一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统及方法，该系统包括井下测量系统、通信供电系统、地面电路检测系统、液压平衡系统以及推靠定位单元；所述井下测量系统设于壁面应力解除钻机内，并与所述通信供电系统通信连接；所述通信供电系统与所述地面电路检测系统通信连接；通过所述通信供电系统给各用电器供电、发送指令并将所述井下测量系统的各传感器采集的参数传输回所述地面电路检测系统；通过所述地面电路检测系统对线路的功率和信号性质进行全程监控；本发明专利技术通过井下测量系统、通信供电系统以及电路检测系统实时采集井下环境参数和钻机运行参数，实现试验环境的实时监控，进而确保钻井安全。进而确保钻井安全。进而确保钻井安全。

【技术实现步骤摘要】
一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统及方法


[0001]本专利技术属于岩土力学测量
，更具体地，涉及一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统及方法。

技术介绍

[0002]局部壁面应力解除法是一种对井壁上几个局部位置实施环形取芯，并借助应变片记录应力解除前后这几个位置上的微应变变化量，从而测定局部壁面上6个以上独立正应变，最终综合测得的应变计算相应的远场地应力张量的方法。壁面应力解除钻机通过在井壁上打孔将测量点处的岩石与周围岩体分离，从而解除应力环境。
[0003]目前，壁面应力解除钻机在能源开发、深地工程等领域的钻进作业中获得了越来越广泛的应用。实践证明，测量效果受应力解除深度影响。解除深度要达到1.2倍的岩芯直径局部壁面的应力才能全部解除。制约局部壁面应力解除法向深部岩层发展的关键因素是在软岩和节理较为发育的岩层中应力解除的成功率很低，经常会发生断芯、卡钻，导致无法对测试点进行完全应力解除，从而使地应力计算出现较大误差。
[0004]此外，壁面应力解除钻机在工作时，会对井壁进行一定的扰动，同时，井下充满钻井液，无法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统，其特征在于：包括井下测量系统（1）、通信供电系统（2）、地面电路检测系统（3）、液压平衡系统（4）以及推靠定位单元（5）；其中，所述井下测量系统（1）包括由上而下依次设于壁面应力解除钻机（6）内的钻机轨迹记录模块（11）、环境参数测量模块（12）、钻进过程监测模块（13）和拓展模块（14）；所述通信供电系统（2）包括设于绞车外围的钢缆线（21）、光缆线（22）以及电缆线（23）；所述地面电路检测系统（3）包括与所述通信供电系统（2）相连的功率仪（31）和与所述功率仪（31）相连的示波器（32）；所述井下测量系统（1）设于壁面应力解除钻机（6）内，并与所述通信供电系统（2）通信连接；所述通信供电系统（2）与所述地面电路检测系统（3）通信连接；通过所述通信供电系统（2）给各用电器供电、发送指令并将所述井下测量系统（1）的各传感器采集的参数传输回所述地面电路检测系统（3）；通过所述地面电路检测系统（3）对线路的功率和信号性质进行全程监控；通过井下测量系统（1）、通信供电系统（2）以及地面电路检测系统（3）实时采集井下环境参数和钻机运行参数，实现试验环境的实时监控，进而确保钻井安全；通过所述推靠定位单元（5）对整体壁面应力解除钻机数据实时采集系统的对中定位，并将所述壁面应力解除钻机（6）固定于壁面；所述液压平衡系统（4）设于所述井下测量系统（1）底部，用于对整个采集系统的液压油压力进行补偿，进而提升系统在深钻复杂环境中应用的适应性。2.根据权利要求1所述的一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统，其特征在于：所述钻机轨迹记录模块（11）包括固定于所述壁面应力解除钻机（6）内部横隔板（61）上的陀螺仪（111）和设于地面的缆线长度测量仪（112）；所述陀螺仪（111）用于获得钻机的方位和姿态；所述陀螺仪（111）的传感器中心与壁面应力解除钻机（6）截面的中心重合；所述缆线长度测量仪（112）与所述通信供电系统（2）连接，用于测量壁面应力解除钻机（6）潜入井内的距离。3.根据权利要求2所述的一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统，其特征在于：所述环境参数测量模块（12）包括超声波成像仪（121）、液压传感器（122）、密度计（123）以及温度计（124）；所述超声波成像仪（121）用于实现井下状态可视化，其不受钻井液的干扰，对称布置在钻机外壁两侧的凹陷处，工作时通过对外界不断发射超声波，通过接收反射的声波信号，对孔壁形状进行精确描绘；所述液压传感器（122）、密度计（123）和温度计（124）分别用于采集钻井液的压力、密度和温度；所述液压传感器（122）、密度计（123）和温度计（124）的探头固定在所述壁面应力解除钻机（6）内部的横隔板上；所述液压传感器（122）、密度计（123）和温度计（124）的探头均朝下用以避免岩屑堆积影响测量精度；所述液压传感器（122）、密度计（123）和温度计（124）的传感器探头方向的两侧所述壁面应力解除钻机（6）外壁上分别设有一个开孔（125），钻井液可以不受阻碍的通过所述开孔（125）进入壁面应力解除钻机（6）内部。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种深孔壁面应力解除钻机数据实时采集系统，其特征在于：所述钻进过程监测模块（13）包括扭矩转速传感器（131）、应力滑环（132）、导轨
（133）、拨片（134）以及位移传感器（135）；所述扭矩转速传感器（131）和所述应力滑环（132）均设于所述导轨（133）上，所述导轨（133）的两端设于钻机相对的两侧内壁之间；所述扭矩转速传感器（131）和所述应力滑环（132）均包括同心同轴线的定子外壳和转子内芯，所述壁面应力解除钻机（6）的钻杆穿过并固定在转子内芯上，所述钻杆上设有钻头（62）；所述钻头（62）相对的钻机外壁设有钻机孔（63）；所述扭矩转速传感器（131）和所述应力滑环（132）两个传感器的定子外壳均固定在导轨（133）上，并能沿导轨（133）无摩擦的滑动；所述应力滑环（132）设于所述扭矩转速传感器（131）靠近钻头的一侧，用于采集钻杆上应力并将该应力转换成钻压...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤华，秦雨樵，葛修润，吴振君，梁栋才，张勇慧，袁从华，邓琴，尹小涛，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：