一种地热勘查与地温测量装置

技术领域

本发明涉及地热勘察技术领域，具体而言，涉及一种地热勘查与地温测量装置。

背景技术

地热资源是指贮存在地球内部的可再生热能，一般集中分布在构造板块边缘一带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地球本身像一个大锅炉，深部蕴藏着巨大的热能，在地质因素的控制下，这些热能会以热蒸汽、热水、干热岩等形式向地壳的某一范围聚集，如果达到可开发利用的条件，便成了具有开发意义的地热资源。

地热勘探的目的是确定地热异常区，寻找赋存温度达到使用用途的热流体或热储。地热勘探的基本原理是：地热异常区的热量可以通过热的传导作用不断地向地表扩散，这样，通过在地表以下一定深度的温度测量和天然热流量测定，便可圈定出地热异常区，并可大致推断出地下水的分布范围和高温地下热水的分布地段，地温是指地球表面以下一定深度处的温度，地温的测量对于地质勘探、地热资源开发、地下水资源利用等领域具有重要意义。

现有的地温测量装置在钻头带动钻杆回转钻进时，温度探测器的探头容易与地层中的土壤和岩石发生碰撞与摩擦，进而导致探头受到损伤，且在进行温度测量时，探头周围容易存在钻屑，使得温度测量受到干扰，测量数据不够准确，参考价值降低。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明提供一种地热勘查与地温测量装置。

本发明的技术方案是：一种地热勘查与地温测量装置，包括：钻杆，所述钻杆之间可通过螺纹连接的方式依次进行衔接；钻头，所述钻杆底端连接有钻头，所述钻杆内设有用于对钻头进行降温的液体通道，所述液体通道与外部水源相连；测温组件，所述钻杆内安装有用于测量地温的测温组件，所述钻杆包括：主杆；凸轨，所述主杆内壁对称设有沿轴向延伸的凸轨；支杆，所述支杆与凸轨滑动连接，所述支杆能够相对主杆沿轴向移动，所述支杆底端与钻头相连；所述测温组件安装在所述支杆上，所述支杆在钻进过程中能够保持在收起状态，所述测温组件不与外界发生接触。

在其中一个实施例中，所述钻杆还包括：固定管，所述主杆内设有固定管，所述固定管位于所述支杆上侧；电动推杆，所述固定管上安装有电动推杆，所述电动推杆的活动部与支杆固定连接。

在其中一个实施例中，所述测温组件包括：框体，所述支杆内部固定安装有框体，所述框体侧面对称开设有水平方向的滑槽；滑块，所述滑块能够沿滑槽相对框体水平滑动；温度探测器，所述框体内设有可滑动拉出的温度探测器，所述支杆上开设有供所述温度探测器穿过的通槽，所述温度探测器与所述滑块固定连接；探头，所述温度探测器上安装有探头，所述探头可随温度探测器从支杆侧面伸出。

在其中一个实施例中，所述框体内对称设有两温度探测器，所述温度探测器之间连接有弹性件，所述温度探测器在弹性件的作用下相互靠近，所述温度探测器侧面安装有两组探头。

在其中一个实施例中，还包括有用于控制温度探测器和探头伸出的伸出机构，所述伸出机构包括：支架，所述固定管内安装有能够沿其轴向滑动的支架；连杆，所述支架底端和滑块之间铰接有连杆，当支架落下时连杆转动推动滑块水平移动；限位块，所述固定管内部下侧安装有限位块，所述限位块能够限制支架从固定管下侧滑出。

在其中一个实施例中，还包括有用于将探头表面所粘附的泥浆刮落的刮除机构，所述刮除机构包括：刮板，所述框体侧面安装有刮板，所述刮板上开设有与所述探头相适配的导向孔。

在其中一个实施例中，还包括有用于进一步提高地温测量精确度的隔离机构，所述隔离机构包括：由凸轨、支杆和主杆共同围合组成的圆环柱形腔室；缸体，所述主杆底端外侧套接有缸体，所述缸体与腔室连通；第一气囊，所述缸体上方设有固定安装在主杆外侧的第一气囊；第二气囊，所述缸体下方设有固定安装在支杆外侧的第二气囊；连接管，所述第一气囊和第二气囊之间通过连接管相连通，所述连接管与缸体接通。

在其中一个实施例中，所述连接管采用可伸缩的波纹管，当支杆相对主杆滑动伸出时连接管展开伸长。

在其中一个实施例中，还包括有用于截断钻杆内部液体通道的截流机构，所述截流机构包括：第一盖板，所述固定管内固定安装有圆盘状的第一盖板；支撑杆，所述支架顶端固接有支撑杆；第二盖板，所述支撑杆顶端设有圆盘状的第二盖板。

在其中一个实施例中，所述第一盖板和第二盖板上均开设有多个中心对称的过水孔，第一盖板和第二盖板上的过水孔位置相互交错，当第一盖板与第二盖板贴合时过水孔堵塞。

有益效果是：1、本发明通过钻杆的可伸缩结构设计，使得测温组件能够在未使用期间，收起置于支杆内与外部环境隔离，进而减少测温组件中的探头与地层中的土壤和岩石之间的摩擦和碰撞，避免探头受到损伤导致设备需要频繁地更换部件，延长设备的使用寿命，降低地温测量过程中的设备使用成本；

2、本发明通过测温组件与伸出机构的配合，能够使温度探测器随支杆移动展开自行从框体中伸出或随支杆移动收起自行滑回至框体内，且通过在框体中对称设置的带有两组探头的温度探测器，在进行温度测量时可在同一深度测得四组数据，进而能够通过对比筛除异常数据并通过取平均值等方式来提高测量的准确性；

3、本发明通过设计有刮除机构，能够在探头收起时，通过刮板将探头表面所附着的泥浆等刮落，使探头保持清洁，避免粘附在表面的泥浆等对温度测量造成影响；

4、本发明通过隔离机构的设置，能够借助支杆移动时所造成的腔室空间体积变化，控制上下两侧的第一气囊和第二气囊适时发生膨胀，进而将温度探测器与第一气囊上侧区域和第二气囊下侧区域隔开，避免钻屑等进入测量区域对测温造成干扰；

5、本发明通过设有截流机构，能够在进行温度测量期间，自动将钻杆中的液体通道截断，进而避免液体流动过程中所造成的热量交换对地温测量造成影响，提高温度测量的准确性。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明。

图1示出了本发明的立体结构示意图。

图2示出了本发明的内部结构示意图。

图3示出了本发明钻杆的剖视图。

图4示出了本发明钻杆展开状态的立体结构示意图。

图5示出了本发明测温组件的立体结构示意图。

图6示出了本发明测温组件的局部放大图。

图7示出了本发明伸出机构的立体结构示意图。

图8示出了本发明刮除机构的立体结构示意图。

图9示出了本发明隔离机构的立体结构示意图。

图10示出了本发明截流机构的立体结构示意图。

图11示出了本发明截流机构的局部放大图。

附图标记中：1-钻杆，11-主杆，12-凸轨，13-支杆，14-固定管，15-电动推杆，2-钻头，3-测温组件，31-框体，32-滑块，33-温度探测器，34-探头，35-弹性件，4-伸出机构，41-支架，42-连杆，43-限位块，5-刮除机构，51-刮板，52-导向孔，6-隔离机构，61-腔室，62-缸体，63-第一气囊，64-第二气囊，65-连接管，7-截流机构，71-第一盖板，72-支撑杆，73-第二盖板，74-过水孔。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语″包括″及其变形表示开放性包括，即″包括但不限于″。除非特别申明，术语″或″表示″和/或″。术语″基于″表示″至少部分地基于″。术语″一个示例实施例″和″一个实施例″表示″至少一个示例实施例″。术语″另一实施例″表示″至少一个另外的实施例″。术语″第一″、″第二″等等可以指代不同的或相同的对象。

实施例1：一种地热勘查与地温测量装置，如图1-图6所示，包括：钻杆1，钻杆1为空心结构，钻杆1尾端带有螺纹，钻杆1的长度为9米，壁厚为9-11mm，所述钻杆1之间可通过螺纹连接的方式依次进行衔接；钻头2，所述钻杆1底端连接有钻头2，钻头2可采用典型的三牙轮钻头或组装多牙轮钻头，钻头2的牙部采用高强度高韧性硬质合金材质制成，所述钻杆1内设有用于对钻头2进行降温的液体通道，所述液体通道与外部水源相连，钻头2内设有相适配的散热通道；测温组件3，所述钻杆1内安装有用于测量地温的测温组件3，所述钻杆1包括：主杆11，所述主杆11为空心结构；凸轨12，所述主杆11内壁对称设有四根沿轴向延伸的凸轨12；支杆13，所述支杆13与凸轨12滑动连接，所述支杆13能够相对主杆11沿轴向移动，支杆13为空心结构，支杆13表面和主杆11内壁之间留有间隙，所述支杆13底端与钻头2相连；所述测温组件3安装在所述支杆13内，所述支杆13在钻进过程中能够保持在收起状态，所述测温组件3不与外界发生接触；固定管14，所述主杆11内焊接有空心结构的固定管14，所述固定管14位于所述支杆13上侧；电动推杆15，所述固定管14上通过螺栓安装有与其轴向平行的电动推杆15，所述电动推杆15对称安装有两组，所述电动推杆15的活动部与支杆13通过螺栓固定连接。

在进行地温测量时，钻头2回转钻进带动钻杆1同步旋转和移动，此时钻杆1处于收起状态，钻杆1长度小于主杆11和支杆13长度之和，支杆13上供温度探测器33伸出的通槽被主杆11所遮盖，所述测温组件3不与外界发生接触，而当钻头2到达指定深度后需要进行温度测量时，可驱动固定管14上的电动推杆15工作，推动支杆13沿凸轨12方向滑动，支杆13沿主杆11轴向朝钻头2侧移动展开，支杆13侧面的通槽露出，测温组件3可对当前深度的地温进行测量。

如图5和图6所示，所述测温组件3包括：框体31，所述支杆13内部通过焊接的方式固定安装有框体31，框体31左右两侧开口，所述框体31前后两侧面对称开设有水平方向的滑槽，所述滑槽为平椭圆状；滑块32，所述滑块32能够沿滑槽相对框体31水平滑动，滑块32由两直径不同的圆柱体组成；温度探测器33，所述框体31内设有可滑动拉出的温度探测器33，温度探测器33整体呈开口朝向侧面的框体状，所述支杆13上开设有供所述温度探测器33穿过的通槽，所述温度探测器33与所述滑块32通过强力胶粘接的方式固定连接；探头34，所述温度探测器33上通过螺纹连接的方式安装有探头34，所述探头34可随温度探测器33从支杆13侧面伸出，探头34长度方向与滑槽平行；所述框体31内对称设有两温度探测器33，所述温度探测器33之间连接有弹性件35，弹性件35可采用橡胶材质制成的弹力绳，所述温度探测器33在弹性件35的作用下相互靠近，所述温度探测器33侧面安装有两组相互平行的探头34。

如图7所示，还包括有用于控制温度探测器33和探头34伸出的伸出机构4，所述伸出机构4包括：支架41，所述固定管14内安装有能够沿其轴向滑动的支架41，支架41由圆环部和两沿固定管14轴向朝支杆13侧延伸的竖杆部组成；连杆42，所述支架41底端和滑块32之间铰接有连杆42，两侧连杆42呈倒八字型，其夹角可随转动张大或缩小，当支架41落下时连杆42转动推动滑块32水平移动；限位块43，所述固定管14内部下侧焊接有环形的限位块43，限位块43尺寸与支架41的圆环部相适配，所述限位块43能够限制支架41从固定管14下侧滑出。

如图8所示，还包括有用于将探头34表面所粘附的泥浆刮落的刮除机构5，所述刮除机构5包括：刮板51，所述框体31侧面焊接有刮板51，刮板51横截面的面积小于温度探测器33，所述刮板51上开设有与所述探头34相适配的导向孔52，探头34随温度探测器33移动时从导向孔52中穿过。

当电动推杆15推动支杆13滑动展开时，支杆13内部的框体31同步向下移动，并通过连杆42的连接作用带动支架41沿固定管14轴向移动，直至支架41移动至底面与限位块43表面贴合处，支架41被限位块43所阻挡无法继续向固定管14下侧滑出，支杆13和框体31在电动推杆15的驱动下继续下移，端部与支架41相连的连杆42受力转动，连杆42与支架41之间的夹角增大，使框体31侧面滑槽上的滑块32相互远离，带动框体31内的温度探测器33沿长度方向伸出，温度探测器33之间的弹性件35受力伸长，探头34随温度探测器33移动穿过刮板51上的导向孔52伸出，对该处的温度进行测量，由于温度探测器33左右对称安装有两个，且两温度探测器33各设有两组探头34，故在进行温度测量时可在同一深度测得四组数据，进而能够通过对比筛除异常数据并通过取平均值等方式来提高测量的准确性，在测量完成后，驱动电动推杆15将支杆13拉回，框体31上移与支架41距离缩短，温度探测器33和滑块32在弹性件35复位作用下相互靠近，连杆42反向转动与支架41夹角缩小，探头34从刮板51上的导向孔52处穿过收回，将探头34表面所粘附的泥浆等刮除，温度探测器33完全收回至框体31中，并随着支杆13的进一步移动回到主杆11内侧与外部环境隔离。

实施例2：在实施例1的基础之上，如图9所示，还包括有用于进一步提高地温测量精确度的隔离机构6，所述隔离机构6包括：由凸轨12、支杆13和主杆11共同围合组成的圆环柱形腔室61，腔室61中容纳有足量的流体；缸体62，所述主杆11底端外侧套接有环形的缸体62，所述缸体62与腔室61连通；第一气囊63，所述缸体62上方设有通过强力胶粘接的方式固定安装在主杆11外侧的第一气囊63；第二气囊64，所述缸体62下方设有通过强力胶粘接的方式固定安装在支杆13外侧的第二气囊64，第一气囊63和第二气囊64均采用弹性材质橡胶制成；连接管65，所述第一气囊63和第二气囊64之间通过连接管65相连通，连接管65长度方向与主杆11轴向平行，所述连接管65与缸体62接通，所述连接管65采用可伸缩的波纹管，当支杆13相对主杆11滑动伸出时连接管65展开伸长。

在温度探测器33随支杆13移动展开伸出时，支杆13、凸轨12和主杆11共同围合组成的圆环柱形腔室61空间减小，其内部所容纳的流体受到挤压流向缸体62内，并沿展开伸长的连接管65流向缸体62上下两侧的第一气囊63和第二气囊64中，使第一气囊63和第二气囊64膨胀，将温度探测器33与第一气囊63上侧区域和第二气囊64下侧区域隔开，避免钻屑等进入测量区域对测温造成干扰，而在测量完成后，腔室61空间随支杆13升起增大，第一气囊63和第二气囊64中的流体可沿连接管65和缸体62回流至腔室61内，第一气囊63和第二气囊64收缩，连接管65缩短复位至初始长度。

如图10和图11所示，还包括有用于截断钻杆1内部液体通道的截流机构7，所述截流机构7包括：第一盖板71，所述固定管14内焊接有圆盘状的第一盖板71，第一盖板71的直径与固定管14内径相适配；支撑杆72，所述支架41顶端固接有两根对称设置的支撑杆72，支撑杆72穿过第一盖板71向上伸出；第二盖板73，所述支撑杆72顶端焊接有圆盘状的第二盖板73；所述第一盖板71和第二盖板73上均开设有六个中心对称的过水孔74，过水孔74为平椭圆状的条形孔，第一盖板71和第二盖板73上的过水孔74位置相互交错，当第一盖板71与第二盖板73贴合时过水孔74堵塞。

当支架41随支杆13移动落下时，支杆13带动第二盖板73同步下降，直至第二盖板73与第一盖板71贴合，第一盖板71和第二盖板73上的过水孔74由于位置相互交错发生堵塞，钻杆1内部的液体通道截断，所接外部水源上的降温液体不再流向钻头2处，进而避免液体流动过程中所造成的热量交换对地温测量造成影响，提高温度测量的准确性。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

以上仅为本发明的可选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。