专利名称：一种煤矿用有线加无线复合式电磁波随钻测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于煤矿井下随钻测量技术领域，具体涉及一种电磁波随钻测量装置。
背景技术：
2003年国家煤矿安全监察局明确提出关于瓦斯治理“先抽后采、以风定产、检测监控”的十二字方针，要求在煤层开采之前，通过钻孔对煤层中的瓦斯进行抽采；为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。尽管煤矿有线随钻测量系统已研制成功，并进入商业应用，不过需配备专用有线钻杆及专用钻机。由于大多数煤矿井中钻探设备至今仍然使用普通钻杆及普通钻机，而要采用有线随钻测量方式，势必要对这些设备进行更换或改造，耗资巨大，因此有线随钻测量技术的推广受到很大的制约；因而必须开发一种无须对矿井下现有钻探设备进行大规模改造与更换的随钻测量装置来解决此难题。目前，石油钻探中有了电磁波随钻测系统的应用，但由于石油钻探与煤矿钻进所应用的井身结构等不同，石油钻探中的电磁波随钻测量系统从结构、材料及电气上都不符合煤矿安全生产的要求，因此不能简单地移植到煤矿钻进中使用。
实用新型内容本实用新型的要解决的技术问题是提供一种造价较低，便于施工，能符合煤矿安全生产的要求的，用于煤矿钻进过程中监控井下钻进状况的有线加无线复合式电磁波随钻
测量装置。为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种煤矿用有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，其特征在于以管柱组合的形式设置于井眼中；管柱组合由上至下依次由上部钻柱、上端有线钻杆、有线绝缘短节、中部钻柱、下端有线钻杆、无磁钻具和钻头连接而成；有线绝缘短节外筒内设置有线绝缘短节通缆部件，有线绝缘短节通缆部件通过支撑环和孔用弹性挡圈固定在有线绝缘短节外筒上；有线绝缘短节通缆部件下部顺次连接发射短节和发射电源短节，发射短节和发射电源短节固定在中部钻柱内；上、下端有线钻杆均包括有线钻杆外筒和有线钻杆通缆部件，上、下端有线钻杆通缆部件分别设置于对应的有线钻杆外筒内，并通过绝缘支撑环和孔用弹性挡圈固定在有线钻杆外筒上；上端有线钻杆通缆部件下端连接有线绝缘短节通缆部件，下端有线钻杆通缆部件下部顺次连接测量短节和测量电源短节，测量短节和测量电源短节固定在无磁钻具内；信号接收单元由接地电极和设在地面上的接收装置组成，接地电极一端深插入地面，另一端通过电缆与接收装置相连；接收装置的另一端通过电缆与井架相连。按上述技术方案，所述测量短节通过螺钉固定在无磁钻具内；或者在下端有线钻杆与无磁钻具之间设置一个内部带有台肩的用于悬挂测量短节的第二悬挂短节，所述第二悬挂短节为无磁短节；对应的，所述发射短节通过螺钉固定在中部钻柱内；或者在有线绝缘短节和中部钻柱之间设置一个内部带有台肩的用于悬挂测量短节的第一悬挂短节。按上述技术方案，发射短节的激励源的一极通过台肩卡与第一悬挂短节相连，或通过螺钉与中部钻柱相连，另一极经由有线绝缘短节通缆部件及上端有线钻杆通缆部件，进而通过上端有线钻杆上端设置的绝缘支撑环和孔用弹性挡圈与有线钻杆外筒相连。按上述技术方案，测量短节上连接的下端有线钻杆中的I 3节为无磁钻杆。按上述技术方案，测量电源短节、测量短节、发射电源短节及发射短节中的金属部件均为纯铜或黄铜或铍铜制作而成的金属件。由于本装置与其他固体矿产钻探方面(如铁矿，铝矿)的钻井所采用的装置的规格是相同的，因而，本实用新型所述的装置也可以应用到其他地矿行业。相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果 I、本实用新型的装置，造价较低，使用方便，使用本装置可保留目前大多数煤矿井中仍然在使用的普通钻杆及普通钻机等钻探设备，避免了改造或重新购置新设备所需的高昂费用，节约了施工和生产成本。2、本实用新型装置中井下测量电源短节、测量短节、发射电源短节、发射短节中的金属部分均采用黄铜或纯铜或铍铜制作，符合煤矿安全生产的要求，同时采用铜质材料加工部件能确保其测量过程不受有磁材料的干扰。而在石油行业电磁波无线随钻系统中这些部件大多采用铝制无磁材料，铝制材料在煤矿井中使用过程有发生爆炸的隐患，所以不符合煤矿安全生产的要求。3、本实用新型的装置中采用了有线绝缘短节及有线钻杆，可以避免通过铠装电缆来连接激励源两极所带来的施工不便。
图I为根据本实用新型实施的采用悬挂短节传递载荷的煤矿用有线加无线复合式电磁波随钻测量装置结构示意图。图2为根据本实用新型实施的采用螺钉传递载荷的煤矿用有线加无线复合式电磁波随钻测量装置的结构示意图。图中1-井架；2_电缆；3_接收装置；4_接地电极；5_上部钻柱；6_绝缘支撑环和孔用弹性挡圈；7_有线钻杆外筒；8-井壁；9_有线绝缘短节外筒；IOa-第一悬挂短节；IOb-第二悬挂短节；11-中部钻柱；12_螺钉；13-无磁钻具；14-下部钻柱；15_钻头；16_测量电源短节；17_测量短节；18_有线钻杆通缆部件；19_发射电源短节；20_发射短节；21-有线绝缘短节通缆部件。
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说明，但不限定本实用新型。本实用新型的煤矿用有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，包括有设置于井眼中的管柱组合、有线钻柱单元、井下测量发射单元以及设置于地面的信号接收单元；本实用新型井壁8内的管柱组合由上至下依次由上部钻柱5、上端有线钻杆外筒
7、有线绝缘短节外筒9、中部钻柱11、下端有线钻杆外筒7、无磁钻具13和钻头15连接而成；在采用台肩传递载荷方式时，在有线绝缘短节外筒9和中部钻柱11之间、以及下端有线钻杆外筒7与无磁钻具13之间分别设置一个内部带有台肩的悬挂短节。所述有线钻柱单元包含上、下端有线钻杆和与上端有线钻杆相连的有线绝缘短节，所述有线钻杆主要包括上、下端有线钻杆外筒7和设置在上、下端有线钻杆外筒7内的 上、下端有线钻杆通缆部件18，上、下端有线钻杆通缆部件18通过绝缘支撑环和孔用弹性挡圈6固定在相应端的有线钻杆外筒7上；所述有线绝缘短节主要包括有线绝缘短节外筒9和设置在绝缘短节外筒9内的有线绝缘短节通缆部件21，有线绝缘短节通缆部件21通过支撑环和孔用弹性挡圈6固定在有线绝缘短节外筒9上；所述井下测量发射单元从底往上依次包括测量电源短节16、测量短节17、发射电源短节19和发射短节20，从测量电源短节16开始，向上依次与测量短节17、下端有线钻杆通缆部件18、发射电源短节19、发射短节20、有线绝缘短节通缆部件21、上端有线钻杆通缆部件18相连；所述的测量电源短节16通过螺钉12固定在无磁钻具13内，所述的发射电源短节19通过螺钉12固定在中部钻柱11内；所述测量短节17可通过螺钉12固定在对应位置的无磁钻具13内(如图2所示)，或通过第二悬挂短节IOb卡置在下端有线钻杆外筒7与无磁钻具13之间(如图I所示)，用以将自重传递给下方的钻柱组合，所述第二悬挂短节IOb由无磁材料制作；所述发射短节20可通过螺钉12固定在对应位置的中部钻柱11内(如图2所示)，或者通过第一悬挂短节IOa卡置有线绝缘短节和中部钻柱11之间(如图I所示)，用以将其载荷传递给井内的钻柱组合；所述的信号接收单元由设在地面处的接收装置3和接地电极4组成，接收装置3一极通过电缆2与井架I相连，另一极通过电缆2与接地电极4相连，接地电极4深插入地面。测量短节17采集和编码井下地层测量信息，并通过有线钻杆通缆部件18传递给发射短节20 ;发射短节20的激励源的一极可通过台肩卡与第一悬挂短节IOa相连，或通过螺钉12与中部钻柱11相连，另一极经由有线绝缘短节通缆部件21及上端有线钻杆通缆部件18，进而通过有线钻杆上端的绝缘支撑环和孔用弹性挡圈6与有线钻杆外筒7相连，发射短节20的激励源以有线绝缘短节为阻隔，在发射短节20、有线绝缘短节通缆部件21、有线钻杆通缆部件18、有线钻杆外筒7、地层、第一悬挂短节IOa/中部钻柱11中形成电流回路，围绕电流回路产生磁场，并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3通过测定接地电极4与井架2之间的电位差来接收电磁波信号，并由接收装置3处理与显示井底测量所得的信息。本实用新型的装置，为了保证测量短节在测量时不受金属器件的影响，测量短节17上部所接的有线钻杆应保有I 3节具有无磁的特性。本实用新型的的测量电源短节16、测量短节17、发射电源短节19及发射短节20中金属部件皆使用纯铜或黄铜或铍铜制作。由于本装置与其他固体矿产钻探方面(如铁矿，铝矿)的钻井所采用的装置的规格是相同的，因而，本实用新型所述的装置也可以应用到其他地矿行业。以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，如对工艺参数或装置做出的变动和改良仍属本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种煤矿用有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，其特征在于以管柱组合的形式设置于井眼中；管柱组合由上至下依次由上部钻柱、上端有线钻杆、有线绝缘短节、中部钻柱、下端有线钻杆、无磁钻具和钻头连接而成；有线绝缘短节外筒内设置有线绝缘短节通缆部件，有线绝缘短节通缆部件通过支撑环和孔用弹性挡圈固定在有线绝缘短节外筒上；有线绝缘短节通缆部件下部顺次连接发射短节和发射电源短节，发射短节和发射电源短节固定在中部钻柱内；上、下端有线钻杆均包括有线钻杆外筒和有线钻杆通缆部件,上、下端有线钻杆通缆部件分别设置于对应的有线钻杆外筒内，并通过绝缘支撑环和孔用弹性挡圈固定在有线钻杆外筒上；上端有线钻杆通缆部件下端连接有线绝缘短节通缆部件，下端有线钻杆通缆部件下部顺次连接测量短节和测量电源短节，测量短节和测量电源短节固定在无磁钻具内；信号接收单元由接地电极和设在地面上的接收装置组成，接地电极一端深插入地面，另一端通过电缆与接收装置相连；接收装置的另一端通过电缆与井架相连。
2.根据权利要求I所述的有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，其特征在于所述测量短节通过螺钉固定在无磁钻具内；或者在下端有线钻杆与无磁钻具之间设置一个内部带有台肩的用于悬挂测量短节的第二悬挂短节，所述第二悬挂短节为无磁短节；对应的，所述发射短节通过螺钉固定在中部钻柱内；或者在有线绝缘短节和中部钻柱之间设置一个内部带有台肩的用于悬挂测量短节的第一悬挂短节。
3.根据权利要求I或2所述的有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，其特征在于发射短节的激励源的一极通过台肩卡与第一悬挂短节相连，或通过螺钉与中部钻柱相连，另一极经由有线绝缘短节通缆部件及上端有线钻杆通缆部件，进而通过上端有线钻杆上端设置的绝缘支撑环和孔用弹性挡圈与有线钻杆外筒相连。
4.根据权利要求3所述的有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，其特征在于测量短节上连接的下端有线钻杆中的I 3节为无磁钻杆。
5.根据权利要求I或2或4所述的有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，其特征在于测量电源短节、测量短节、发射电源短节及发射短节中的金属部件均为纯铜或黄铜或铍铜制作而成的金属件。
专利摘要本实用新型涉及一种煤矿用有线加无线复合式电磁波随钻测量装置，以管柱组合的形式设置于井眼中；管柱组合由上至下依次由上部钻柱、上端有线钻杆、有线绝缘短节、中部钻柱、下端有线钻杆、无磁钻具和钻头连接而成；有线绝缘短节外筒内设置有线绝缘短节通缆部件；有线绝缘短节通缆部件下部顺次连接发射短节和发射电源短节；有线钻杆通缆部件设置于下端有线钻杆的外筒内；有线钻杆通缆部件下部顺次连接测量短节和测量电源短节，测量短节和测量电源短节固定在无磁钻具内；信号接收单元由接地电极和设在地面上的接收装置组成。本装置造价低，便于施工，能符合煤矿安全生产的要求的，可用于煤矿钻进过程中监控井下钻进状况。
文档编号E21B47/13GK202731901SQ20122018561
公开日2013年2月13日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者邵春, 陈鹏飞, 徐林, 付信信 申请人:中国地质大学(武汉)