[其他]陀螺定向的超声成象测井探管

说明书

本实用新型属于一种测井用的井下探管。

测井是地球物理探矿的一种方法，是钻孔中使用的地球物理勘探方法的通称。以往，人们根据岩石的物理性质不同，研究出电测井、放射性测井、磁化率测井、声波测井、热测井和重力测井的方法。但是人们只能根据这些测井方法所提供的曲线、数据推断解释地质构造，地层及矿层的产状。一九八四年镇江煤矿设备厂研制和生产出一种超声成象仪，它能用成象的方法形象直观地反映钻孔内的地质情况。这与过去的测井方法相比，无疑是一大进步。但是这种仪器也有其缺点，在磁性物质干扰下，无法测定方位，在钢质套管中因地磁场被屏蔽或钢质套管本身带磁，仪器无法工作。经反复分析、研究，我们找出了症结之所在：现有超声成象仪的井下探管主要依靠地球磁场确定方位，在地球磁场受到歪曲或被屏蔽的钻孔中，接收线圈输出信号错误或过于微弱，这就给在这些钻孔中的测井工作带来困难。

本实用新型的任务就是要提供一种陀螺定向的超声成象测井探管，使它能克服已有技术的缺点，既能用于查明一般沉积岩地层钻孔中的地质情况，也能查明诸如金属矿区、强磁性的火山岩地区、古地磁倒转地区、高纬度地区钻孔中以及钢质井管中的情况。

本实用新型的任务是以如下方式完成的：（1）在原有的井下探管中安装一个陀螺仪。该陀螺仪包括修正电机〔2〕、联轴器〔3〕、陀螺框架〔4〕、陀螺电机〔5〕，集流环〔6〕。安装陀螺仪的目的是保持磁场的方向始终不变。（2）在陀螺仪上安装一个长50～70毫米的金属杆〔7〕，该金属杆可用硬铝这样的轻质金属制成。（3）在金属杆上安装一根重1～3克，长25～35毫米的磁钢〔8〕，其目的是使磁钢产生的磁场代替地磁场。（4）将电动机的后轴延长，在延长的轴上装上一个齿轮减速箱〔15〕。（5）在磁钢〔8〕和接收线圈〔10〕的部位包裹一圈软磁屏蔽〔10〕，以防止外界磁场的干扰。软磁屏蔽的材料可以是电工软铁，也可以是硅钢片，最好是坡莫合金。

通过上述改进而研制成的陀螺定向的超声成像测井仪能在磁性钻孔内取得地层、断层、岩溶裂隙的产状要素，金属矿体的产状要素；能了解矿体内夹层与围岩、矿体与围岩的接触关系。还可在任何材料（如金属、水泥、塑料）井管内正确查明井管破坏的方位、深度位置、形态特征，为检查成井质量及处理井内事故提供可靠的图象资料。人们在桥梁、大坝、厂房工程施工中，经常采用打钻取芯方法来检验工程质量，如果用该探管配合井中成像，则检查效果会更佳。该探管研制成功后，我们曾做过多次试验，均取得满意效果。如利国磁铁矿区进行测井，试验结果表明，仪器工作正常，超声图象上清晰地反映了铁矿层的位置、厚度和产状形态，且矿层上下界面清楚，与围岩有明显的波阻抗差异。因此该探管用途广泛，能产生积极效果。

以下将结合附图对发明作进一步的详细描述。

图1是本实用新型的纵向剖面图。

参照图1，〔5〕是一只转速极高的陀螺电机，用滚珠轴承支承在可以自由转动的陀螺框架〔4〕上，组成一个三自由度的陀螺。修正电机〔2〕通过联轴器〔3〕与陀螺框架〔4〕的转动轴相联接，当陀螺电机〔5〕的工作姿态不正确时，通过检测电路检测出修正信号，启动修正电机〔2〕通过联轴器〔3〕向陀螺框架〔4〕提供修正力矩，利用陀螺的进动性使陀螺电机〔5〕回复正确姿态。在陀螺框架〔4〕的另一端装上一根长50～70毫米金属杆〔7〕。在靠近陀螺框架的部位套上集流环〔6〕，通过集流环〔6〕向陀螺电机提供电源。在金属杆〔7〕的一端装有条形磁钢〔8〕，磁钢以长25～35毫米重1～3克为宜。金属杆〔7〕、集流环〔6〕和条形磁钢〔8〕的加工制作要求精密，安装要求对称，以免破坏陀螺仪的平衡，装配好以后可以在陀螺仪的适当位置粘贴小铅块调整平衡。电动机〔14〕经过改制，两端都有轴伸出，以便同时安装上齿轮减速箱〔13〕和下齿轮减速箱〔15〕。上齿轮减速箱〔13〕和下齿轮减速箱〔15〕完全相同。下齿轮减速箱〔15〕联接超声探头〔16〕的轴，带动探头中的超声换能器旋转，上齿轮减速箱〔13〕通过万向节〔12〕带动集流环〔11〕和接收线圈〔9〕旋转，接收线圈〔9〕采用直径0.07毫米的高强度漆包线，在直径5毫米，长35毫米的骨架上绕5000～6000匝，并用熔融的蜂蜡或醇酸清漆浸渍以提高防潮能力，骨架中放入坡莫合金片以增强接收灵敏度。接收线圈〔9〕距离条形磁钢〔8〕0.7～1.3厘米，根据磁钢的磁性强弱，在调试仪器时可在这个距离内作些适当调整。万向节〔12〕的作用在于，当上齿轮减速箱〔13〕的轴和集流环〔11〕因装配误差不完全同心时，万向节〔12〕仍能很好地传递动力。由于上齿轮减速箱〔13〕和下齿轮减速箱〔15〕完全相同，所以超声探头〔16〕和接收线圈〔9〕同步旋转。陀螺仪通过磁钢〔8〕提供一个指向不变的磁场，在接收线圈〔9〕中感应出一个可以代表超声探头〔16〕方位的交变电压，经过集流环〔11〕引出，和超声探头接收到的信号一起送到电子元件板〔1〕进行处理，处理后的复合信号通过电缆送到地面仪器。为了保证接收线圈不受外界磁场的干扰，在相应部位包裹了软磁屏蔽〔10〕，软磁材料可以采用电工软铁，硅钢片或坡莫合金，可以包裹在探管外管上，也可以装在探管内。陀螺仪工作时，会产生电火花干扰，这些干扰主要由继电器引起，干扰有时会进入复合信号中，影响仪器正常工作。如对这些继电器加以屏蔽，在陀螺仪的供电线路中串入由电感线圈和电容器组成的滤波网络，干扰即可消除。