[实用新型]矿用煤层气抽采定向千米钻机钻孔孔壁松散度测量传感器

说明书

本实用新型提供一种矿用煤层气抽采定向千米钻机钻孔孔壁松散度测量传感器，结构包括电极、不锈钢探管、传感器主电板及电池；其中，不锈钢探管，表面开出深度一致但宽度不一的环形凹槽用来安装电极，传感器的不锈钢外壳通过首尾两端的螺纹丝口与不锈钢探杆紧密固定；电极用空心插销将其固定在传感器外壳上，除外侧面以外的所有面都用绝缘材料包裹，导线通过空心插销与传感器主电路板连接。本实用新型所给出的传感器能够在直径10cm左右的钻孔内测量钻孔孔壁介质松散程度，在数千米长的钻孔内由蓄电池供电完成连续测算，评估钻杆及钻孔当前状态，提高了千米钻机钻孔孔内状态检测自动化水平。

技术领域

本实用新型涉及一种钻孔孔壁周围煤层松散度的测量装置，具体涉及一种矿用煤层气抽采定向千米钻机钻孔孔壁松散度测量传感器。

背景技术

国外的钻孔孔壁测量设备主要以感应法为主，多应用于石油测井。国内如中国石化工程院自主研发的随钻高分辨率电阻率成像系统，也主要用于石油探测。虽然，矿用煤层气抽采用水平千米定向钻机最初由石油定向钻机延伸而来，但是其运行工况与石油钻探又有显著的区别。煤层气抽采钻孔不仅距离长，孔径较小，而且存在孔内瓦斯突出危险。钻孔孔壁状态测量设备需要面临安装空间狭小、安全限制要求高、测量环境恶劣等问题。因此，以上钻孔孔壁状态测量设备不仅不能采集煤层气抽采定向千米钻机钻孔孔壁周围煤岩数据，无法直接移植于煤层气抽采用钻孔孔壁状态的检测，而且也无法满足煤层气抽采工况环境。

在与本专利相关的随钻测量研究成果中，由杜海洋等人提供一种用于侧向电阻率的随钻装置，其适用于泥浆电阻率大大低于周围地层电阻率的地层、油基泥浆以及100欧米以上的高阻地层；开发环境为常规选用盐水泥浆的海上钻井开发或非常规页岩气开发，其适用范围和开发环境与煤层钻井有很大不同。此外，在地层探测方面由吕海川等人的实用新型提供一种随钻视电阻率测量工具及方法中，该方法虽然适用于陆地钻探，但针对煤矿井下的电压电流等级等安全问题以及对采回数据的进一步挖掘和利用还需要进一步解决。因此，本专利为针对煤矿井下泥浆类别和陆地钻探环境以及对电流电压和采回数据等的控制处理实用新型的一种适用于煤矿钻井的专利。

实用新型内容

为了解决现有岩层电阻率测量仪器在煤层钻井应用的问题，以及在煤层气抽采定向千米钻机钻孔空间狭小和测量困难问题，本实用新型的目的在于：提供一种矿用煤层气抽采定向千米钻机钻孔孔壁松散度测量传感器，实现对煤层气抽采定向千米钻机钻孔孔壁煤岩松散程度的监测。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：提供一种矿用煤层气抽采定向千米钻机钻孔孔壁松散度测量传感器，其主要由电极、不锈钢探管、传感器主电板和电池组成。

所述不锈钢探管，是将传感器的不锈钢外壳通过首尾两端的螺纹丝口与不锈钢探杆紧密固定，在使用时，传感器的整个结构被周围岩层包裹，探管表面开出深度一致但宽度不一的环形凹槽用来安装电极，这些凹槽的位置需要满足一定的分布参数，该参数由下式计算得出：

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式中，γ为凹槽位置分布参数，D₀为电极4和1#屏蔽电极1中心距；D₁和D₂分别为电极4和1#测量外电极2、1#测量内电极3之间的中心距。适合本传感器的取值范围为2.5-3，铜制的电极按照设计的距离安装在传感器不锈钢探管外壳外侧的凹槽内，通过电极两侧开孔，用空心插销将其固定在传感器外壳上，除外侧面以外的所有面都用绝缘材料包裹，导线通过空心插销与传感器主电路板连接。

所述电极，其位置根据本传感器的外壳设计要求分布，选用铜制的环状结构，每个电极两侧开孔；根据电极所完成工作的不同和连接方式的区别将其分为四部分，且每一部分的两个电极之间相互连接，具体分为两个屏蔽电极、两个测量外电极、两个测量内电极和一个发射电电极，其中测量外电极和内电极组成监督电极。各个电极在其位置满足分布参数的前提下，要求两个屏蔽电极宽度相同且介于6-8cm，其余电极可取相同宽度且介于2-3cm。