一种井中测量光纤布设装置及方法与流程

本发明属于光纤测量和监测，涉及一种井中测量光纤布设装置及方法。

背景技术：

1、光纤监测技术作为一种新型的测量与监测技术，能够适应复杂的环境条件，并提供连续的高精度测量形变、温度等测量数据。在监测地面、道路、建筑物、堤坝的沉降变形监测中，需要在监测井中布设垂向光纤，并保持光纤垂直紧绷。现有布设方法，一般是在监测井施钻井工完毕后，用重物(光纤导头，下同)系在光纤下端，垂向放入监测井中。面对较为复杂的地质条件时，钻孔易发生老化、坍塌、缩径，导致出现光纤导头卡在井筒中间上下不能移动的情况发生，此时需要利用钻机的钻杆进行顶进。当用钻杆也无法顶进时，需要收回光纤，用钻机对钻孔进行扩孔和清扫作业后，再次布设光纤。如图1所示，以南智传感为例，现有光纤投放装置与吊线锤类似结构，内部设有螺丝螺帽紧固装置，用于固定系留光纤，当钻孔存在倾斜、缩径、弯曲等情况时，无法靠自身实现垂直导向功能，也无法避免因中途卡住，不能放到底也不能回收的问题。

2、上述情况下的顶进和收回作业，均给光纤施加了巨大的张力，使得光纤被拉断的风险大大增加，轻则已投放光纤和设备受到损失，重则钻孔报废。上述问题的发生概率和风险往往随钻孔深度增加急剧增大，同时经济损失也急剧放大，尤其在重大工程建设、重大科学研究工程施工中，深钻造价往往数千万元，一旦钻孔报废损失难以估量。因此，有必要改进现有光纤布设装置和技术方法。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种井中测量光纤布设装置，实现垂向光纤的顺畅布设，并消除光纤下放过程中的承荷作用，避免光纤拉断。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种井中测量光纤布设装置，包括锁止舱、光纤导头和锁止组件；所述的锁止舱为上部开口的空心圆柱体，顶部内壁设有与钻杆连接的螺纹；所述的锁止组件安装在锁止舱内；所述的光纤导头底部为锥形，顶部通过锁止组件与锁止舱之间可分离式连接；光纤导头上设有成对的光纤穿孔，用于光纤穿入穿出形成回路。

4、进一步地，所述的光纤导头顶部设有圆形台阶；所述圆形台阶顶部设有与锁止舱内锁止组件配合的挂耳。

5、进一步地，所述的光纤导头包括导头上半段和导头下半段；所述导头上半段为顶部封闭而下部开口的空心圆柱体，导头上半段的顶部通过连接杆与圆形台阶一体成型；所述导头上半段顶部位于连接杆的外围，设置有成对的光纤穿孔。

6、进一步地，所述的导头下半段为带有封闭锥帽的空心圆柱体。

7、进一步地，所述的导头上半段与所述的导头下半段通过内外螺纹连接。

8、进一步地，所述的锁止组件包括电磁铁、锁止杆以及压簧；所述的电磁铁设置在锁止舱内部底板上；所述的锁止杆为一组，呈圆柱状并设有台阶，以电磁铁为圆心水平设置于底板外侧；所述压簧一端连接在锁止杆的台阶上，一端与电磁铁连接；所述的挂耳贯穿底板，其顶部设有与锁止杆端部配合的锁孔；当电磁铁通电时，锁止杆受到引力向电磁铁移动并压缩压簧，锁止杆端部从挂耳的锁孔中分离，实现对下方圆形台阶的解锁动作，此时锁止舱能够与下方圆形台阶以及光纤导头实现分离。

9、进一步地，所述的锁止舱的侧面贯穿有电缆，所述电缆一端与电磁铁连接，另一端穿过锁止舱壁面与地面电源连接。

10、进一步地，所述的圆形台阶直径与锁止舱直径相等，且大于下方光纤导头顶部直径；所述的连接杆直径小于圆形台阶和下方光纤导头顶部直径。

11、更进一步地，本发明还提供上述装置在井中布设测量光纤的方法，包括如下步骤：

12、s1：将锁止舱与钻杆连接，光纤导头通过锁止组件连接在锁止舱下方；

13、s2：将光纤从一对光纤穿孔内穿入和穿出，形成回路；

14、s3：将光纤导头随钻杆进入钻孔向下放入监测井内，使得光纤跟随光纤导头到达指定投放位置；

15、s4：从井口提拉光纤使其绷直，然后通过锁止组件解锁，将光纤导头与锁止舱分离，即完成布设。

16、进一步地，还包括步骤s5：当光纤无法继续下放到达指定位置时，提升钻杆将锁止舱、光纤导头以及穿设在光纤导头内的光纤收回，待扫孔扩孔后重新布设。

17、有益效果：

18、(1)本发明光纤布设装置在钻杆下部安装可拆卸的导头锁止舱，内设锁止组件。由锁止组件悬挂光纤导头，在提钻和下钻过程中由钻杆、锁止舱和导头之间的刚性连接承荷代替光纤的柔性连接承荷，避免光纤被拉断及由此导致钻孔堵塞报废，也可以避免光纤来回摆动，使光纤布设过程更为顺利和标准化。

19、(2)本发明利用钻机钻杆作为光纤布设工具，在提钻和下钻过程中由钻杆、锁止仓和导头之间的刚性连接，替代了现有技术中利用光纤作为柔性连接的承荷结构，能够更好地实现垂向导向作用，并大大降低了光纤的布设和回收过程中失败的几率，避免光纤被拉断及由此导致钻孔堵塞报废，也可以避免光纤来回摆动，使得光纤投放尤其是深孔光纤投放更加顺畅和安全，能够有效避免钻孔和设备报废的风险，使光纤布设过程更为顺利和标准化。锁止舱可重复使用，成本较低，相对于传统的光纤布设方法有明显技术进步。

技术特征：

1.一种井中测量光纤布设装置，其特征在于，包括锁止舱(1)、光纤导头(7)和锁止组件；所述的锁止舱(1)为上部开口的空心圆柱体，顶部内壁设有与钻杆连接的螺纹；所述的锁止组件安装在锁止舱(1)内；所述的光纤导头(7)底部为锥形，顶部通过锁止组件与锁止舱(1)之间可分离式连接；光纤导头(7)上设有成对的光纤穿孔(13)，用于光纤(14)穿入穿出形成回路。

2.根据权利要求1所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的光纤导头(7)顶部设有圆形台阶(8)；所述圆形台阶(8)顶部设有与锁止舱(1)内锁止组件配合的挂耳(9)。

3.根据权利要求2所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的光纤导头(7)包括导头上半段(11)和导头下半段(12)；所述导头上半段(11)为顶部封闭而下部开口的空心圆柱体，导头上半段(11)的顶部通过连接杆(10)与圆形台阶(8)一体成型；所述导头上半段(11)顶部位于连接杆(10)的外围，设置有成对的光纤穿孔(13)。

4.根据权利要求3所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的导头下半段(12)为带有封闭锥帽的空心圆柱体。

5.根据权利要求3所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的导头上半段(11)与所述的导头下半段(12)通过内外螺纹连接。

6.根据权利要求2所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的锁止组件包括电磁铁(3)、锁止杆(5)以及压簧(6)；所述的电磁铁(3)设置在锁止舱(1)内部底板(2)上；所述的锁止杆(5)为一组，呈圆柱状并设有台阶，以电磁铁(3)为圆心水平设置于底板(2)外侧；所述压簧(6)一端连接在锁止杆(5)的台阶上，一端与电磁铁(3)连接；所述的挂耳(9)贯穿底板(2)，其顶部设有与锁止杆(5)端部配合的锁孔；当电磁铁(3)通电时，锁止杆(5)受到引力向电磁铁(3)移动并压缩压簧(6)，锁止杆(5)端部从挂耳(9)的锁孔中分离，实现对下方圆形台阶(8)的解锁动作，此时锁止舱(1)能够与下方圆形台阶(8)以及光纤导头(7)实现分离。

7.根据权利要求2所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的锁止舱(1)的侧面贯穿有电缆(4)，所述电缆(4)一端与电磁铁(3)连接，另一端穿过锁止舱(1)壁面与地面电源连接。

8.根据权利要求2所述的井中测量光纤布设装置，其特征在于，所述的圆形台阶(8)直径与锁止舱(1)直径相等，且大于下方光纤导头(7)顶部直径；所述的连接杆(10)直径小于圆形台阶(8)和下方光纤导头(7)顶部直径。

9.采用权利要求1所述装置在井中布设测量光纤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的在井中布设测量光纤的方法，其特征在于，还包括步骤s5：当光纤(14)无法继续下放到达指定位置时，提升钻杆将锁止舱(1)、光纤导头(7)以及穿设在光纤导头(7)内的光纤(14)收回，待扫孔扩孔后重新布设。

技术总结
本发明公开了一种井中测量光纤布设装置及方法，包括锁止舱、光纤导头和锁止组件；所述的锁止舱为上部开口的空心圆柱体，顶部内壁设有与钻杆连接的螺纹；所述的锁止组件安装在锁止舱内；所述的光纤导头底部为锥形，顶部通过锁止组件与锁止舱之间可分离式连接；光纤导头上设有成对的光纤穿孔，用于光纤穿入穿出形成回路。本发明光纤布设装置在钻杆下部安装可拆卸的导头锁止舱，内设锁止组件。由锁止组件悬挂光纤导头，在提钻和下钻过程中由钻杆、锁止舱和导头之间的刚性连接承荷代替光纤的柔性连接承荷，避免光纤被拉断及由此导致钻孔堵塞报废，也可以避免光纤来回摆动，使光纤布设过程更为顺利和标准化。

技术研发人员：周迅,姜月华,梅世嘉,刘林,杨海,陈孜,李云,项红丽,杨国强
受保护的技术使用者：中国地质调查局南京地质调查中心（华东地质科技创新中心）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15