冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置及方法与流程

本发明涉及一种温度场分布检测装置及方法，特别涉及一种冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置及方法。

背景技术：

冰作为一种特殊的岩石，熔点低，从固态到液态的相变过程中所需能量较少，这是采用热熔法进行冰层钻进的重要原因。在南极的勘探过程中，热熔钻进是南极冰层钻井技术的重要组成部分，而冰层热熔钻进的效率主要取决于热熔钻头的功率，形状等因素。为深入研究冰层热熔钻进，优化改进钻进方法，冰层热熔钻进周围冰层及融水的温度分布数据尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了获取冰层热熔钻进周围冰层及融水的温度分布数据而提供的一种冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置及方法。

本发明提供的冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置包括有架体、钻头、冰桶和温度传感器，其中冰桶设在架体的底座上，钻头的顶端固定有连接杆，连接杆插设在架体上端的顶板和固定板上，钻头的下端对应冰桶的内腔设置，温度传感器设在冰桶的内腔中，在冰桶内腔的垂直方向，温度传感器设置有数排，在冰桶内腔的水平方向，温度传感器呈米字型布设。

冰桶的底部通过滑块固连在架体底座的滑轨上，冰桶通过底部的滑块能够在滑轨上移动。

架体上端顶板的两端设置有滑轮，架体上部的固定板上下设置有两块，两块固定板通过螺杆连接，上部固定板的顶面两侧和下部固定板的底面两侧设有吊环，连接钻头的连接杆通过卡盘固定在上部固定板上，两块固定板的两侧插设在架体两侧的支撑柱上，两块固定板能够沿支撑柱进行上下滑动。

冰桶内腔中垂直方向上每排温度传感器的垂直固定杆的上下两端均插设在冰桶上下端的水平固定架上，水平固定架上开设有滑道，垂直固定杆的上下端能够在水平固定架的滑道内移动，从而能够使冰桶内腔中垂直向的温度传感器固定在冰桶内腔的任意位置处。

固定冰桶内腔中水平方向的温度传感器的水平固定杆的两端插设在垂直固定架上，垂直固定架上开设有滑道，水平固定杆的两端能够在垂直固定架上的滑道内移动，从而能够使冰桶内腔中水平向的温度传感器固定在冰桶内腔的任意位置处。

本发明提供的冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测方法，其方法如下所述：

步骤一：将温度传感器插入垂直固定杆及水平固定杆并固定在水平固定架和垂直固定架上，形成底部温度链和侧壁温度链；

步骤二：通过每个侧壁温度链固定在水平固定架上的位置，调节每个侧壁温度链与设计的钻孔轨迹中心之间的距离，使其各不相同；

步骤三：通过底部温度链固定在垂直固定架上的位置，调节底部温度链距离设计的钻孔底部的距离；

步骤四：将固定好的垂直向和水平向的温度传感器内架放入冰桶内，向冰桶内注水，并放置在设定温度的低温实验室内进行冰样冻制；

步骤五：待冰样冻制完成后，将冰桶固定在架体的底座上，并将钻头用卡盘夹持并固定在冰桶上方；

步骤六：调节卡盘固定板，使热熔钻头与冰桶保持垂直；

步骤七：开始热熔钻进，钻进时可通过卡盘固定板两侧的上下吊环螺钉通过滑轮悬挂重物，精确的增大或减小热熔钻具的钻压，同时通过冰桶内的温度传感器观察并记录冰层热熔钻进周围冰层及融水温度分布。

本发明的工作原理：

首先将温度传感器固定在冰桶内腔中垂直固定杆及水平固定杆上，然后将数排垂直固定杆分别固定在冰桶上下端的水平固定架上的不同位置，使其与冰桶中心轴保持不同的距离，然后调节好水平固定杆在垂直固定架上的位置并固定；向冰桶内注水，并放置在设定温度的低温实验室内进行冰样冻制。

待冰样冻制完成后，将冰桶安设在架体的底座上。并将钻头连接好固定在冰桶上方。

热熔钻具钻进前，通过架体两侧的支撑柱、卡盘及固定板保证了钻头与冰桶的垂直度，使其钻进时钻孔不会偏斜，然后开始在冰桶内钻进，钻进时可通过固定板两侧的上下四个吊环螺钉及两个滑轮等精确的增大或减小热熔钻具的钻压，同时通过冰桶内腔中垂直方向和水平方向的温度传感器记录冰层热熔钻进周围冰层及融水温度分布。

本发明的有益效果：

本发明提供的检测装置彻底解决了冰层热熔钻进周围冰层及融水温度分布的检测问题，可实现在钻孔径向轴向及底部温度的全方位检测，能根据实验需要调节测温位置，更为全面的了解冰层热熔钻进周围冰层及融水温度变化，对促进冰层热熔钻进研究的发展具有重要作用。本发明在使用过程中保证了钻头与冰桶的垂直度，使其钻进时钻孔不会偏斜。且能够精确的增加或减少热熔钻具的钻压，实现热熔钻头在不同钻压下钻进时，冰层中温度分布的测量。本发明结构简单，工作可靠，操作方便，能满足多种科学目的的研究工作。

附图说明

图1为本发明所述检测装置整体结构示意图。

图2为本发明所述冰桶内垂直向温度传感器布置示意图。

图3为本发明所述冰桶内水平向温度传感器布置示意图。

1、架体 2、钻头 3、冰桶 4、温度传感器 5、底座 6、连接杆

7、顶板 8、固定板 9、滑块 10、滑轨 11、滑轮 12、螺杆

13、吊环 14、垂直固定杆 15、水平固定架 16、水平固定杆

17、垂直固定架。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示：

本发明提供的冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置包括有架体1、钻头2、冰桶3和温度传感器4，其中冰桶3设在架体1的底座5上，钻头2的顶端固定有连接杆6，连接杆6插设在架体1上端的顶板7和固定板8上，钻头2的下端对应冰桶3的内腔设置，温度传感器4设在冰桶3的内腔中，在冰桶3内腔的垂直方向，温度传感器4设置有数排，在冰桶3内腔的水平方向，温度传感器4呈米字型布设。

冰桶3的底部通过滑块9固连在架体1底座5的滑轨10上，冰桶3通过底部的滑块9能够在滑轨10上移动。

架体1上端顶板7的两端设置有滑轮11，架体1上部的固定板8上下设置有两块，两块固定板8通过螺杆12连接，上部固定板8的顶面两侧和下部固定板8的底面两侧设有吊环13，连接钻头2的连接杆6通过卡盘固定在上部固定板8上，两块固定板8的两侧插设在架体1两侧的支撑柱上，两块固定板8能够沿支撑柱进行上下滑动。

冰桶3内腔中垂直方向上每排温度传感器的垂直固定杆14的上下两端均插设在冰桶3上下端的水平固定架15上，水平固定架15上开设有滑道，垂直固定杆14的上下端能够在水平固定架15的滑道内移动，从而能够使冰桶3内腔中垂直向的温度传感器4固定在冰桶3内腔的任意位置处。

固定冰桶3内腔中水平方向的温度传感器4的水平固定杆16的两端插设在垂直固定架17上，垂直固定架17上开设有滑道，水平固定杆16的两端能够在垂直固定架17上的滑道内移动，从而能够使冰桶3内腔中水平向的温度传感器4固定在冰桶3内腔的任意位置处。

本发明提供的冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测方法，其方法如下所述：

步骤一：将温度传感器4插入垂直固定杆14及水平固定杆16并固定在水平固定架15和垂直固定架17上，形成底部温度链和侧壁温度链；

步骤二：通过每个侧壁温度链固定在水平固定架15上的位置，调节每个侧壁温度链与设计的钻孔轨迹中心之间的距离，使其各不相同；

步骤三：通过底部温度链固定在垂直固定架17上的位置，调节底部温度链距离设计的钻孔底部的距离；

步骤四：将固定好的垂直向和水平向的温度传感器4的内架放入冰桶3内，向冰桶3内注水，并放置在设定温度的低温实验室内进行冰样冻制；

步骤五：待冰样冻制完成后，将冰桶3固定在架体1的底座5上，并将钻头2用卡盘夹持并固定在冰桶3上方；

步骤六：调节卡盘固定板8，使热熔钻头2与冰桶3保持垂直；

步骤七：开始热熔钻进，钻进时可通过卡盘固定板8两侧的上下吊环13螺钉通过滑轮11悬挂重物，精确的增大或减小热熔钻具的钻压，同时通过冰桶3内的温度传感器4观察并记录冰层热熔钻进周围冰层及融水温度分布。

本发明的工作原理：

首先将温度传感器4固定在冰桶3内腔中垂直固定杆14及水平固定杆16上，然后将数排垂直固定杆14分别固定在冰桶3上下端的水平固定架15上的不同位置，使其与冰桶3中心轴保持不同的距离，然后调节好水平固定杆16在垂直固定架17上的位置并固定；向冰桶3内注水，并放置在设定温度的低温实验室内进行冰样冻制。

待冰样冻制完成后，将冰桶3安设在架体1的底座5上。并将钻头2连接好固定在冰桶3上方。

热熔钻具钻进前，通过架体1两侧的支撑柱、卡盘及固定板8保证了钻头2与冰桶3的垂直度，使其钻进时钻孔不会偏斜，然后开始在冰桶3内钻进，钻进时可通过固定板8两侧的上下四个吊环13螺钉及两个滑轮11等精确的增大或减小热熔钻具的钻压，同时通过冰桶3内腔中垂直方向和水平方向的温度传感器4记录冰层热熔钻进周围冰层及融水温度分布。