形电极以及电极芯67的接触头65组成。通过接触头上的二组电极分别导通转换装置和测量装置。
本实用新型定向仪的控制线路主要包括地面线路电阻以及井下探管内相互串联的方位电阻和零线角电阻组成的二组单臂电桥，电桥比较臂和测量臂合用一只具有同轴刻度盘(盘上刻度值能够反映方位角和零线角)的线绕电位器；此外还有测量开关、转换开关、电缆补偿调节器、电压调节器以及分别作为状态指示和电桥平衡指示的二块毫安表。
本实用新型的定向仪，由于采用磁针罗盘压缩式结构的测量装置和两组单臂电桥平衡电桥补偿法测量线路，以及简便的电导通装置，因而测井、定向简便快速、准确可靠，读数直观，可以用于直、斜孔定向测量。
本实用新型探管内还可以装上用于测量钻孔倾角的电阻42，电阻可以固定在置于D管磁针罗盘上方的座43上，座的上方装有带接触片41的摆锤40，通过推杆上楔块挤压摆锤上的接触片与电阻接触，倾角电阻与方位角电阻、零线角电阻串联后，作为测量臂，与地面控制线路电阻组成三组单臂电桥，这样，定向仪一次检测即可得到钻孔方位和倾角的数值。
本实用新型定向仪与造斜钻具或者定向取芯器配套使用，即可实现小口径岩芯钻探中直斜孔的定向纠斜、定向造斜、打定向分枝孔、或者定向取芯等功能。
附图的图面说明如下
图1为本实用新型探管装配示意图。
图2为本实用新型探管中A管剖视图。
图3为本实用新型探管中B管剖视图。
图4为本实用新型探管中C管剖视图。
图5为本实用新型探管中D管剖视图。
图6为图5中E－E剖视图。
图7为本实用新型电极棒剖视图。
权利要求1.一种小口径岩芯钻探用定向仪，其特征是它包括井下随钻探管、电极棒和地面控制线路，探管装有用于测量方位角、零线角、且结构为磁针罗盘压缩式的测量装置，以及控制测量装置处于不同状态(测方位角、测零线角、锁紧止动)，且结构为三色圆珠笔式的螺旋压缩传动的转换装置，和与电极棒对接以使井下探管和地面控制线路连通的电极座，控制线路是由地面线路电阻和探管内相互串联的方位电阻和零线角电阻顶角组成的二组单臂电桥，电桥比较臂和测量臂合用一只具有同轴刻度盘(盘上刻度值能够反映方位角和零线角角度数值)的线绕电位器。
2.按照权利要求1所述的定向仪，其特征是探管由四层同心管相互套接而成(从外到内分A、B、C、D)，A管由上接手1、联接套2、内花键接头3、外管4、下接手6组成，并通过螺纹联接成一体，下接手内装有单向通水的逆向阀5，B管位于A管内逆向阀与内花键接头之间，并与A管留有环状间隙；B管由电极座接头10，内外花键接头11，外管12，防震接头13组成，并通过螺纹联接成一体，盛有防水绝缘液体的封闭室8以及荷花形结构的电极座7通过压紧螺母9与电极座接头联接，C管位于B管内防震接头和内花键接头之间；C管由外花键接头15，上截外管36，下截外管31，防震接头28组成，并分别通过电极座17、上顶尖座34、绝缘套27和紧定螺钉联接成一体，由微型电机16、微型变速箱18以及三色圆珠笔式的螺旋压缩式传动机构组成的转换装置安装在C管内，固定有零线角罗盘电阻32的下顶尖座26以及下顶尖33装在绝缘套内，D管位于C管内上顶尖座和下顶尖之间；D管由框架39、上顶尖座和顶尖38、以及下顶尖凹座53和绝缘套51组成，并通过螺钉联接成一体，D管两端的C管内装有上止动器24和下止动器25，上止动器通过连杆23、压盘22和可调压力杆21与螺旋机构20连接，D管上推盘37通过连接杆48压缩弹簧55推动装有接触片54的下推盘52向下移动，装有方位电阻圈57以及重锤47的罗盘体46通过顶丝支撑在框架内，磁针和装有接触片45的磁针座58通过顶尖支撑在罗盘体的上方，顶尖穿过罗盘体及重锤和弧形拉架60与螺母61联接，弧形拉架中部开有通槽，一端与支撑盘56上的支撑杆63铰接，并通过拉簧62与支撑盘连接定位，通过拉簧64与装在连接杆48上的横杆49连接，在框架的下部装有偏心块50。
3.按照权利要求2所述的定向仪，其特征是封闭室内防水绝缘液体采用最佳比重为1.6311，绝缘强度为500MΩ／mm2的四氯化碳液体。
4.按照权利要求3所述的定向仪，其特征是电极棒由电缆接头69、棒体68和装有二组通过绝缘套66相互绝缘的环形电极及电极芯67的接触头65组成。
5.按照权利要求4所述的定向仪，其特征是地面控制线路还包括测量开关、转换开关、电缆补偿调节器、电压调节器以及分别作为状态指示和电桥平衡指示的2块毫安表。
6.按照权利要求2或5所述的定向仪，其特征是D管内装有用于测量钻孔倾角的电阻42、电阻固定在置于D管磁针罗盘上方的座43上，座的上方装有带接触片41的摆锤40，通过推杆上楔块挤压摆锤上的接触片与电阻接触；倾角电阻与方位电阻、零线角电阻串联后作为测量臂，与地面控制线路电阻组成三组单臂电桥。
7.按照权利要求2所述的定向仪，其特征是A、B管之间，B、C管之间和C、D管之间的上下部均装有减振弹簧。
8.按照权利要求6所述的定向仪，其特征是A、B管之间，B、C管之间和C、D管之间的上下部均装有减振弹簧。
专利摘要一种小口径岩芯钻探用定向仪，它由井下随钻探管、电极棒和地面控制线路组成，探管装有用于测量方位角、零线角和倾角的测量装置，以及控制测量装置处于不同状态(测方位角、零线角、倾角，锁紧止动)的转换装置。本实用新型定向精度高，操作简便可靠，适用于直、斜孔定向测量。
文档编号E21B7/04GK2039733SQ8821868
公开日1989年6月21日 申请日期1988年12月9日 优先权日1988年12月9日
发明者汪芳成 申请人:中南地质勘探局三○四大队地质仪器厂