[發(fā)明專利]一種礦山井下鉆孔測井分析儀與方法

有效

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• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104110258A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬慶勛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/002;E21B47/022;E21B47/04;E21B47/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，包括探頭、推桿、連接電纜和控制箱；其中，

控制箱包括箱體和箱體內(nèi)設(shè)置的顯示單元、數(shù)據(jù)存儲單元、控制電路單元、電源單元以及深度計量模塊；控制電路單元具有探頭傳輸來數(shù)據(jù)的輸入接口，并具有對探頭、數(shù)據(jù)存儲單元、電源單元和深度計量模塊的控制件；顯示單元與控制電路單元相連，用于顯示鉆孔深度數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪數(shù)據(jù)和孔斜測量數(shù)據(jù)；電源單元與控制電路單元相連，用于為控制箱和/或探頭提供所需的電能；數(shù)據(jù)存儲單元與控制電路單元相連，用于對視頻數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)、自然伽瑪數(shù)據(jù)、孔斜測量數(shù)據(jù)的進一步處理與存儲，并設(shè)有數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口；深度計量模塊與控制電路單元相連，其采用光電編碼器為核心部件，通過計量連接線纜的延伸長度獲取鉆孔探測深度數(shù)據(jù)；

探頭包括金屬外殼及設(shè)置于金屬外殼內(nèi)依次相連的傳輸與控制單元、孔斜測量單元、自然伽瑪單元和攝像單元；自然伽瑪單元、孔斜測量單元分別將其所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元進行調(diào)理，調(diào)理后的數(shù)據(jù)由傳輸與控制單元進行存儲或發(fā)送至控制箱中的控制電路單元進行存儲和/或顯示；攝像單元采集的影像數(shù)據(jù)通過連接電纜發(fā)送至控制箱中的控制電路單元或傳送至傳輸與控制單元處理后再傳輸給控制箱中的控制電路單元；傳輸與控制單元上還設(shè)有對攝像單元、自然伽瑪單元和孔斜測量單元進行操作的控制件；攝像單元包括設(shè)置于探頭頂部的微型攝像頭，微型攝像頭周邊設(shè)置有LED光源；攝像單元采用連續(xù)的幀數(shù)據(jù)采集模式，將其采集的視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)傳輸電纜發(fā)送給控制箱的控制電路單元進行數(shù)據(jù)處理，再傳輸給顯示單元進行顯示和數(shù)據(jù)存儲單元進行存儲；

推桿為長度可調(diào)推桿，其伸出端與探頭連接，用于推送探頭至鉆孔中、從鉆孔中拉出探頭；

連接電纜采用多芯電纜，用于探頭與控制箱之間的通訊和/或供電。

2.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，控制箱還包括用于收放連接電纜的繞線輪，其設(shè)置于控制箱內(nèi)部或控制箱外部。

3.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，探頭還包括供電單元，其為傳輸與控制單元、孔斜測量單元、自然伽瑪單元和攝像單元供電或其中的部分供電。

4.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，還包括設(shè)置于探頭外側(cè)的扶正器，其采用弧形金屬彈片或金屬支架加滾輪結(jié)構(gòu)，扶正器在鉆孔探測中用于保持探頭處于鉆孔斷面的中央位置，并且根據(jù)測量鉆孔的孔徑能夠拆卸、更換，金屬彈片或金屬支架加滾輪至少有三個，在斷面上呈均勻布置，以保持儀器在探測過程中的平衡。

5.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，推桿采用金屬材質(zhì)制成。

6.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，探頭內(nèi)的自然伽瑪單元，包括依次連接的閃爍晶體、光電倍增管、升壓模塊及數(shù)據(jù)調(diào)理電路；自然伽瑪單元與傳輸與控制單元相連接，用于對巖層天然放射性元素的輻射計數(shù)和自然伽瑪能譜數(shù)據(jù)的采集，并將其所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元。

7.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，孔斜測量單元包括磁傳感器、加速度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)調(diào)理電路，用于測量鉆孔的方位角、傾斜角，并將其采集的鉆孔的方位角和傾斜角數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元。

8.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，控制箱內(nèi)的顯示單元包括液晶顯示屏和/或數(shù)碼管以及顯示驅(qū)動電路；液晶顯示屏用于顯示視頻數(shù)據(jù)、鉆孔深度、孔斜方位、傾斜數(shù)據(jù)，數(shù)碼管用于顯示深度數(shù)據(jù)。

9.如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，其特征在于，控制箱還包括與數(shù)據(jù)存儲單元相連接的數(shù)據(jù)處理分析模塊，通過數(shù)據(jù)存儲單元對視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪、鉆孔方位角、傾斜角數(shù)據(jù)的下載，并進行數(shù)據(jù)的分析與處理。

10.一種礦山井下鉆孔測井分析方法，其特征在于，該方法基于權(quán)利要求1至9中任一項所述的礦山井下鉆孔測井分析儀，包括以下步驟：

1)原始數(shù)據(jù)采集：將探頭與控制箱通過連接電纜連接，用推桿推送探頭，至鉆孔孔口處，啟動儀器開始工作，按照均勻的速度將探頭送入鉆孔中，完成從孔口到孔底全部鉆孔深度的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜數(shù)據(jù)及深度數(shù)據(jù)按照時間的同步采集，其中，視頻數(shù)據(jù)采用按幀采集方式，自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測量數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)采集方式為單位時間內(nèi)均勻采集若干次的離散型數(shù)據(jù)采集方式；

2)數(shù)據(jù)初步處理：對步驟1)采集的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜、深度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理分析模塊進行數(shù)據(jù)收集與處理，再利用深度數(shù)據(jù)對步驟1)采集的鉆孔視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測量數(shù)據(jù)進行深度、時間同步，即利用深度數(shù)據(jù)的離散值，按照單位時間采集的點數(shù)，計算出每個深度點的采集從開始采集數(shù)據(jù)至結(jié)束對應(yīng)的時間點，將該深度數(shù)據(jù)的時間點與視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測量數(shù)據(jù)相同時間點進行對應(yīng)，即獲得視頻、自然伽瑪、孔斜數(shù)據(jù)對應(yīng)的深度值，此過程稱之為深度刻度；

3)根據(jù)深度刻度后的鉆孔孔斜測量數(shù)據(jù)、鉆孔視頻與鉆孔深度數(shù)據(jù)，進行如下分析與計算：

(1)鉆孔指定剖面軌跡計算：①針對兩個相鄰深度點的數(shù)據(jù)離散值，按照對應(yīng)同深度的方位角、傾斜角計算出各離散點的空間坐標；②按照每相鄰兩個深度數(shù)據(jù)對應(yīng)的離散點的連線為一個線段，按照該線段與指定剖面方向的空間幾何關(guān)系，計算出該線段投影到指定剖面的長度與在剖面上的位置；③對整個鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點深度線段分別計算出投影到剖面的長度與指定剖面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整個鉆孔指定剖面軌跡曲線；

(2)鉆孔平面軌跡計算：①針對兩個相鄰深度點的數(shù)據(jù)離散值，按照對應(yīng)同深度的方位角、傾斜角計算出各離散點的空間坐標；②按照每相鄰兩個深度數(shù)據(jù)對應(yīng)的離散點的連線為一個線段，按照線段與水平面的空間幾何關(guān)系，計算出線段投影到水平面的長度與在水平面上的位置；③對整個鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點深度線段分別計算出投影到水平面的長度與水平面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整個鉆孔平面軌跡曲線；

(3)巖層巖性分層：①將深度刻度后自然伽瑪統(tǒng)計數(shù)據(jù)和/或自然伽瑪能譜數(shù)據(jù)，按深度繪制測井曲線；②利用測井曲線，和/或結(jié)合鉆孔視頻數(shù)據(jù)按照兩者同一采集深度進行視頻、測井曲線的數(shù)據(jù)研判，進行巖性判別；如果根據(jù)測井曲線或者視頻，能夠判斷出巖性，其中，自然伽瑪為高異常的地層為泥巖；如果視頻中巖層為黑色且有金屬光澤，則為煤層，此種情況下直接劃分出地層分層巖性，并確定出其分層對應(yīng)于深度的分層點的位置；

如果單一的曲線或視頻不能直接判斷巖性，此時采用視頻與自然伽瑪在同一深度處的數(shù)據(jù)進行綜合判斷，其中，在相同深度的自然伽瑪為低異常處的視頻中如果巖層為黑色、且有金屬光澤，此時判斷出巖性為煤層；如果視頻中的顏色為淺灰色、灰色、層理發(fā)育且具有顆粒感，則判斷該層巖性為砂巖；如果顏色為灰色、孔壁細膩光滑、無明顯顆粒感，則判斷該層巖性為灰?guī)r；至于其他的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細砂巖等過渡粒度的巖性，同樣結(jié)合視頻、測井曲線的相對異常值的高低，進行判斷；上述過程能夠劃分出全部鉆孔深度的巖性，并確定出其分層對應(yīng)于深度的分層點的位置，從而能夠按照深度繪制出巖性柱狀圖；

在上述基礎(chǔ)上進一步進行巖層分層真厚度計算：根據(jù)步驟(3)確定的分層位置，①針對每一個分層對應(yīng)深度范圍的數(shù)據(jù)離散值，按照對應(yīng)同深度的方位角、傾斜角計算出各離散點的空間坐標；②按照每相鄰兩個深度數(shù)據(jù)對應(yīng)的離散點的連線為一個線段，結(jié)合用戶給出的巖層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，按照線段與巖層的空間幾何關(guān)系，計算出線段穿越的巖層真厚度，其中，巖層產(chǎn)狀包括走向、傾向和傾角；③對巖層分層中相鄰線段對應(yīng)計算出的真厚度進行求和，即近似得出該巖層分層的真厚度；

按照計算出的巖層分層真厚度和巖性判斷，能夠繪制出鉆孔柱狀圖；

在計算鉆孔剖面軌跡、平面軌跡、鉆孔真厚度計算時均要考慮磁偏角的影響，磁偏角的影響在步驟1)中直接去除，或者在步驟2)或步驟3)中的計算時去除，即將磁方位角直接減去當?shù)氐拇牌堑玫降乩矸轿唤牵?/p>

(4)鉆孔結(jié)構(gòu)與富水性分析：通過視頻數(shù)據(jù)查看鉆孔孔壁巖層的裂隙、孔隙的發(fā)育程度，如果有出水點能夠觀察到出水點的特征、出水量的情況，以此作為分析成果。