高精度地温梯度自动化测量设备及方法技术

本发明专利技术提供了高精度地温梯度自动化测量设备及方法，包括地温梯度测量设备和自动化控制装置；所述地温梯度测量设备包括压力温度传感器、测量钢丝、测绳控制装置、电动机和电动机固定装置；所述压力温度传感器通过测量钢丝与测绳控制装置相连，测绳控制装置与用于驱动其转动并牵引测量钢丝的电动机相连，电动机支撑安装在电动机固定装置上；所述自动化控制装置包括用于为电动机提供电源的自动化控制装置电源以及用于计时的自动计时装置。此方法基于Compact CTD测定技术，不仅能够实现地温梯度的高精度测量，还可以进行数据的自动记录，并提出相应数据整理方法，进而快速获得钻孔温度

【技术实现步骤摘要】
高精度地温梯度自动化测量设备及方法


[0001]本专利技术属于地热测量
，具体涉及高精度地温梯度自动化测量设备及方法。

技术介绍

[0002]地温梯度是指地层随深度增加的变化率，是表征地球内部温度分布均匀程度的重要参数。在水文地质学领域，地温梯度不仅能够用来研究含水层地质构造特征，还能够示踪地下水流动过程，是一种低成本、无污染、易操作的物理示踪参数。
[0003]地温梯度与地热背景、载体岩性、载体热力学性质和地下水运动有关，因此，实现地温梯度高精度自动化测量较困难。
[0004]目前，常规的水文地质钻井内地温梯度测量通常通过锰铜或铜等金属材质的温度传感器实现，将温度传感器置于特定的深度，通过建立定电压下传感器电阻与温度之间的函数关系，实现对钻孔温度的测量。这种方式的地温测量工作存在测温时间长、数据分辨率低和测量误差较大等缺点，不能很好的满足科研工作的需求。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术目的是提出一种高精度地温梯度自动化测量设备及方法，此方法基于Compact CTD（conductivity、temperature和depth）测定技术，不仅能够实现地温梯度的高精度测量（精确到0.001℃），还可以进行数据的自动记录，并提出相应数据整理方法，进而快速获得钻孔温度
‑
深度曲线信息。
[0006]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：高精度地温梯度自动化测量设备，它包括地温梯度测量设备和自动化控制装置；所述地温梯度测量设备包括压力温度传感器、测量钢丝、测绳控制装置、电动机和电动机固定装置；所述压力温度传感器通过测量钢丝与测绳控制装置相连，测绳控制装置与用于驱动其转动并牵引测量钢丝的电动机相连，电动机支撑安装在电动机固定装置上；所述自动化控制装置包括用于为电动机提供电源的自动化控制装置电源以及用于计时的自动计时装置。
[0007]所述电动机固定装置包括电动机固定装置支架，电动机固定装置支架的顶部通过电动机固定装置旋母固定安装电动机。
[0008]所述测绳控制装置包括测绳控制装置支架，测绳控制装置支架的顶部转动支撑有可转动横杆，可转动横杆上用于缠绕牵引测量钢丝；可转动横杆的端头通过测绳控制装置固定旋母与电动机的主轴相连。
[0009]所述自动化控制装置还包括电源线，所述自动化控制装置电源通过电源线与电动机相连接。
[0010]所述自动计时装置包括金属秒针、计时表盘和自动计时装置支架；所述计时表盘固定支撑在自动计时装置支架的顶端，计时表盘上设置有金属秒针。
[0011]所述计时表盘设置有环形轨道，环形轨道设置有限位于环形轨道内滑动的环形钢丝，环形钢丝的一端固定并通过导线与所述自动化控制装置电源相连接；所述金属秒针的固定端通过导线与自动化控制装置电源相连接，金属秒针还与秒钟控制电源相连接；所述金属秒针的活动端通过可滑动金属扣与环形钢丝滑动接触连接。
[0012]所述环形钢丝外部包裹有可伸缩绝缘套；所述压力温度传感器外部包裹有防水金属套。
[0013]采用所述高精度地温梯度自动化测量设备进行地温梯度自动化测量的方法，包括如下步骤：步骤一：将地温梯度测量设备和自动化控制装置置于测量井附近空旷、平整的地面；步骤二：将压力温度传感器与电脑相连接，设置测量开始时间S，将压力温度传感器通过防水金属套密封后与测量钢丝连接；步骤三：将压力温度传感器放入待测井井口，平稳下放测量钢丝至压力温度传感器达到水面处，使用测绳控制装置固定旋母将电动机与可转动横杆相连，并通过电动机固定装置旋母固定于电动机固定装置支架上；步骤四：将自动化控制装置电源断开，金属秒针和可滑动金属扣置于水平向左的位置，可伸缩绝缘套展开至覆盖环形钢丝的n%的长度，连通自动化控制装置电源；步骤五：待压力温度传感器开始工作时，打开秒钟控制电源，金属指针带动可滑动金属扣沿环形钢丝滑动；当可滑动金属扣位于环形钢丝未被可伸缩绝缘套覆盖部位时，电动机开始工作，可转动横杆逆时针转动，测量钢丝匀速下放；当可滑动金属扣位于环形钢丝被可伸缩绝缘套覆盖部位时，电动机停止工作，可转动横杆停止转动，测量钢丝静止不动，压力温度传感器自动测量该深度的地温；步骤六：待压力温度传感器到达井底时，关闭秒钟控制电源，拧掉测绳控制装置固定旋母，将电动机移至测绳控制装置另一侧，使用测绳控制装置固定旋母将电动机与可转动横杆另一端相连；步骤七：打开秒钟控制电源，金属指针带动可滑动金属扣沿环形钢丝滑动，当可滑动金属扣位于环形钢丝未被可伸缩绝缘套覆盖部位时，电动机开始工作，可转动横杆顺时针转动，测量钢丝匀速上拉；当可滑动金属扣位于环形钢丝被可伸缩绝缘套覆盖部位时，电动机停止工作，可转动横杆停止转动，测量钢丝静止不动，压力温度传感器自动测量该深度的地温；待压力温度传感器离开水面，关闭秒钟控制电源，断开自动化控制装置电源，完成测量工作；步骤八：将压力温度传感器中的测量数据通过数据线导出，整理后得到温度梯度数据。
[0014]所述步骤八还包括地温数据修正程序：T
i=
（T
up +T
down
）/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）通过公式（1）计算得出不同深度温度值T；其中T
i
为深度i米处的温度值，T
up
和T
down
分别为下放和上拉钢丝测绳时在深度i米处测量得到的温度值。
[0015]还包括调节测量时间和测量数据深度间隔的方法：当可伸缩绝缘套覆盖环形钢丝n%时，分别通过如下公式（2）和（3）计算单个地温数据测量时间t和测量数据深度间隔L：
t=0.6
×
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）L=(100
‑
n)
ꢀ×
0.04
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）其中：t和L单位分别为秒和米。
[0016]本专利技术有如下有益效果：1、本专利技术利用上述的高精度地温梯度自动化测量设备实现钻孔或观测井井温的测量，快速获得钻孔温度
‑
深度曲线信息；应用范围广，CompactCTD压力温度传感器可实现对1000m深度以上的钻孔或观测井温度进行测量；仪器便于携带，操作自动化程度高，便于推广，单个地温数据测量时间和测量数据深度间隔控制可以通过改变可伸缩绝缘套覆盖环形钢丝的长度来实现。
[0017]2、通过采用本专利技术的电动机固定装置支架能够用于对电动机进行可靠的固定支撑，进而保证其能够稳定的驱动测绳控制装置，以实现测量钢丝的卷扬动作。
[0018]3、通过上述的测绳控制装置能够用于控制可转动横杆的转动，进而提供牵引测量钢丝的下放或者卷绕，进而达到压力温度传感器位置调节的目的，以便于实现连续的钻孔温度
‑
深度曲线信息。
[0019]4、通过上述的环形钢丝能够便于控制电动机的通断时间，进而达到控制每次测量深度的目的。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高精度地温梯度自动化测量设备，其特征在于：它包括地温梯度测量设备（A）和自动化控制装置（B）；所述地温梯度测量设备（A）包括压力温度传感器（A1）、测量钢丝（A2）、测绳控制装置（A3）、电动机（A4）和电动机固定装置（A5）；所述压力温度传感器（A1）通过测量钢丝（A2）与测绳控制装置（A3）相连，测绳控制装置（A3）与用于驱动其转动并牵引测量钢丝（A2）的电动机（A4）相连，电动机（A4）支撑安装在电动机固定装置（A5）上；所述自动化控制装置（B）包括用于为电动机（A4）提供电源的自动化控制装置电源（B1）以及用于计时的自动计时装置（B3）。2.根据权利要求1所述高精度地温梯度自动化测量设备，其特征在于：所述电动机固定装置（A5）包括电动机固定装置支架（A5.2），电动机固定装置支架（A5.2）的顶部通过电动机固定装置旋母（A5.1）固定安装电动机（A4）。3.根据权利要求2所述高精度地温梯度自动化测量设备，其特征在于：所述测绳控制装置（A3）包括测绳控制装置支架（A3.1），测绳控制装置支架（A3.1）的顶部转动支撑有可转动横杆（A3.2），可转动横杆（A3.2）上用于缠绕牵引测量钢丝（A2）；可转动横杆（A3.2）的端头通过测绳控制装置固定旋母（A3.3）与电动机（A4）的主轴相连。4.根据权利要求1所述高精度地温梯度自动化测量设备，其特征在于：所述自动化控制装置（B）还包括电源线（B2），所述自动化控制装置电源（B1）通过电源线（B2）与电动机（A4）相连接。5.根据权利要求4所述高精度地温梯度自动化测量设备，其特征在于：所述自动计时装置（B3）包括金属秒针（B3.1）、计时表盘和自动计时装置支架（B3.6）；所述计时表盘固定支撑在自动计时装置支架（B3.6）的顶端，计时表盘上设置有金属秒针（B3.1）。6.根据权利要求5所述高精度地温梯度自动化测量设备，其特征在于：所述计时表盘设置有环形轨道，环形轨道设置有限位于环形轨道内滑动的环形钢丝（B3.4），环形钢丝（B3.4）的一端固定并通过导线与所述自动化控制装置电源（B1）相连接；所述金属秒针（B3.1）的固定端通过导线与自动化控制装置电源（B1）相连接，金属秒针（B3.1）还与秒钟控制电源（B3.2）相连接；所述金属秒针（B3.1）的活动端通过可滑动金属扣（B3.3）与环形钢丝（B3.4）滑动接触连接。7.根据权利要求6所述高精度地温梯度自动化测量设备，其特征在于：所述环形钢丝（B3.4）外部包裹有可伸缩绝缘套（B3.5）；所述压力温度传感器（A1）外部包裹有防水金属套。8.采用权利要求1
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7任意一项所述高精度地温梯度自动化测量设备进行地温梯度自动化测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将地温梯度测量设备（A）和自动化控制装置（B）置于测量井附近空旷、平整的地面；步骤二：将压力温度传感器（A1）与电脑相连接，设置测量开始时间S，将压力温度传感器（A1）通过防水金属套密封后与测量钢丝（A2）连接；步骤三：将压力温度传感器（A1）放入待测井井口，平稳下放测量钢丝（A2）至压力温度传感器（A1）达到水面处，使用测绳控制装置固定旋母（A3.3）将电动机（A4）与可转动横杆（A3.2）相连，并通过电动机固定装置旋母（A5.1）固定于电动机固定装置支架（A5....

【专利技术属性】
技术研发人员：董林垚，唐文坚，许文涛，钱峰，范仲杰，韩培，邱佩，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：