一种用于测井的可伸缩探测电极装置

本发明属于场地原位电性勘探技术领域，尤其涉及一种用于测井的可伸缩探测电极装置。

背景技术：

钻井地球物理勘探，即为在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称，简称为“测井”。目前配合测井所使用的电极装置为长度固定金属电极，当采用四电极法进行测量作业时，使用四支金属电极为场地形成点电极，通过测试场地电压、电流、极化率，得到场地电阻率、电导率等参数。

在测量过程中，此类电极受测井直径、井壁环境等因素影响，容易因钻孔直径较大、井壁凹凸不平整等问题与测井井壁接触不良，无法形成点电极，进而导致测量失败或出现较大误差。目前，本领域仍缺乏操作简便、接触性好的测井用探测电极装置。

为保证测量数据的准确性和科研结果的真实性，设计一种用于测井的可伸缩探测电极装置尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于测井的可伸缩探测电极装置，既能保证电极在测量过程中的安全性和耐久性，又能有效提高测量数据的准确性和工作效率。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种用于测井的可伸缩探测电极装置，包括套筒、四个伸缩电极结构、控制系统，四个所述伸缩电极结构沿轴向平行容置于所述套筒内，所述伸缩电极结构包括：

电极，所述电极垂直于所述套筒的轴线放置于所述套筒内，将所述电极的探测端定义为所述电极的前端，所述电极的下侧面上设有齿条，所述电极的后端与所述控制系统电连接；

步进电机组件，包括步进电机及传动齿轮，所述步进电机固定安装于所述套筒的内壁上，所述步进电机的输入轴与所述控制系统信号连接，所述步进电机的输出轴与所述传动齿轮的输入轴连接，所述传动齿轮安装于所述电极的下方且靠近所述电极的探测端；

支撑齿轮，所述支撑齿轮安装于所述电极的下方且位于所述电极的中部，用于支撑所述电极；

所述电极下侧面上的所述齿条与所述传动齿轮及所述支撑齿轮啮合连接，所述电极在所述传动齿轮的驱动下可沿垂直于所述套筒的轴线方向运动，当处于探测状态时，所述传动齿轮驱动所述电极向前运动，所述电极的探测端穿过所述套筒的侧壁伸出于所述套筒，此时，所述支撑齿轮位于所述电极的后端，当探测结束时，所述传动齿轮驱动所述电极向后运动，所述电极的探测端缩回于所述套筒内。

优选地，所述控制系统包括步进电机微机控制单元和步进电机驱动器，所述步进电机微机控制单元包括控制面板、脉冲发送控制单元，所述控制面板与所述脉冲发送控制单元信号连接，所述控制面板给出控制指令，所述脉冲发送控制单元响应于所述控制指令输出一定数量脉冲，所述步进电机驱动器与所述脉冲发送控制单元信号连接，所述步进电机驱动器接收所述脉冲，驱动所述步进电机转动，进而驱动所述传动齿轮转动相应角度。

优选地，所述步进电机微机控制单元还包括反馈与保护单元，所述反馈与保护单元的信号输入端与所述步进电机驱动器连接，所述反馈与保护单元的信号输出端与所述脉冲发送控制单元连接。

优选地，所述电极采用金属棱柱，所述金属棱柱的下侧面上开设有若干沿径向平行排布的齿，形成所述齿条。

优选地，所述步进电机组件还包括联轴器，所述步进电机的输出轴与所述联轴器的输入轴连接，所述联轴器的输出轴与所述传动齿轮的输入轴连接。

优选地，所述步进电机组件还包括电机座，所述电机座固定安装于所述套筒的内壁上，所述步进电机固定安装于所述电机座上。

优选地，所述套筒的顶部设有若干吊环，用于与所述套筒的牵拉吊线相连。

优选地，还包括齿轮支架，所述齿轮支架固定安装于所述套筒的内壁上，所述支撑齿轮可转动安装于所述齿轮支架上。

优选地，所述套筒的材质为聚氯乙烯。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明提供了一种用于测井的可伸缩探测电极装置，在原位场地进行测井测量时，通过控制电极的伸出长度，可有效调节电极与测井壁的接触情况，即使测井壁不平整，电极也可以通过增大伸出长度，保持与测井壁接触良好，且满足四电极法的点电极要求。

2)本发明提供了一种用于测井的可伸缩探测电极装置，每支电极的伸缩距离可以通过相应的步进电机独立控制。控制面板对每支电极实现分档控制，保证了所有电极均能与井壁接触良好，且满足四电极法的点电极要求。

3)本发明提供了一种用于测井的可伸缩探测电极装置，由于测井下环境未知，在装置收放过程中容易因撞击井壁发生小部分坍落，本电极装置具有较好的整体性，保证了金属电极在使用过程中的的安全性和耐久性。

4)本发明提供了一种用于测井的可伸缩探测电极装置，电极伸缩距离可根据测井口径主动调整，具有较好的适应性；控制面板操作简单，具有良好的实用性。

5)本发明提供了一种用于测井的可伸缩探测电极装置，整体装置尺寸可根据实际应用场景定制，适用于多种测井，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于测井的可伸缩探测电极装置的整体示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于测井的可伸缩探测电极装置的局部示意图；

图3为本发明实施例提供的一种用于测井的可伸缩探测电极装置的步进电机组件的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种用于测井的可伸缩探测电极装置的控制系统的示意图。

附图标记说明：

1：套筒；11：吊环；2：伸缩电极结构；21：电极；211：齿条；22：步进电机组件；221：步进电机；222：传动齿轮；223：联轴器；224：电机座；23：支撑齿轮；3：控制系统；31：步进电机微机控制单元；311：控制面板；312：脉冲发送控制单元；313：反馈与保护单元；32：步进电机驱动器；4：牵拉吊线；5：齿轮支架；6：控制线；7：电极线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于测井的可伸缩探测电极装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1至图4所示，本发明提供了一种用于测井的可伸缩探测电极装置，包括套筒1、四个伸缩电极结构2、控制系统3；

套筒1用于容置伸缩电极结构2，在本实施例中，套筒1为绝缘薄壁圆柱套筒，其材质为聚氯乙烯。套筒1的顶部设有若干吊环11，用于与套筒的牵拉吊线4相连，在本实施例中，套筒1的顶部边缘上对称分布有两个吊环11，套筒1的圆心处开设有过线孔，使得电极线7穿过过线孔连接至电极21处，控制线6穿过过线孔连接至步进电机221处；

四个伸缩电极结构2沿轴向平行容置于套筒1内，每一个伸缩电极结构2由控制系统3单独控制，每支电极21的伸缩距离可以通过相应的步进电机221独立控制，伸缩电极结构2包括电极21、步进电机组件22及支撑齿轮23，伸缩电极结构2的各组成部件详述如下：

电极21垂直于套筒1的轴线放置于套筒1内，将电极21的探测端定义为电极21的前端，电极21的下侧面上设有齿条211，电极21的后端通过电极线7与控制系统3电连接，在本实施例中，电极21采用金属棱柱，且电极21的探测端设计为尖形，金属棱柱的下侧面上开设有若干沿径向平行排布的齿，形成齿条211，电极21的长度为80mm，纵截面为5mm*5mm；

步进电机组件22包括步进电机221及传动齿轮222，步进电机221固定安装于套筒1的内壁上，在本实施例中，步进电机组件22还包括电机座224，电机座224固定安装于套筒1的内壁上，步进电机221固定安装于电机座224上，步进电机221的输入轴与控制系统3信号连接，步进电机221的输出轴与传动齿轮222的输入轴连接，传动齿轮222安装于电极21的下方且靠近电极21的探测端，在本实施例中，步进电机组件22还包括联轴器223，步进电机221的输出轴与联轴器223的输入轴连接，联轴器223的输出轴与传动齿轮222的输入轴连接，传动齿轮222与齿条211啮合连接，传动齿轮222的齿角、齿数、齿轮半径均与齿条211相匹配，步进电机组件22需完全密封于套筒1内，防止测井内水土渗入影响仪器工作；

支撑齿轮23安装于电极21的下方且位于电极21的中部，用于支撑电极21，在本实施例中，可伸缩探测电极装置还包括齿轮支架5，齿轮支架5固定安装于套筒1的内壁上，齿轮支架5为一l形的支架，支撑齿轮23可转动安装于齿轮支架5上，支撑齿轮23与齿条211啮合连接，支撑齿轮23的齿角、齿数、齿轮半径均与齿条211相匹配；

电极下侧面上的齿条211与传动齿轮222及支撑齿轮23啮合连接，电极21在传动齿轮222的驱动下可沿垂直于套筒1的轴线方向运动，当处于探测状态时，传动齿轮222驱动电极21向前运动，电极21的探测端穿过套筒1的侧壁伸出于套筒1，此时，支撑齿轮23位于电极21的后端，电极21后端的最大位移不超过支撑齿轮23的位置，当探测结束时，传动齿轮222驱动电极21向后运动，电极21的探测端缩回于套筒1内，传动齿轮222和支撑齿轮23协同作用，保证电极21在伸缩过程中的稳定性。

在本实施例中，控制系统3包括步进电机微机控制单元31和步进电机驱动器32，步进电机微机控制单元31包括控制面板311、脉冲发送控制单元312，控制面板311与脉冲发送控制单元312信号连接，控制面板311给出控制指令，脉冲发送控制单元312响应于控制指令输出一定数量脉冲，步进电机驱动器32与脉冲发送控制单元312信号连接，步进电机驱动器32接收脉冲，驱动步进电机221转动一定圈数，进而驱动传动齿轮222转动相应角度，在本实施例中，控制面板311对每支电极21实现分档控制，控制面板311给出不同档位控制指令，脉冲发送控制单元312根据不同档位控制指令输出不同数量脉冲，步进电机驱动器32根据接收到的脉冲，驱动传动齿轮222转动相应角度，进而控制电极21位移不同距离，保证了所有电极21均能与井壁接触良好，且满足四电极法的点电极要求；

在本实施例中，步进电机微机控制单元31还包括反馈与保护单元313，反馈与保护单元313的信号输入端与步进电机驱动器32连接，反馈与保护单元313的信号输出端与脉冲发送控制单元312连接，在本实施例中，可伸缩探测电极装置的具体工作过程为，步进电机221采用两相步进电机，每接收一个脉冲，传动齿轮222转角为1.8°，电极21每位移10mm为一个档位，则相应的电极齿距设计为16.7mm，传动齿轮222半径设计为5.3mm，齿角为18°，即每接收六十个脉冲，传动齿轮222转角108°、转动六齿，电极21位移10mm。

由于测井尺寸随实验需求可灵活选用，而目前惯用打孔直径为89～130，因此套筒1的直径设计为90mm，电极21最大伸出长度40mm，即可满足常用测井直径最大130mm的需求。

本发明提供的一种用于测井的可伸缩探测电极装置，在原位场地进行测井测量时，通过控制电极的伸出长度，可有效调节电极与测井壁的接触情况，即使测井壁不平整，电极也可以通过增大伸出长度，保持与测井壁接触良好，且满足四电极法的点电极要求，每支电极的伸缩距离可以通过相应的步进电机独立控制，控制面板对每支电极实现分档控制，保证了所有电极均能与井壁接触良好，且满足四电极法的点电极要求。且由于测井下环境未知，在装置收放过程中容易因撞击井壁发生小部分坍落，本电极装置具有较好的整体性，保证了金属电极在使用过程中的的安全性和耐久性，电极伸缩距离可根据测井口径主动调整，具有较好的适应性；控制面板操作简单，具有良好的实用性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。