本发明涉及冰层钻探测井设备技术领域，具体涉及一种冰钻应变式孔径测井仪。
背景技术：
南极和北极冰盖的科学研究可以用来分析地球气候变化，钻探是进行两极冰盖科学研究必需的手段之一。深部冰层钻进过程中，在孔内压力差作用下，冰层会出现应变、孔壁失稳，引起缩径、扩径等孔身变形，形成空洞及孔壁崩塌并最终导致塌孔或卡钻等严重事故。因此，及时监测冰层钻孔孔径变化是进行两极深部冰层钻探孔壁保护的重要前提。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，现有孔径测井仪无法应用于南极和北极-60℃超低温环境的问题。为此，本发明提供了一种冰钻应变式孔径测井仪。本发明采用的技术方案是，一种冰钻应变式孔径测井仪，所述冰钻应变式孔径测井仪由上连接部件、上扶正装置、密封装置、孔径测量装置、下扶正装置及下连接部件组成。
本发明采用的具体技术方案是，一种冰钻应变式孔径测井仪，其特征是，所述冰钻应变式孔径测井仪由上连接部件、上扶正装置、密封装置、孔径测量装置、下扶正装置和下连接部件组成；所述上连接部件由上接头体1、上接头座2、上短管接头3、上锥体4和第一短接5组成；上接头座2铰接于上接头体1；上短管接头3铰接于上接头座2；上锥体4通过螺纹连接上短管接头3的下端；所述上扶正装置由第一圆螺母6、第二圆螺母7、第一角铁8、第一长连杆9、第一定位套10、第一长连杆套11、第一短连杆套12、第一弹簧13、上中心轴14、第二短连杆套15、第二长连杆16、第一短连杆17、第二长连杆套18、第二定位套19、第二角铁20、第三长连杆21、第二短连杆22、第四长连杆23、第三圆螺母24和第四圆螺母25组成；上中心轴14的上端通过螺纹连接第一短接5；第一定位套10、第一长连杆套11、第一短连杆套12、第一弹簧13、第二短连杆套15、第二长连杆套18和第二定位套19自上而下组装于上中心轴14外壁，可沿上中心轴14做轴向移动，并由第一圆螺母6、第二圆螺母7、第三圆螺母24和第四圆螺母25固定；第一角铁8的上端铰接于第一长连杆9，第一角铁8的下端铰接于第二长连杆16；第一长连杆9铰接于第一长连杆套11；第二长连杆16的下端铰接于第二长连杆套18，第二长连杆16的中部铰接于第一短连杆17；第一短连杆17上端铰接于第二短连杆套15；第一角铁8、第一长连杆9、第二长连杆16和第一短连杆17为3组，并绕上中心轴14均匀分布；第二角铁20的上端铰接于第三长连杆21，第二角铁20的下端铰接于第四长连杆23；第三长连杆21的上端铰接于第一长连杆套11，第三长连杆21的中部铰接于第二短连杆22；第二短连杆22的下端铰接于第一短连杆套12；第四长连杆23的上端铰接于第二长连杆套18；第二角铁20、第三长连杆21、第二短连杆22、第四长连杆23为3组，并绕上中心轴14均匀分布；所述密封装置由第二短接26、过渡接头27、第一六角开槽螺母28、第一法兰29、芯轴30、第一密封接头座31、密封管32、第二密封头座33、第二法兰34和第二六角开槽螺母35组成；第二短接26的上端以螺纹连接上中心轴14的下端；第一法兰29及第二法兰34绕中心轴均匀分布4个定位孔；第一密封接头座31、密封管32和第二密封接头座33为4组，并由第一法兰29和第二法兰34的定位孔定位；密封管32的上端以螺纹连接第一密封接头座31，密封管32的下端以螺纹连接第二密封接头座33；第一密封接头座31插入第一法兰29的定位孔；第二密封接头座33插入第二法兰34的定位孔；芯轴30插入第一法兰29及第二法兰34的中心孔内，芯轴30的上端以螺纹连接第一六角开槽螺母28，芯轴30的下端以螺纹连接第二六角开槽螺母35；第一法兰29上端以螺栓连接过渡接头27；过渡接头27的上端以螺纹连接第二短接26；所述孔径测量装置由涨紧杆底座36、第三短接37、应变片38、涨紧杆39、短管40、第四短接41、第三法兰42和第五短接43组成；涨紧杆底座36的上端以螺栓连接第二法兰34；涨紧杆39的上端以螺钉固定在涨紧杆底座36的外壁上，涨紧杆39的b处厚度为1.6～6mm，涨紧杆39的下端外侧紧贴孔壁，孔径变化时，b处变形发生改变，保证涨紧杆39的下端始终紧贴孔壁，通过检测b处应变值获得钻孔孔径；应变片38粘贴于涨紧杆39的b处，当井径发生变化时，检测涨紧杆39的b处的应变，并由解调模块计算获得钻孔孔径；应变片38及涨紧杆39共有12组，可检测12个方向上的钻孔半径值；第三短接37的上端以螺纹连接涨紧杆底座36，第三短接37的下端以螺纹连接短管40；短管40的下端以螺纹连接第四短接41；第四短接41以螺纹连接第三法兰42；第三法兰42的下端中心孔以螺纹连接第五短接43；所述下扶正装置由第五圆螺母44、第六圆螺母45、第三定位套46、第三长连杆套47、第五长连杆48、第三短连杆49、第三短连杆套50、第三角铁51、第二弹簧52、下中心轴53、第四短连杆套54、第四长连杆套55、第六长连杆56、第四定位套57、第七短连杆58、第四角铁59、第四短连杆60、第八长连杆61、第七圆螺母62和第八圆螺母63组成；下中心轴53的上端以螺纹连接第五短接43，下中心轴53的下端以螺纹连接第六短接64；第三定位套46、第三长连杆套47、第三短连杆套50、第二弹簧52、第四短连杆套54、第四长连杆套55、第四定位套57自上而下组装于下中心轴53的外壁，可沿下中心轴53做轴向移动，并由第五圆螺母44、第六圆螺母45、第七圆螺母62和第八圆螺母63固定；第三角铁51的上端铰接于第五长连杆48，第三角铁51的下端铰接于第六长连杆56；第五长连杆48的上端铰接于第三长连杆套47，第五长连杆48的中部铰接于第三短连杆49；第三短连杆49的上端铰接于第三短连杆套50；第六长连杆56的上端铰接于第四长连杆套55；第三角铁51、第五长连杆48、第六长连杆56和第三短连杆49为3组，并绕下中心轴53均匀分布；第四角铁59的上端铰接于第七长连杆58，第四角铁59的下端铰接于第八长连杆61；第七长连杆58的下端铰接于第三长连杆套47；第八长连杆61的下端铰接于第四长连杆套55，第八长连杆61的中部铰接于第四短连杆60的下端；第四短连杆60的上端铰接于第四短连杆套54；第四角铁59、第七长连杆58、第四短连杆60和第八长连杆61为3组，并绕下中心轴53均匀分布；所述下连接部件由第六短接64、下锥体65、下短管接头66、下接头座67和下接头体68组成；第六短接64的上端以螺纹连接下中心轴53的下端中心孔；下锥体65的中心孔上端以螺纹连接第六短接64；下短管接头66的上端以螺纹连接下锥体65的下端中心孔；下接头座67铰接于下短管接头66；下接头体68铰接于下接头座67。
本发明提供的冰钻应变式孔径测井仪采用应变片检测涨紧杆的弹性变形实现钻孔孔径测量，测试精度高，受环境影响小；扶正装置采用弹簧推动多组角铁贴近孔壁，效果稳定可靠，测井仪器可在南极-60℃的超低温环境下稳定的工作。
附图说明
图1本发明实施例的冰钻应变式孔径测井仪结构示意图。
图2本发明实施例的冰钻应变式孔径测井仪结构平面图
图3本发明实施例的冰钻应变式孔径测井仪结构剖面图。
图4本发明实施例的密封装置结构示意图。
图5本发明实施例的密封装置结构剖面图。
图6本发明实施例1的涨紧杆结构示意图。
图7本发明实施例2的涨紧杆结构示意图。
图中所含设备及仪器的附图标记：
1、上接头体；2、上接头座；3、上短管接头；4、上锥体；5、第一短接；6、第一圆螺母；7、第二圆螺母；8、第一角铁；9、第一长连杆；10、第一定位套；11、第一长连杆套；12、第一短连杆套；13、第一弹簧；14、上中心轴；15、第二短连杆套；16、第二长连杆；17、第二短连杆；18、第二长连杆套；19、第二定位套；20、第二角铁；21、第三长连杆；22、第二短连杆；23、第四长连杆；24、第三圆螺母；25、第四圆螺母；26、第二短接；27、过渡接头；28、第一六角开槽螺母；29、第一法兰；30、芯轴；31、第一密封接头座；32、密封管；33、第二密封接头座；34、第二法兰；35、第二六角开槽螺母；36、涨紧杆底座；37、第三短接；38、应变片；39、涨紧杆；40、短管；41、第四短接；42、第三法兰；43、第五短接；44、第五圆螺母；45、第六圆螺母；46、第三定位套；47、第三长连杆套；48、第五长连杆；49、第三短连杆；50、第三短连杆套；51、第三角铁；52、第二弹簧；53、下中心轴；54、第四短连杆套；55、第四长连杆套；56、第六长连杆；57、第四定位套；58、第七短连杆；59、第四角铁；60、第四短连杆；61、第八长连杆；62、第七圆螺母；63、第八圆螺母；64、第六短接；65、下锥体；66、下短管接头；67、下接头座；68、下接头体。
具体实施方式
下面以具体实施方式详细说明本发明，但不限于此。
实施例1
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示。
一种冰钻应变式孔径测井仪，由上连接部件、上扶正装置、密封装置、孔径测量装置、下扶正装置和下连接部件组成；所述上连接部件由上接头体1、上接头座2、上短管接头3、上锥体4和第一短接5组成；上接头座2铰接于上接头体1；上短管接头3铰接于上接头座2；上锥体4通过螺纹连接上短管接头3的下端；所述上扶正装置由第一圆螺母6、第二圆螺母7、第一角铁8、第一长连杆9、第一定位套10、第一长连杆套11、第一短连杆套12、第一弹簧13、上中心轴14、第二短连杆套15、第二长连杆16、第一短连杆17、第二长连杆套18、第二定位套19、第二角铁20、第三长连杆21、第二短连杆22、第四长连杆23、第三圆螺母24和第四圆螺母25组成；上中心轴14的上端通过螺纹连接第一短接5；第一定位套10、第一长连杆套11、第一短连杆套12、第一弹簧13、第二短连杆套15、第二长连杆套18和第二定位套19自上而下组装于上中心轴14外壁，可沿上中心轴14做轴向移动，并由第一圆螺母6、第二圆螺母7、第三圆螺母24和第四圆螺母25固定；第一角铁8的上端铰接于第一长连杆9，第一角铁8的下端铰接于第二长连杆16；第一长连杆9铰接于第一长连杆套11；第二长连杆16的下端铰接于第二长连杆套18，第二长连杆16的中部铰接于第一短连杆17；第一短连杆17上端铰接于第二短连杆套15；第一角铁8、第一长连杆9、第二长连杆16和第一短连杆17为3组，并绕上中心轴14均匀分布；第二角铁20的上端铰接于第三长连杆21，第二角铁20的下端铰接于第四长连杆23；第三长连杆21的上端铰接于第一长连杆套11，第三长连杆21的中部铰接于第二短连杆22；第二短连杆22的下端铰接于第一短连杆套12；第四长连杆23的上端铰接于第二长连杆套18；第二角铁20、第三长连杆21、第二短连杆22、第四长连杆23为3组，并绕上中心轴14均匀分布；所述密封装置由第二短接26、过渡接头27、第一六角开槽螺母28、第一法兰29、芯轴30、第一密封接头座31、密封管32、第二密封头座33、第二法兰34和第二六角开槽螺母35组成；第二短接26的上端以螺纹连接上中心轴14的下端；第一法兰29及第二法兰34绕中心轴均匀分布4个定位孔；第一密封接头座31、密封管32和第二密封接头座33为4组，并由第一法兰29和第二法兰34的定位孔定位；密封管32的上端以螺纹连接第一密封接头座31，密封管32的下端以螺纹连接第二密封接头座33；第一密封接头座31插入第一法兰29的定位孔；第二密封接头座33插入第二法兰34的定位孔；芯轴30插入第一法兰29及第二法兰34的中心孔内，芯轴30的上端以螺纹连接第一六角开槽螺母28，芯轴30的下端以螺纹连接第二六角开槽螺母35；第一法兰29上端以螺栓连接过渡接头27；过渡接头27的上端以螺纹连接第二短接26；所述孔径测量装置由涨紧杆底座36、第三短接37、应变片38、涨紧杆39、短管40、第四短接41、第三法兰42和第五短接43组成；涨紧杆底座36的上端以螺栓连接第二法兰34；涨紧杆39的上端以螺钉固定在涨紧杆底座36的外壁上，涨紧杆39的b处厚度为1.6mm，涨紧杆39的下端外侧紧贴孔壁，孔径变化时，涨紧杆39的b处变形发生改变，保证涨紧杆39的下端始终紧贴孔壁，通过检测b处应变值获得钻孔孔径；应变片38粘贴于涨紧杆39的b处，当井径发生变化时，检测涨紧杆39的b处的应变，并由解调模块计算获得钻孔孔径；应变片38及涨紧杆39共有12组，可检测12个方向上的钻孔半径值；第三短接37的上端以螺纹连接涨紧杆底座36，第三短接37的下端以螺纹连接短管40；短管40的下端以螺纹连接第四短接41；第四短接41以螺纹连接第三法兰42；第三法兰42的下端中心孔以螺纹连接第五短接43；所述下扶正装置由第五圆螺母44、第六圆螺母45、第三定位套46、第三长连杆套47、第五长连杆48、第三短连杆49、第三短连杆套50、第三角铁51、第二弹簧52、下中心轴53、第四短连杆套54、第四长连杆套55、第六长连杆56、第四定位套57、第七短连杆58、第四角铁59、第四短连杆60、第八长连杆61、第七圆螺母62和第八圆螺母63组成；下中心轴53的上端以螺纹连接第五短接43，下中心轴53的下端以螺纹连接第六短接64；第三定位套46、第三长连杆套47、第三短连杆套50、第二弹簧52、第四短连杆套54、第四长连杆套55、第四定位套57自上而下组装于下中心轴53的外壁，可沿下中心轴53做轴向移动，并由第五圆螺母44、第六圆螺母45、第七圆螺母62和第八圆螺母63固定；第三角铁51的上端铰接于第五长连杆48，第三角铁51的下端铰接于第六长连杆56；第五长连杆48的上端铰接于第三长连杆套47，第五长连杆48的中部铰接于第三短连杆49；第三短连杆49的上端铰接于第三短连杆套50；第六长连杆56的上端铰接于第四长连杆套55；第三角铁51、第五长连杆48、第六长连杆56和第三短连杆49为3组，并绕下中心轴53均匀分布；第四角铁59的上端铰接于第七长连杆58，第四角铁59的下端铰接于第八长连杆61；第七长连杆58的下端铰接于第三长连杆套47；第八长连杆61的下端铰接于第四长连杆套55，第八长连杆61的中部铰接于第四短连杆60的下端；第四短连杆60的上端铰接于第四短连杆套54；第四角铁59、第七长连杆58、第四短连杆60和第八长连杆61为3组，并绕下中心轴53均匀分布；所述下连接部件由第六短接64、下锥体65、下短管接头66、下接头座67和下接头体68组成；第六短接64的上端以螺纹连接下中心轴53的下端中心孔；下锥体65的中心孔上端以螺纹连接第六短接64；下短管接头66的上端以螺纹连接下锥体65的下端中心孔；下接头座67铰接于下短管接头66；下接头体68铰接于下接头座67。
实施例2
如图1、图2、图3、图4、图5、图7所示。
一种冰钻应变式孔径测井仪，由上连接部件、上扶正装置、密封装置、孔径测量装置、下扶正装置和下连接部件组成；所述上连接部件由上接头体1、上接头座2、上短管接头3、上锥体4和第一短接5组成；上接头座2铰接于上接头体1；上短管接头3铰接于上接头座2；上锥体4通过螺纹连接上短管接头3的下端；所述上扶正装置由第一圆螺母6、第二圆螺母7、第一角铁8、第一长连杆9、第一定位套10、第一长连杆套11、第一短连杆套12、第一弹簧13、上中心轴14、第二短连杆套15、第二长连杆16、第一短连杆17、第二长连杆套18、第二定位套19、第二角铁20、第三长连杆21、第二短连杆22、第四长连杆23、第三圆螺母24和第四圆螺母25组成；上中心轴14的上端通过螺纹连接第一短接5；第一定位套10、第一长连杆套11、第一短连杆套12、第一弹簧13、第二短连杆套15、第二长连杆套18和第二定位套19自上而下组装于上中心轴14外壁，可沿上中心轴14做轴向移动，并由第一圆螺母6、第二圆螺母7、第三圆螺母24和第四圆螺母25固定；第一角铁8的上端铰接于第一长连杆9，第一角铁8的下端铰接于第二长连杆16；第一长连杆9铰接于第一长连杆套11；第二长连杆16的下端铰接于第二长连杆套18，第二长连杆16的中部铰接于第一短连杆17；第一短连杆17上端铰接于第二短连杆套15；第一角铁8、第一长连杆9、第二长连杆16和第一短连杆17为3组，并绕上中心轴14均匀分布；第二角铁20的上端铰接于第三长连杆21，第二角铁20的下端铰接于第四长连杆23；第三长连杆21的上端铰接于第一长连杆套11，第三长连杆21的中部铰接于第二短连杆22；第二短连杆22的下端铰接于第一短连杆套12；第四长连杆23的上端铰接于第二长连杆套18；第二角铁20、第三长连杆21、第二短连杆22、第四长连杆23为3组，并绕上中心轴14均匀分布；所述密封装置由第二短接26、过渡接头27、第一六角开槽螺母28、第一法兰29、芯轴30、第一密封接头座31、密封管32、第二密封头座33、第二法兰34和第二六角开槽螺母35组成；第二短接26的上端以螺纹连接上中心轴14的下端；第一法兰29及第二法兰34绕中心轴均匀分布4个定位孔；第一密封接头座31、密封管32和第二密封接头座33为4组，并由第一法兰29和第二法兰34的定位孔定位；密封管32的上端以螺纹连接第一密封接头座31，密封管32的下端以螺纹连接第二密封接头座33；第一密封接头座31插入第一法兰29的定位孔；第二密封接头座33插入第二法兰34的定位孔；芯轴30插入第一法兰29及第二法兰34的中心孔内，芯轴30的上端以螺纹连接第一六角开槽螺母28，芯轴30的下端以螺纹连接第二六角开槽螺母35；第一法兰29上端以螺栓连接过渡接头27；过渡接头27的上端以螺纹连接第二短接26；所述孔径测量装置由涨紧杆底座36、第三短接37、应变片38、涨紧杆39、短管40、第四短接41、第三法兰42和第五短接43组成；涨紧杆底座36的上端以螺栓连接第二法兰34；涨紧杆39的上端以螺钉固定在涨紧杆底座36的外壁上，涨紧杆39的b处厚度为6mm，涨紧杆39的下端外侧紧贴孔壁，孔径变化时，涨紧杆39的b处变形发生改变，保证涨紧杆39的下端始终紧贴孔壁，通过检测b处应变值获得钻孔孔径；应变片38粘贴于涨紧杆39的b处，当井径发生变化时，检测涨紧杆39的b处的应变，并由解调模块计算获得钻孔孔径；应变片38及涨紧杆39共有12组，可检测12个方向上的钻孔半径值；第三短接37的上端以螺纹连接涨紧杆底座36，第三短接37的下端以螺纹连接短管40；短管40的下端以螺纹连接第四短接41；第四短接41以螺纹连接第三法兰42；第三法兰42的下端中心孔以螺纹连接第五短接43；所述下扶正装置由第五圆螺母44、第六圆螺母45、第三定位套46、第三长连杆套47、第五长连杆48、第三短连杆49、第三短连杆套50、第三角铁51、第二弹簧52、下中心轴53、第四短连杆套54、第四长连杆套55、第六长连杆56、第四定位套57、第七短连杆58、第四角铁59、第四短连杆60、第八长连杆61、第七圆螺母62和第八圆螺母63组成；下中心轴53的上端以螺纹连接第五短接43，下中心轴53的下端以螺纹连接第六短接64；第三定位套46、第三长连杆套47、第三短连杆套50、第二弹簧52、第四短连杆套54、第四长连杆套55、第四定位套57自上而下组装于下中心轴53的外壁，可沿下中心轴53做轴向移动，并由第五圆螺母44、第六圆螺母45、第七圆螺母62和第八圆螺母63固定；第三角铁51的上端铰接于第五长连杆48，第三角铁51的下端铰接于第六长连杆56；第五长连杆48的上端铰接于第三长连杆套47，第五长连杆48的中部铰接于第三短连杆49；第三短连杆49的上端铰接于第三短连杆套50；第六长连杆56的上端铰接于第四长连杆套55；第三角铁51、第五长连杆48、第六长连杆56和第三短连杆49为3组，并绕下中心轴53均匀分布；第四角铁59的上端铰接于第七长连杆58，第四角铁59的下端铰接于第八长连杆61；第七长连杆58的下端铰接于第三长连杆套47；第八长连杆61的下端铰接于第四长连杆套55，第八长连杆61的中部铰接于第四短连杆60的下端；第四短连杆60的上端铰接于第四短连杆套54；第四角铁59、第七长连杆58、第四短连杆60和第八长连杆61为3组，并绕下中心轴53均匀分布；所述下连接部件由第六短接64、下锥体65、下短管接头66、下接头座67和下接头体68组成；第六短接64的上端以螺纹连接下中心轴53的下端中心孔；下锥体65的中心孔上端以螺纹连接第六短接64；下短管接头66的上端以螺纹连接下锥体65的下端中心孔；下接头座67铰接于下短管接头66；下接头体68铰接于下接头座67。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和发明构思，做出相应改变和替代，而且性能或用途相同，都应当视为本发明的保护范围。