专利名称：一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于煤矿行业的随钻测量装置，具体地说是一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置。
背景技术：
2003年国家煤矿安全监察局明确提 出关于煤矿瓦斯“先抽后采、以风定产、检测监控”的十二字治理方针，要求在煤层开采之前，必须通过钻孔对煤层中的瓦斯进行抽采；要使有效钻孔在本煤层或卸压带中尽可能多的延伸，以提高钻孔瓦斯的抽采效率和抽采量，保证煤矿安全生产，必须使用随钻测量系统(MWD)进行近水平定向钻进成孔。煤矿有线随钻测量系统已被有关单位研制成功，并已进入商业应用，不过需配备专用有线钻杆及专用钻机，费用高昂。目前我国大多数煤矿井中钻探设备仍然采用普通钻杆及普通钻机，而要采用有线随钻测量方式，势必对这些设备进行更换或改造，巨大耗资使有线随钻测量技术难以得到快速推广应用。针对大多数煤矿井的现状，必须开发一种无须对煤矿现有的钻探设备进行更换，且能符合煤矿安全生产要求的电磁波无线随钻测量装置。
发明内容本实用新型的目的是针对大多数煤矿钻进的现状，提供一种制作和使用成本较低廉的，通过电磁波传递井下信息的，符合煤矿安全的要求且适合煤矿钻进使用的分体式电磁波无线随钻测量装置。为了达到上述目的，本实用新型采用如下措施来实现提供一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，含有外筒、电源短节、测量短节、发射短节及信号接收单元，所述的外筒由依次连接的绝缘短节、悬挂短节和无磁钻具组成，在无磁钻具内通过螺钉依次固定有测量电源短节、测量短节和发射电源短节；所述的测量短节一端连接测量电源短节，测量短节内部设有采集信息的传感器件、电路和信息传输线；所述的发射短节一端连接发射电源短节，另一端连接引线组件的引线始端组件，发射短节卡挂在悬挂短节的卡槽上；引线组件由引线始端组件和引线末端固定托盘两个部分组成，引线始端组件通过铠装电缆连接引线末端固定托盘，引线末端固定托盘以螺纹的形式固定在绝缘短节上端的上部钻柱中；所述的信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置一极通过电缆与上部钻柱相连，另一极通过电缆与接地电极相连，接地电极深插入地层中；所述的测量电源短节、发射电源短节分别用于向测量短节和发射短节供电，测量短节用于采集所需要测量的井底信息，将信息编码，传递给发射短节；发射短节的激励源的一极通过螺钉与无磁钻具相连，另一极通过铠装电缆经由引线始端组件与上部钻柱内的引线末端固定托盘相连，发射短节的激励源以绝缘短节为阻隔，在发射短节、铠装电缆、上部钻柱、地层、无磁钻具中形成电流回路，产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收装置通过测定接地电极与上部钻柱之间的电位差接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示井底测量所得的信息。[0006]本实用新型所述的测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节及引线始端组件按以上顺序依次连接，相邻两者之间通过螺纹密闭连接。所述的发射短节整体呈圆柱状，按悬挂头、套筒、电路板骨架和法兰盘顺序连接而成；所述的悬挂头由一个整体结构的接头和台肩构成，台肩上设有台肩卡；所述的电路板骨架一端有电路板固定面，该端紧密套在套筒内并与悬挂头连接，电路板固定面端安装有电路板，电路板通过螺钉固定在电路板固定面上；电路板骨架的另一端内腔为设有台阶式走线的中心通孔，法兰盘通过螺钉固定在电路板骨架的端面上，法兰盘中间设有插座。所述的发射短节通过台肩卡卡挂在悬挂短节的卡槽上，台肩卡与悬挂短节的卡槽相匹配。所述的测量电源短节与发射电源短节均由单个或多个电池筒构成，所述电池筒包含外壳，充电电池，接线插头和插座，所述外壳由依次连接的连接筒、充放电节头、电池套筒和电池下接头组成，相邻两者之间通过螺纹连接，并有0型圈密封；所述的连接筒内设有插 头和弹簧电缆线，插头用于插入为其供电的测量短节或发射短节一端设置的插座；所述的电池套筒内装有8 10节镍氢充电电池串联的电池组，电池套筒与电池组之间有封胶层，电池组外围固定有4根铜条，分别为负极引出铜条、信号发射铜条、信号接收铜条和正极引出铜条；所述的充放电节头中设有电缆线夹紧套和中间走线通道，弹簧电缆线从电缆线夹紧套中穿过，并与负极引出铜条、信号发射铜条和信号接收铜条一端连接，其中负极引出铜条与电池组的负极连接；所述正极引出铜条与电池组的正极连接，经串联一个热敏电阻后与弹簧电缆线连接；所述的电池下接头中心有连接线通道，其端部上固定有法兰盘，法兰盘上设有插座，插座通过电缆线与4根铜条另一端连接。本实用新型的装置在煤矿钻进过程中，测量短节实时监测井眼钻进轨迹的几何参数，并实时测量地质参数；这些信息通过测量短节内部的电路处理，将其编码，传递给井下信号发射部分；井下信号发射部分以电磁波的形式，将井下信息传递给信号接收单元，由其进行处理与显示。井下管柱的组合形式从底往上依次为钻头、下部钻柱、无磁钻具、悬挂接头、绝缘短节及上部钻柱。本实用新型所述的测量短节电源、测量短节、发射短节电源、发射短节中金属加工部分所使用的材料皆为黄铜或纯铜或铍铜。本实用新型煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置与已有技术相比具有如下优
占-
^ \\\ I、在煤矿中采用本实用新型的装置可以保留目前我国大多数煤矿井中仍然采用普通钻杆及普通钻机，避免了使用有线随钻测量方式所需要重新购置新设备的高昂成本。2、本实用新型的装置中为了能适应在煤矿中应用，保证煤矿钻进安全，在随钻系统中未采用石油行业中使用的随钻系统的设备结构和材质，如新设计了随钻测量装置的结构，新的发射短节及电源短节的结构，对金属构件采用黄铜或纯铜或铍铜加工，供电的电源短节中采用了镍氢充电电池，增设了热敏电阻等措施，使本装置能符合煤矿安全生产的要求。
图I为本实用新型分体式电磁波无线随钻测量装置工作时的装配结构示意图。[0016]图2为本装置中的发射短节的结构示意图。图3为本装置中的悬挂短节的结构示意图。图4为本装置中 的电源短节的单个电池筒的结构示意图。图5为本装置中的电池筒内镍氢充电电池连接示意图。图中1_井壁；2_引线末端固定托 盘；3_铠装电缆；4_绝缘短节；5_悬挂短节；6-无磁钻具；7-螺钉；8-钻头；9_下部钻柱；10_测量电源短节；11_测量短节；12_发射电源短节；13-发射短节；14-引线始端组件；15-接地电极；16-接收装置；17_电缆；18_上部钻柱；19_地层；20_台肩卡；21-0型圈；22_套筒；23_电路板；24_电路板骨架；25_法兰盘；26_插座；27_插头；28_连接筒；29_弹簧电缆线；30_电缆线夹紧套；31_走线通道；32-充放电节头；33_充电电池；34_电池套筒；35_连接线通道；36_电池下接头；37_插座A ;38_法兰盘A ;39_负极引出铜条；40-信号发射铜条；41_信号接收铜条；42-正极引出铜条；43_热敏电阻；44_卡槽。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。实施例I :一种煤矿用分体式电磁波无线钻测量装置，其工作时的装配结构如图I所示，本装置在随钻过程中，井壁I内的管柱组合形式从底往上依次为钻头8、下部钻柱9、无磁钻具6、悬挂接头5、绝缘短节4及上部钻柱18。本实用新型的分体式电磁波无线钻测量装置，包括外筒、电源短节、测量短节11、发射短节13及信号接收单元，外筒由依次连接的绝缘短节4、悬挂短节5和无磁钻具6组成；在无磁钻具内依次安装有测量电源短节10、测量短节11和发射电源短节12，相邻两者之间通过螺纹密闭连接，并通过螺钉7固定在无磁钻具中。测量短节11 一端连接测量电源短节10，测量短节11内部设有采集信息的传感器件、电路和信息传输线；发射短节13—端连接发射电源短节12，另一端连接引线组件的引线始端组件14 ;引线组件由引线始端组件14和引线末端固定托盘2两个部分组成，引线始端组件14通过铠装电缆3连接引线末端固定托盘2，引线末端固定托盘2以螺纹的形式固定在绝缘短节4上端的上部钻柱18中；信号接收部分由设在地面的接收装置16和接地电极15组成，接收装置16 —极通过电缆17与上部钻柱18相连，另一极通过电缆17与接地电极15相连，接地电极15深插入地层19中。本实用新型所述的测量电源短节10、发射电源短节12分别为测量短节11和发射短节13提供电源，测量短节11用于采集所需要测量的井底信息，将信息编码，传递给发射短节13 ;发射短节13的激励源的一极通过螺钉7与无磁钻具6相连，另一极通过铠装电缆3经由引线始端组件14与上部钻柱18内的引线末端固定托盘2相连，发射短节13的激励源以绝缘短节4为阻隔，在发射短节13、铠装电缆3、上部钻柱18、地层19、无磁钻具6中形成电流回路，围绕电流回路产生的磁场，进而以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收装置16通过测定接地电极15与上部钻柱18之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置16处理与显示井底测量所得的信息。本实用新型的装置发射短节13整体呈圆柱状，如图2所示，按悬挂头、套筒22、电路板骨架24和法兰盘25顺序连接而成；悬挂头由一个整体结构的接头和台肩构成，台肩上设有台肩卡20 ;所述的电路板骨架24 —端有电路板固定面，该端紧密套在套筒22内并与悬挂头连接，电路板固定面端安装有电路板23，电路板通过螺钉固定在电路板固定面上；电路板骨架24的另一端内腔为设有台阶式走线的中心通孔，法兰盘25通过螺钉固定在电路板骨架24的端面上，法兰盘25中间设有插座26。发射短节13通过其悬挂头台肩上的台肩卡20卡挂在悬挂短节5的卡槽44上，如图3所示。本实用新型装置的测量电源短节10与发射电源短节12的结构均由单个电池筒构成，如图4和图5所示，单个电池筒包含外壳，充电电池33，插头27和插座A37，外壳由依次连接的连接筒28、充放电节头32、电池套筒34和电池下接头36组成，相邻两者之间通过螺纹连接，并有0型圈21密封；连接筒28内设有插头27和弹簧电缆线29，插头27用于插入测量短节或发射短节一端设置的插座为其供电；电池套筒34内装有10节镍氢充电电池33串联的电池组，电池套筒34与电池组之间有封胶层，电池组外围固定有4根铜条，分别为负极引出铜条39、信号发射铜条40、信号接收铜条41和正极引出铜条42 ;所述的充放电节头32中设有电缆线夹紧套30和中间走线通道31，弹簧电缆线29从电缆线夹紧套30中穿过，并与负极引出铜条39、信号发射铜条40和信号接收铜条41 一端连接，其中负极引出铜条39与电池组的负极连接；正极引出铜条42与电池组的正极连接，经串联一个热敏电阻43 后与弹簧电缆线29连接；所述的电池下接头36中心有连接线通道35，其端部上固定有法兰盘A38，法兰盘A38上设有插座A37，插座A37通过电缆线与4根铜条另一端连接。本实施例中的测量电源短节10与测量短节11连接时，测量电源短节10中含有信号发射铜条40、信号接收铜条41连接的信号传输线空置，不与其他线连接；发射电源短节12中含有信号发射铜条40、信号接收铜条41连接的信号传输线分别与测量短节11和发射短节13中传输线连接，用于将测量短节11中的发射信号传输到发射短节13中，和将发射短节13中的控制信号传输到测量短节11中。本实用新型的测量电源短节10、测量短节U、发射电源短节12、发射短节13中金属部件采用黄铜材料加工。实施例2 :本实用新型所述的一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，其结构如实施例1，不同的是测量电源短节10与发射电源短节12结构均由二个电池筒所组成，将二个电池筒的插头与插座首尾连接，实现电池筒的并联。测量短节电源10、测量短节11、发射短节电源12、发射短节13中金属部件采用纯铜材料加工，电池套筒34内装有9节镍氢充电电池34串联的电池组。实施例3 :本实用新型所述的一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，其结构如实施例1，不同的是所述的测量电源短节10与发射电源短节12结构均由四个电池筒所组成，将四个电池筒的插头与插座首尾连接，实现电池筒的并联。测量电源短节10、测量短节11、发射电源短节12、发射短节13中金属部件采用铍铜材料加工，电池套筒34内装有8节镍氢充电电池34串联的电池组。
权利要求1.一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，含有外筒、电源短节、测量短节、发射短节及信号接收单元，其特征在于所述的外筒由依次连接的绝缘短节、悬挂短节和无磁钻具组成，在无磁钻具内通过螺钉依次固定有测量电源短节、测量短节、发射电源短节；所述的测量短节一端连接测量电源短节，测量短节内部设有采集信息的传感器件、电路和信息传输线；所述的发射短节一端连接发射电源短节，另一端连接引线组件的引线始端组件，发射短节卡挂在悬挂短节的卡槽上；引线组件由引线始端组件和引线末端固定托盘两个部分组成，引线始端组件通过铠装电缆连接引线末端固定托盘，引线末端固定托盘以螺纹的形式固定在绝缘短节上部的上部钻柱中；所述的信号接收单元由设在地面的接收装置和接地电极组成，接收装置一极通过电缆与上部钻柱相连，另一极通过电缆与接地电极相连，接地电极深插入地层中； 所述的测量电源短节、发射电源短节分别用于向测量短节和发射短节供电，测量短节用于采集所需要测量的井底信息，将信息编码，传递给发射短节；发射短节的激励源的一极通过螺钉与无磁钻具相连，另一极通过铠装电缆经由引线始端组件与上部钻柱内的引线末 端固定托盘相连，发射短节的激励源以绝缘短节为阻隔，在发射短节、铠装电缆、上部钻柱、地层、无磁钻具中形成电流回路，产生的磁场以电磁波的形式传递井下信息，信号接收单元中的接收装置通过测定接地电极与上部钻柱之间的电位差接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示井底测量所得的信息。
2.根据权利要求I所述的一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，其特征在于所述的测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节及引线始端组件依次顺序连接，相邻两者之间通过螺纹密闭连接。
3.根据权利要求I所述的一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，其特征在于所述的发射短节整体呈圆柱状，按悬挂头、套筒、电路板骨架和法兰盘顺序连接而成；所述的悬挂头由一个整体结构的接头和台肩构成，台肩上设有台肩卡；所述的电路板骨架一端有电路板固定面，该端紧密套在套筒内并与悬挂头连接，电路板固定面端安装有电路板，电路板通过螺钉固定在电路板固定面上；电路板骨架的另一端内腔为设有台阶式走线的中心通孔，法兰盘通过螺钉固定在电路板骨架的端面上，法兰盘中间设有插座。
4.根据权利要求3所述的一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，其特征在于所述的发射短节通过台肩卡卡挂在悬挂短节的卡槽上，台肩卡与悬挂短节的卡槽相匹配。
5.根据权利要求I所述的一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，其特征在于所述的测量电源短节与发射电源短节均由单个或多个电池筒构成，所述电池筒包含外壳，充电电池，接线插头和插座，所述外壳由依次连接的连接筒、充放电节头、电池套筒和电池下接头组成，相邻两者之间通过螺纹连接，并有O型圈密封；所述的连接筒内设有插头和弹簧电缆线，插头用于插入为其供电的测量短节或发射短节一端设置的插座；所述的电池套筒内装有8 10节镍氢充电电池串联的电池组，电池套筒与电池组之间有封胶层，电池组外围固定有4根铜条，分别为负极引出铜条、信号发射铜条、信号接收铜条和正极引出铜条；所述的充放电节头中设有电缆线夹紧套和中间走线通道，弹簧电缆线从电缆线夹紧套中穿过，并与负极引出铜条、信号发射铜条和信号接收铜条一端连接，其中负极引出铜条与电池组的负极连接；所述正极引出铜条与电池组的正极连接，经串联一个热敏电阻后与弹簧电缆线连接；所述的电池下接头中心有连接线通道，其端部上固定有法兰盘，法兰盘上设有插座，插座通过电缆线与4根铜条另一端连接。 ·
专利摘要本实用新型涉及一种煤矿用分体式电磁波无线随钻测量装置，含有外筒、电源短节、测量短节、发射短节及信号接收单元。外筒由依次连接的绝缘短节、悬挂短节和无磁钻具组成，外筒内测量短节、发射电源短节、发射短节和引线组件由底往上依次连接。信号接收单元的接收装置中一极由电缆与上部钻柱相连，另一极与接地电极连接，接地电极深插入地层中。两种电源短节由单个或多个电池筒构成，单个电池筒装有8～10节镍氢充电电池，为测量短节和发射短节供电，测量短节用于采集井底信息，将信息编码、传递给发射短节；发射短节以电磁波的形式传递信息，接收装置通过测定接地电极与上部钻柱之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置处理与显示所得信息。
文档编号E21B47/13GK202493262SQ20122008905
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者付信信, 李田军, 田永常, 邵春, 陈鹏飞 申请人:中国地质大学(武汉)