一种钻孔深度精确测量装置及方法与流程

1.本发明涉及钻孔施工测量的技术领域，尤其涉及一种钻孔深度精确测量装置及方法。


背景技术：

2.在诸如石油开采、煤炭采掘、建筑钻井、地质勘探等作业场合中，通常都需要使用钻机在地面上钻制得到所需深度的孔洞，具体而言是通过钻机驱动钻杆旋转，依靠钻杆在地下钻进形成孔洞。而如何准确获知当前钻孔的实际深度是尤为重要的。现有技术中，常规做法是通过人工监测钻机的往复次数，来统计钻进的钻杆数量进而得出钻孔深度，但这种方法一方面会导致作业人员长时间工作而出现疲劳，致使人力成本升高，出现人为统计误差而影响钻孔深度测量精度；另一方面也容易出现钻机卡杆的问题，造成实际钻孔深度的不确定性。
3.目前，在公布号为cn112240199a的发明专利“一种电子计米器测量钻孔深度的方法及装置”中，通过将计米器安装在地质钻机的卷扬轴轮上测量钻孔深度；在公布号为cn112228043a的发明专利“一种射频测量钻孔的方法及装置”中，通过在钻杆两端安装内嵌电子标签的金属卡扣，射频线圈感配合电子标签来累计相加钻杆长度得到钻孔深度值；在公布号为cn112682029a的发明专利“一种组合式测量钻孔深度的装置及方法”中，通过将计米器安装在地质钻机的卷扬轴轮上、在钻杆两端安装内嵌电子标签的金属卡扣，射频线圈感配合电子标签的组合来测量钻孔深度。然而，采用射频识别技术来测量钻孔深度的方法，对于钻杆卡扣的材料强度有较高要求，容易出现钻杆卡扣识别故障，导致测量结果出现误差；卷扬缆绳长度方向上的粗细、摩擦系数、牵引力等因素变化时会导致缆绳与测量轮打滑，影响测量精度。因此，亟需一种能够在此基础上，对孔深测量结果进行准确评估的装置及方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种钻孔深度精确测量装置及方法，旨在解决现有技术孔深测量数据真实性无法保证，劳动强度大，测量误差大、精度低的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种钻孔深度精确测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.s1：在预定钻孔处安装钻机，在钻机上设置称重模块,在钻孔位置的地面安装钻深辅助指示装置,所述钻深辅助指示装置包括座体、接触测深机构和显示器，所述接触测深机构包括测深轮和计数器，所述测深轮设有轮槽，所述轮槽内绕装有测深绳，所述称重模块、所述计数器、所述显示器分别与控制中心电性连接；
8.s2：钻进加工，根据钻孔实时深度将所需数量的附加钻杆同轴安装至主动钻杆上，并使钻深辅助指示装置与主动钻杆以及各附加钻杆活动接触配合；钻进过程中，所述测深轮与钻杆滚动接触而不断旋转，所述计数器同时自动计量测深轮的转动圈数，通过测深轮
的周长乘以圈数即可换算得出钻杆的下降距离，并记录为第一孔深h1；
9.s3：将测深绳自由端的固定扣与主动钻杆或者附加钻杆连接固定，随着钻杆不断钻进伸入钻孔的深处，测深绳在轮槽中卷放出的长度同步发生改变，通过测深绳上的刻度部读取钻杆在钻孔中的长度，并记录为第二孔深h2；
10.s4：与此同时，受到与钻机钻进方向相反的拉力，并达到称重模块的阈值时，称重模块启动并记录测量拉力值gi；
11.在钻进开始时，称重模块称量主动钻杆及多个附加钻杆在下杆时的拉力为g1，逐次测量钻进接杆后拉力值g1、g2,直至称重模块称量主动钻杆及多个附加钻杆在最深处时的拉力为gn，根据所测量的拉力值g1、g2……gn
，并结合浮力系数、钻井与钻杆之间的摩擦系数、钻杆的重力系数、钻孔倾角修正系数，采用公式(1)计算主动钻杆及多个附加钻杆深入地面的第三孔深h3；
[0012][0013]
公式(1)中，主动钻杆的进尺长度为l0,浮力系数k＝0.76，钻井与钻杆之间的摩擦系数为ws＝0.57,钻杆的重力系数g＝0.98n/m，钻孔倾角修正系数为c；
[0014]
步骤六、根据第一孔深、第二孔深、第三孔深的测量值，采用公式(2)计算主动钻杆及多个附加钻杆深入地面的最终钻孔深度h:
[0015]
h＝ah1+bh2+ch3
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0016]
公式(2)中，a,b,c为根据经验值得出的h1、h2、h3的权重比例，其中a+b+c＝1。
[0017]
进一步地，所述步骤s4中的所述阀值为钻进初始时，主动钻杆及多个附加钻杆的重量值g0；当称重模块的测得的重力大于阀值g0时开始测量。
[0018]
进一步地，所述称重模块在测量时，停止钻进或提升5-15s，待数据稳定后取值。
[0019]
进一步地，停止钻进或提升的时间为10s。
[0020]
进一步地，提供一种钻孔深度精确测量装置，包括：
[0021]
钻机；
[0022]
主动钻杆，可插设于地面内；
[0023]
多个附加钻杆，沿竖直方向设于所述主动钻杆下端，用于插设至地面内；
[0024]
钻深辅助指示装置，在钻孔位置的地面安装有钻深辅助指示装置，所述钻深辅助指示装置包括座体、接触测深机构和显示器，所述接触测深机构包括测深轮和计数器，所述测深轮转动设置于所述座体上，且所述测深轮与主动钻杆以及各附加钻杆滚动接触，所述计数器与所述测深轮相对设置，且所述计数器与所述显示器电性连接；
[0025]
称重模块，线性连接在所述钻机上并与控制中心电连接，其中，所述称重模块具有一测量阈值，当受到所述钻机的反向拉力到达所述测量阈值时，称重模块开始测量；
[0026]
控制中心，所述称重模块、所述计数器、所述显示器分别与控制中心电性连接，所述控制中心用于测量及存储所述称重模块、所述计数器的数据信息，并进行逻辑运算。
[0027]
进一步地，所述钻深辅助指示装置包括座体、接触测深机构和显示器，所述座体用于设置在钻孔孔口处，且座体开设有与钻孔孔口相通的过孔，所述接触测深机构设置于所述座体，且所述接触测深机构与所述显示器电性连接。
[0028]
进一步地，所述座体包括转动组件和至少两个分体座，至少两个所述分体座通过
所述转动组件活动连接，以使所述过孔的孔径可调。
[0029]
进一步地，所述转动组件包括第一转动臂、第二转动臂和阻尼环，所述第一转动臂与所述第二转动臂的其中之一设有转孔，所述第一转动臂与所述第二转动臂的其中另一设有转轴，所述转轴转动设置于所述转孔内，所述阻尼环套设于所述转轴与所述转孔之间。
[0030]
进一步地，所述接触测深机构包括测深轮和计数器，所述测深轮转动设置于所述座体上，且所述测深轮与主动钻杆以及各附加钻杆滚动接触，所述计数器与所述测深轮相对设置，且所述计数器与所述显示器电性连接。
[0031]
进一步地，所述测深轮设有轮槽，所述轮槽内绕装有测深绳，所述测深绳的自由端设有固定扣，所述固定扣用于与主动钻杆或者附加钻杆连接固定，所述测深绳的固定端固设于所述轮槽内，所述测深绳上延其伸长方向设置有刻度部。
[0032]
进一步地，所述接触测深机构还包括卡扣组件和触点组件，所述卡扣组件用于连接相邻的主动钻杆与附加钻杆以及相邻的两个附加钻杆，所述卡扣组件包括卡体和扣位，所述触点组件包括第一触点和第二触点，所述第一触点设置于所述卡体上，所述第二触点设置于所述扣位上，所述第一触点与所述第二触点接触配合，所述第一触点和/或所述第二触点与所述显示器电性连接。
[0033]
进一步地，所述第一触点和/或所述第二触点设置为弹性触点；所述卡体与所述扣位的其中之一采用弹性材料制成，以使所述卡体与所述扣位可分离的弹性卡接。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0035]
1、本发明通过测深轮与钻杆滚动接触而不断旋转时，计数器自动计量测深轮的转动圈数得出钻杆的下降距离，从而得到第一孔深；通过将测深绳随着钻杆不断钻进伸入钻孔的深处，测深绳上的刻度部读取钻杆在钻孔中的长度，得到第二孔深；通过称重模块称称量主动钻杆及多个附加钻杆在下杆时的拉力为g1，逐次测量钻进接杆后拉力值g1、g2,直至称重模块称量主动钻杆及多个附加钻杆在最深处时的拉力为gn，根据所测量的拉力值g1、g2……gn
，并结合浮力系数、钻井与钻杆之间的摩擦系数、钻杆的重力系数、钻孔倾角修正系数，计算第三孔深h3。然后通过对第一孔深、第二孔深和第三孔深的测量值的拟合来校准测量的实际孔深，避免在测量及校准过程中，出现操作失误而产生影响测量精度的问题。
[0036]
2、本发明的座体包括转动组件和至少两个分体座，至少两个所述分体座通过所述转动组件活动连接，以使所述过孔的孔径可调，方便适用不同钻孔孔径和不同直径的钻杆，扩大钻深辅助指示装置的适用范围。
[0037]
3、本发明采用卡体与扣位卡扣连接，方便主动钻杆与附加钻杆以及相邻的附加钻杆进行装拆操作。第一触点与第二触点接触导通，可证明主动钻杆与附加钻杆以及相邻附加钻杆保持连接状态，当提钻过程中若第一触点与第二触点断开时，则可表明存在钻杆脱落，以便工人进行排障处理。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本技术中钻孔施工的结构示意图；
[0040]
图2为图1中座体的结构示意图。
[0041]
附图标记说明：
[0042]
100、钻机；110、连接臂；200、主动钻杆；300、附加钻杆；400、钻深辅助指示装置；410、座体；411、转动组件；412、分体座；420、接触测深机构；421、测深轮；422、计数器；423、测深绳；424、卡扣组件；425、触点组件；430、显示器；500、钻孔。
具体实施方式
[0043]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0044]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0045]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0046]
如图1-2所示，一种钻孔深度精确测量装置，包括：钻机100；主动钻杆200，可插设于地面内；多个附加钻杆300，沿竖直方向设于主动钻杆200下端，用于插设至地面内；钻深辅助指示装置400，在钻孔500位置的地面安装有钻深辅助指示装置400，钻深辅助指示装置400包括座体410、接触测深机构420和显示器430，所述接触测深机构420包括测深轮421和计数器422，所述测深轮421转动设置于所述座体410上，且所述测深轮421与主动钻杆200以及各附加钻杆300滚动接触，所述计数器422与所述测深轮421相对设置，且所述计数器422与所述显示器430电性连接；称重模块，线性连接在所述钻机上并与控制中心电连接，其中，所述称重模块具有一测量阈值，当受到所述钻机的反向拉力到达所述测量阈值时，称重模块开始测量；控制中心，所述称重模块、所述计数器、所述显示器分别与控制中心电性连接，所述控制中心用于测量及存储所述称重模块、所述计数器的数据信息，并进行逻辑运算。
[0047]
座体410安装在地面且位于钻孔500的正上方，起到装载固定接触测深机构420和/显示器430的作用。座体410上形成的过孔方便钻杆穿过而钻进至钻孔500内。在钻杆钻进下降的过程中接触测深机构420可对钻杆的下降行程进行实时测量，并将测量数据实时传输至显示器430，以便工人读取实时钻孔500深度数值。
[0048]
其中，显示器430可以是平板电脑、手机等移动或固定显示终端。
[0049]
请继续参阅图2，进一步地，所述座体410包括转动组件411和至少两个分体座412，至少两个所述分体座412通过所述转动组件411活动连接，以使所述过孔的孔径可调。如此方便适用不同钻孔500孔径和不同直径的钻杆，扩大钻深辅助指示装置400的适用范围。
[0050]
在一些实施例中，所述转动组件411包括第一转动臂、第二转动臂和阻尼环，所述
第一转动臂与所述第二转动臂的其中之一设有转孔，所述第一转动臂与所述第二转动臂的其中另一设有转轴，所述转轴转动设置于所述转孔内，所述阻尼环套设于所述转轴与所述转孔之间。使用时，通过拉动或推动分体座412，第一转动臂会相对第二转动臂旋转收合或展开，进而拉动或推动分体座412相互靠近或远离，达到调整过孔孔径的目的。操作方便省力，可调可控性好。
[0051]
而加装在转轴与转孔之间的阻尼环，用于增加第一转动臂与第二转动臂的接触摩擦力，以使第一转动臂和第二转动臂旋转到所需位置后能够保持相对固定。
[0052]
请继续参阅图1，进一步地，所述接触测深机构420包括测深轮421和计数器422，所述测深轮421转动设置于所述座体410上，且所述测深轮421与主动钻杆200以及各附加钻杆300滚动接触，所述计数器422与所述测深轮421相对设置，且所述计数器422与所述显示器430电性连接。
[0053]
随着钻杆不断钻进下降至钻孔500的深处的过程中，测深轮421会与钻杆滚动接触而不断旋转，计数器422同时自动计量测深轮421的转动圈数，由于测深轮421的周长为已知值，通过周长乘以圈数即可换算得出钻杆的下降距离，即得到钻孔500的孔深数据。
[0054]
在一些实施例中，所述测深轮421设有轮槽，所述轮槽内绕装有测深绳423，所述测深绳423的自由端设有固定扣，所述固定扣用于与主动钻杆200或者附加钻杆300连接固定，所述测深绳423的固定端固设于所述轮槽内，所述测深绳423上延其伸长方向设置有刻度部。随着钻杆不断钻进伸入钻孔500的深处，测深绳423在轮槽中卷放出的长度同步发生改变，通过测深绳423上的刻度部便可直接读取钻杆在钻孔500中的长度，即可得到孔深数据。
[0055]
请继续参阅图1，此外，在上述实施例的基础上，所述接触测深机构420还包括卡扣组件424和触点组件425，所述卡扣组件424用于连接相邻的主动钻杆200与附加钻杆300以及相邻的两个附加钻杆300，所述卡扣组件424包括卡体和扣位，所述触点组件425包括第一触点和第二触点，所述第一触点设置于所述卡体上，所述第二触点设置于所述扣位上，所述第一触点与所述第二触点接触配合，所述第一触点和/或所述第二触点与所述显示器430电性连接。
[0056]
采用卡体与扣位卡扣连接，方便主动钻杆200与附加钻杆300以及相邻的附加钻杆300进行装拆操作。第一触点与第二触点接触导通，可以证明主动钻杆200与附加钻杆300以及相邻附加钻杆300保持连接状态，当提钻过程中若第一触点与第二触点断开时，则可表明存在钻杆脱落，以便工人进行排障处理。
[0057]
可选地，所述第一触点和/或所述第二触点设置为弹性触点。主动钻杆200与附加钻杆300以及相邻的附加钻杆300频繁装拆时，第一触点与第二触点为弹性接触，可防止刚性冲击损坏。
[0058]
所述卡体与所述扣位的其中之一采用弹性材料制成，以使所述卡体与所述扣位可分离的弹性卡接。例如，卡体与扣位的至少其中之一采用硬质橡胶制成，保证连接强度之外还能够形成弹性卡接，使用可靠性更高。
[0059]
进一步地，一种钻孔深度精确测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0060]
s1：在预定钻孔处安装钻机，在钻机上设置称重模块,在钻孔位置的地面安装钻深辅助指示装置,所述钻深辅助指示装置包括座体、接触测深机构和显示器，所述接触测深机构包括测深轮和计数器，所述测深轮设有轮槽，所述轮槽内绕装有测深绳，所述称重模块、
所述计数器、所述显示器分别与控制中心电性连接；
[0061]
s2：钻进加工，根据钻孔实时深度将所需数量的附加钻杆同轴安装至主动钻杆上，并使钻深辅助指示装置与主动钻杆以及各附加钻杆活动接触配合；钻进过程中，所述测深轮与钻杆滚动接触而不断旋转，所述计数器同时自动计量测深轮的转动圈数，通过测深轮的周长乘以圈数即可换算得出钻杆的下降距离，并记录为第一孔深h1；
[0062]
s3：将测深绳自由端的固定扣与主动钻杆或者附加钻杆连接固定，随着钻杆不断钻进伸入钻孔的深处，测深绳在轮槽中卷放出的长度同步发生改变，通过测深绳上的刻度部读取钻杆在钻孔中的长度，并记录为第二孔深h2；
[0063]
s4：与此同时，受到与钻机钻进方向相反的拉力，并达到称重模块的阈值时，称重模块启动并记录测量拉力值gi；
[0064]
在钻进开始时，称重模块称量主动钻杆及多个附加钻杆在下杆时的拉力为g1，逐次测量钻进接杆后拉力值g1、g2,直至称重模块称量主动钻杆及多个附加钻杆在最深处时的拉力为gn，根据所测量的拉力值g1、g2……gn
，并结合浮力系数、钻井与钻杆之间的摩擦系数、钻杆的重力系数、钻孔倾角修正系数，采用公式(1)计算主动钻杆及多个附加钻杆深入地面的第三孔深h3；
[0065][0066]
公式(1)中，主动钻杆的进尺长度为l0,浮力系数k＝0.76，钻井与钻杆之间的摩擦系数为ws＝0.57,钻杆的重力系数g＝0.98n/m，钻孔倾角修正系数为c。
[0067]
步骤六、根据第一孔深、第二孔深、第三孔深的测量值，采用公式(2)计算主动钻杆及多个附加钻杆深入地面的最终钻孔深度h:
[0068]
h＝ah1+bh2+ch3
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0069]
公式(2)中，a,b,c为根据经验值得出的h1、h2、h3的权重比例，其中a+b+c＝1。
[0070]
进一步地，所述步骤s4中的所述阀值为钻进初始时，主动钻杆及多个附加钻杆的重量值g0；当称重模块的测得的重力大于阀值g0时开始测量。
[0071]
进一步地，所述称重模块在测量时，停止钻进或提升5-15s，待数据稳定后取值。
[0072]
进一步地，停止钻进或提升的时间为10s。
[0073]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。