本發(fā)明涉及地質(zhì)勘測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種鉆桿底部試驗設(shè)備狀態(tài)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

水利、水電、交通、核電和采礦等行業(yè)進行地質(zhì)作業(yè)時，需要對地鉆孔以達到對深部地層勘探的目的。鉆孔完成后，需要進行各種試驗來了解深部地層的信息，試驗內(nèi)容包括物探、水位探測、巖體滲漏試驗、地應(yīng)力試驗、放射性檢測和有害氣體檢測等。以上各種試驗和測試需要將探測裝置放入鉆孔深部進行工作，試驗數(shù)據(jù)的獲取一般采用兩種形式，一種是帶電源測試技術(shù)，即試驗裝置與地面上的主機通過線纜連接，進行動作控制和試驗數(shù)據(jù)采集，試驗數(shù)據(jù)存儲于地面設(shè)備中，如各種物探試驗。該種實現(xiàn)方式不需要鉆桿，但需要攜帶笨重的電纜。另一種是自備電源或無源測試，即通過鉆桿將試驗裝置放入孔(井)內(nèi)，通過水、氣介質(zhì)和鉆桿動作對孔內(nèi)裝置進行控制和測試，如自備電源測試、地應(yīng)力試驗和壓水試驗等。

隨著電池技術(shù)的發(fā)展，甩掉笨重的電纜，采用自備電源探測或無源探測的第二種測試技術(shù)將獲得更多的應(yīng)用。當前，地應(yīng)力和壓水試驗通過推拉裝置實現(xiàn)了對底部裝置兩個狀態(tài)的控制，分別為接通水囊通道狀態(tài)和水囊增壓后的鉆桿自由放下狀態(tài)。但是更多通道聯(lián)通應(yīng)用或多路電信號切換還是無法實現(xiàn)，不利于試驗?zāi)繕说耐瓿伞?/p>

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種鉆桿底部試驗設(shè)備狀態(tài)控制系統(tǒng)及方法，通過對鉆桿的上下動作，在孔口增加狀態(tài)指示、在底部增加深度—流體通道或電信號切換裝置的辦法，可實現(xiàn)對測試設(shè)備的多個狀態(tài)(≥3)進行精準控制，對于改進復雜條件下的地應(yīng)力和壓水試驗等測試具有革命性意義，同時，對于控制自備電源裝置在鉆孔任意深度完成復雜操作提供了實現(xiàn)方法。

一種鉆桿底部試驗設(shè)備狀態(tài)控制系統(tǒng)，包括鉆機及附屬設(shè)備及由下至上依次連接的試驗設(shè)備、膨脹裝置、深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿、鉆桿及狀態(tài)指示桿，深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿、膨脹裝置、試驗設(shè)備上均設(shè)有流體通道和線纜，在進行設(shè)備安裝時將各自的流體通道和線纜依次連通，然后依次連接放入鉆孔，鉆機及附屬設(shè)備與狀態(tài)指示桿連接，可帶動整個設(shè)備在鉆孔內(nèi)上下移動，狀態(tài)指示桿上設(shè)有用于接入流體的管路接口，流體可通過管路接口依次流入狀態(tài)指示桿、鉆桿、深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿，狀態(tài)指示桿上設(shè)有多個標示底部試驗設(shè)備狀態(tài)的狀態(tài)刻度線，深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿包括位于中部的中心桿及設(shè)于中心桿外層的外筒，中心桿的上端與鉆桿連接，膨脹裝置鼓起并附著于鉆孔孔壁后，中心桿可相對外筒向下滑動，中心桿下滑不同的位置可切換流體通道或電信號給試驗設(shè)備進行相應(yīng)動作。

進一步的，試驗設(shè)備通過連接桿與膨脹裝置連接，所述膨脹裝置具有上接口和下接口，連接桿的一端與試驗設(shè)備連接，另一端與膨脹裝置的下接口連接，膨脹裝置的上接口與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿下端連接。

進一步的，管路接口與流體管路聯(lián)通，流體管路上設(shè)有壓力表。

進一步的，膨脹裝置內(nèi)設(shè)有擴張部件，流體依次通過狀態(tài)指示桿的內(nèi)孔、鉆桿內(nèi)孔、深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿、流體通道和線纜和膨脹裝置的組成的通道使膨脹裝置的擴張部件膨脹并附著于孔壁上。

進一步的，當外筒上設(shè)有齒式撥盤，中心桿為中空的異形桿件，作為流體通道與膨脹裝置的擴張部件聯(lián)通，并設(shè)有多個中心桿撥齒，在上下滑動時與齒式撥盤接觸，觸發(fā)相應(yīng)電信號給試驗設(shè)備進行相應(yīng)試驗。

進一步的，當中心桿為中空的圓柱體，在外筒相應(yīng)位置布置推擠式開關(guān)及線路，中心桿內(nèi)孔作為流體通道與膨脹裝置的擴張部件聯(lián)通，外筒上設(shè)置推擠式開關(guān)，在上下滑動時中心桿與推擠式開關(guān)接觸，亦可觸發(fā)相應(yīng)電信號給試驗設(shè)備進行相應(yīng)試驗。

進一步的，所述膨脹裝置為氣囊或水囊。

一種鉆桿底部試驗設(shè)備狀態(tài)控制方法，其特征在于使用如上所述的系統(tǒng)進行，所述方法包括如下步驟：

步驟一，將試驗設(shè)備通過連接桿與膨脹裝置的膨脹裝置下接口連接，并通過膨脹裝置上接口與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿的膨脹裝置接頭連接，將各設(shè)備串接一起，并將深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿、膨脹裝置、試驗設(shè)備的流體通道和線纜聯(lián)通，一起放入鉆孔的孔口部位，隨后通過鉆機與附屬設(shè)備的操作將鉆桿與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿上接口連接，最終將試驗設(shè)備放至試驗要求孔深；

步驟二，將狀態(tài)指示桿連接在鉆桿的上部，狀態(tài)指示桿上設(shè)有管路接口，管路接口與流體管路聯(lián)通，以將流體接入狀態(tài)指示桿；

步驟三，放松鉆機與附屬設(shè)備的孔口鉆桿卡緊裝置，改由鋼絲繩起吊孔內(nèi)設(shè)備，然后將流體泵入流體管路，流體進入狀態(tài)指示桿的內(nèi)孔、鉆桿內(nèi)孔、深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿、流體通道和線纜和膨脹裝置的組成的通道，使膨脹裝置的擴張部件膨脹并附著于孔壁上，可使得膨脹裝置和試驗設(shè)備保持不動，此時對應(yīng)第一狀態(tài)，此狀態(tài)為試驗輔助狀態(tài)，此時狀態(tài)指示桿上的其中一個狀態(tài)刻度線指示在鉆機或孔口固定物體上；

步驟四，操作鉆機及附屬設(shè)備使得狀態(tài)指示桿、鉆桿和深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿的中心桿一起下降，而此時深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿的外筒保持不動，當狀態(tài)指示桿的其他狀態(tài)刻度線下降到鉆機或孔口固定物體上的標識高度時，鉆桿及試驗設(shè)備聯(lián)通相應(yīng)流體通道，或中心桿在下降過程中觸發(fā)相應(yīng)電信號給試驗設(shè)備進行相應(yīng)試驗。

進一步，所述流體為水或氣體。

本發(fā)明通過對鉆桿的孔口部位增加狀態(tài)指示和底部增加深度——流體通道或電路信號切換裝置，從而達到孔內(nèi)自備電源設(shè)備在任意孔深處的狀態(tài)控制，以及孔內(nèi)無源探測設(shè)備3個及以上狀態(tài)的實現(xiàn)方法，其中孔口部位增加的是狀態(tài)指示桿，底部增加流體通道或電路信號切換轉(zhuǎn)換桿、孔壁摩擦力提供裝置和試驗裝置，適用于在鉆孔內(nèi)進行自帶電源的試驗信號轉(zhuǎn)換、流體的試驗通道切換，可用于水利、水電、交通、核電和采礦等多個領(lǐng)域內(nèi)的鉆孔試驗的領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鉆桿底部試驗設(shè)備狀態(tài)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中狀態(tài)指示桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿通道切換時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中通道切換時膨脹裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中試驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明中電路信號切換時的深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明中電路信號切換時的膨脹裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—鉆機及附屬設(shè)備，2—流體管路，3—壓力表，4—狀態(tài)指示桿，5—鉆桿，6—深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿，7、20、23—流體通道和線纜，8—膨脹裝置，9—試驗設(shè)備，10—鉆孔，11—狀態(tài)指示桿上接頭，12—管路接口，13—狀態(tài)刻度線，14—狀態(tài)指示桿下接頭，15—膨脹裝置接頭，16—深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿上接口，17—中心桿，18—外筒，19—密封圈，21—擴張部件，22—膨脹裝置上接口，24—膨脹裝置流體通道下接口，25—連接桿，26—中心桿撥齒，27—齒式撥盤。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

圖1所示為本發(fā)明控制系統(tǒng)連接示意圖，所述控制系統(tǒng)包括鉆機及附屬設(shè)備1、狀態(tài)指示桿4、鉆桿5、深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6、膨脹裝置8、試驗設(shè)備9。

試驗設(shè)備9通過連接桿25與膨脹裝置8連接，膨脹裝置8可為氣囊或水囊。如圖4所示，所述膨脹裝置8具有上接口22和下接口24，連接桿25的一端與試驗設(shè)備9連接，另一端與膨脹裝置8的下接口24連接，所述連接方式可為螺紋連接、插接或其他可拆卸固定連接方式，本實施例為螺紋連接。膨脹裝置8的上接口22與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6下端的膨脹裝置接頭15連接，從而將試驗設(shè)備9、連接桿25、膨脹裝置8、深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6由下至上依次連接。深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6、膨脹裝置8、試驗設(shè)備9上均設(shè)有流體通道和線纜，在進行設(shè)備安裝時將各自的流體通道和線纜依次連通，然后放入鉆孔10的孔口部位。

深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6、鉆桿5及狀態(tài)指示桿4由下至上依次連接。請繼續(xù)參考圖2，所述鉆桿5具有鉆桿上接頭和鉆桿下接頭，狀態(tài)指示桿4具有狀態(tài)指示桿上接頭11和狀態(tài)指示桿下接頭14。鉆桿5的鉆桿下接頭與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6的深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿上接口16連接，鉆桿下接頭與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿上接口16通過螺紋方式連接。所述鉆桿5的鉆桿上接頭與狀態(tài)指示桿4的下端連接。其中鉆桿5由鉆機與附屬設(shè)備1操作，使其鉆桿接頭與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6的上接口16連接，最終將試驗設(shè)備9放至試驗要求孔深。深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6包括位于中部的中心桿17及設(shè)于中心桿17外層的外筒18，中心桿17的上端與鉆桿5連接，具體的，中心桿17上端的深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿上接口16與鉆桿5連接。中心桿17可相對外筒18進行上下滑動。

狀態(tài)指示桿4連接在鉆桿5的上部，同時聯(lián)通流體管路2和壓力表3等地面試驗輔助設(shè)備。至此，試驗設(shè)備連接全部完成。

當進行試驗時，首先需要將試驗設(shè)備9通過連接桿25與膨脹裝置8的膨脹裝置下接口24連接，并通過膨脹裝置上接口22與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6的膨脹裝置接頭15連接，將各設(shè)備串接一起，并將以上設(shè)備的流體通道和線纜聯(lián)通，一起放入鉆孔10的孔口部位。隨后通過鉆機與附屬設(shè)備1的操作將已知長度、并密封的鉆桿5與深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6的上接口16連接起來，最終將試驗設(shè)備9放至試驗要求孔深。

其次，將狀態(tài)指示桿4連接在鉆桿5的上部，狀態(tài)指示桿4上設(shè)有管路接口12，管路接口12與流體管路2聯(lián)通，流體管路2上設(shè)有壓力表3。至此，試驗設(shè)備連接全部完成。

試驗時，放松鉆機與附屬設(shè)備1的孔口鉆桿卡緊裝置，改由鋼絲繩起吊孔內(nèi)設(shè)備。然后將水或氣體泵入流體管路2，流體進入狀態(tài)指示桿4的內(nèi)孔、鉆桿5內(nèi)孔、深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6、流體通道和線纜和膨脹裝置8的組成的通道，使膨脹裝置8的擴張部件21膨脹并附著于孔壁上，可使得膨脹裝置8和試驗設(shè)備9保持不動。此時對應(yīng)第一狀態(tài)，此狀態(tài)為試驗輔助狀態(tài)。

圖2、圖3、圖4和圖5顯示的為流體通道切換的局部設(shè)計。狀態(tài)指示桿4上設(shè)有多個標示底部試驗設(shè)備狀態(tài)的狀態(tài)刻度線13。當操作將設(shè)備送到鉆孔10特定深度時，此時對應(yīng)第一狀態(tài)，將膨脹裝置8鼓起，將此時狀態(tài)指示桿4的第一狀態(tài)的第一狀態(tài)刻度線指示在鉆機或孔口固定物體上。再操作鉆機及附屬設(shè)備1使得狀態(tài)指示桿4、鉆桿5和深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6的中心桿17一起下降，而此時深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6的外筒18保持不動，當上述設(shè)備和狀態(tài)指示桿4的第二狀態(tài)刻度線下降到鉆機或孔口固定物體上的標識高度時，鉆桿5及試驗設(shè)備9聯(lián)通第2流體通道，以此類推，從而達到通道切換的目的，使得試驗設(shè)備9的不同流體通道聯(lián)通以實現(xiàn)不同的目的。狀態(tài)指示桿4上的第n狀態(tài)刻度線與孔口固定物體上的標識同高度，就表示下面流體通道對應(yīng)于第n流體通道或第n狀態(tài)。由此，可以布置多個狀態(tài)，流體通道切換狀態(tài)的最大數(shù)目受底部流體通道布置容量限制，與部件的設(shè)計加工水平相關(guān)。

電子信號切換需要改變深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6和膨脹裝置8設(shè)計：如方案1：深度狀態(tài)轉(zhuǎn)換桿6的中心桿17為中空的圓柱體，在外筒18相應(yīng)位置布置推擠式開關(guān)及線路，中心桿17內(nèi)孔與膨脹裝置8聯(lián)通，在上下滑動時中心桿17與推擠式開關(guān)接觸，觸發(fā)相應(yīng)電信號給試驗設(shè)備進行相應(yīng)試驗；方案2、外筒18布置齒式撥盤及線路，中心桿17改為對應(yīng)的撥齒布置等，如圖6所示，外筒18上設(shè)有齒式撥盤27，中心桿17為中空的，通道與膨脹裝置8的擴張部件21聯(lián)通(如圖7所示)，用以完成上述第一狀態(tài)。同時，中心桿17對應(yīng)設(shè)有多個中心桿撥齒26，所述多個中心桿撥齒26呈上下排列間隔設(shè)置，中心桿撥齒26可與齒式撥盤27接觸。為了達成對底部試驗設(shè)備9的控制，需要預(yù)先對試驗設(shè)備電信號進行定義，即可將鉆桿5的上下運動對應(yīng)為試驗設(shè)備9相應(yīng)電信號通道的切換，中心桿17在下降過程中會依次與齒式撥盤27觸碰，每次觸碰即觸發(fā)相應(yīng)電信號給試驗設(shè)備9，在試驗設(shè)備9中預(yù)先設(shè)定每次觸碰觸發(fā)電信號相應(yīng)啟動何種動作進行試驗，從而達到對試驗設(shè)備9傳遞控制電信號的目的。

試驗結(jié)束，通過操作鉆機及附屬設(shè)備1將狀態(tài)指示桿4提升對應(yīng)于第一狀態(tài)的位置，維持一定時間，使膨脹裝置8的擴張部件21的完全縮回?；蛘?，通道切換時可將最后一個狀態(tài)對應(yīng)于膨脹裝置8的擴張部件21的收縮。上述步驟完成，將狀態(tài)指示桿4卸下，調(diào)整鉆桿深度，將狀態(tài)指示桿4再連接在鉆桿5最上端，即可進行下一部位的試驗。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。