[发明专利]一种无人值守极地粒雪层温度随钻测量装置

说明书

本发明公开了一种无人值守极地粒雪层温度随钻测量装置，属于钻探机具领域，包括天车滑轮、编码器、滑轮支架、天车压力传感器、钻塔、供电测温电缆、热熔钻具、控制箱、绞车、绞车电机及钻塔底座，钻塔顶部安装有天车滑轮，天车压力传感器固定在滑轮支架与钻塔之间，用于对钻进压力进行实时监测，天车滑轮轴端连接有编码器，实现对钻进速度的检测。绞车通过提放供电测温电缆完成对热熔钻具的下放和提升。供电测温电缆由两条电缆并联组成，其中一条用于对热熔钻具进行供电，另一条用于完成对钻孔温度的测量。控制箱的自动控制实现无人值守钻进，大大降低现场人员劳动强度。可实现对极地冰盖温度分布的大范围多点快速测量，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及钻探机具领域，特别涉及一种无人值守极地粒雪层温度随钻测量装置。

背景技术

南极冰盖作为地球气候系统中最大的冷源，其热状况的变化将影响全球大气环流、全球气候变化和海平面变化，是研究全球气候变化的敏感区和关键区。气温是表示热量特征的重要指标之一，是进行热量资源分析的重要参数，同时也是衡量由于气候变化本身及其引起的诸多环境问题的重要检测指标。又由于南极冰盖所处的特殊的地理位置和特有的自然环境，对南极实测气温资料的空间分析有着十分重要的意义。冰盖10m深度处雪温表征着当地年平均气温，因此直接对10m雪温进行测量即可获取当地的年平均气温。为了加强对南极冰盖与大气系统相互作用的理解，有必要对南北极断面雪温时空分布进行大量监测，获取重要的雪温时空分布数据，从而为进一步解释南极冰盖作为全球最大冷源如何影响全球气候系统，以及全球变暖等重大科学问题提供基础研究数据。

目前极地冰盖表层的温度分布可通过遥感数据粗略获取，但冰盖内冰层温度的获取则需要实地进行测量，太原理工大学的师生曾在中山站至昆仑站1200km长的断面上布置了多个温度链，用于对冰盖10m内温度变化进行长期检测。冰层内温度测量方法常采用在目标地点钻孔，下入温度传感器的方式进行，钻孔一般与浅冰芯钻探或深冰芯钻探相结合，施工周期少则7-10天，多则3-5年，耗时时间长，尤其在极地这种恶劣的环境中，耗时时间长即意味着测量成本大大增加，且限于目前南极科考后勤保障能力影响，很难在大范围多点进行测量，因此获取的温度分布具有很大地域局限性。

发明内容

本发明的目的是针对极地粒雪层温度大范围快速测量问题，提供了一种可在极地冰盖粒雪层快速成孔，并在钻进过程中完成对粒雪层温度实时测量的随钻测量装置，该装置采用智能检测和控制手段，可实现无人值守钻进，完成温度检测后，钻具可自动返回地面，将大大降低现场人员劳动强度，缩短测量时间。可实现对极地冰盖温度分布的大范围多点快速测量，具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供了一种无人值守极地粒雪层温度随钻测量装置，其特征在于，包括天车滑轮、编码器、滑轮支架、天车压力传感器、钻塔、供电测温电缆、热熔钻具、控制箱、绞车、绞车电机及钻塔底座，所述钻塔的底部固定在钻塔底座上，钻塔的顶部通过滑轮支架安装有天车滑轮，并在钻塔与滑轮支架之间固定有天车压力传感器；所述天车滑轮的轴端通过轴联器连接有编码器；所述供电测温电缆的一端缠绕在绞车上，供电测温电缆的另一端绕过天车滑轮与热熔钻具连接，供电测温电缆由两条电缆并联组成，其中一条用于对热熔钻具进行供电，另一条为温度链，其上等间隔布置有温度传感器；所述绞车固定在钻塔底座上，绞车采用绞车电机驱动，绞车通过提放供电测温电缆完成对热熔钻具的下放和提升；所述热熔钻具包括上加热钻头、连接管、压力触发开关及下加热钻头，所述连接管的上端通过固定螺钉与上加热钻头同轴连接，连接管的下端通过固定螺钉与下加热钻头同轴连接，上加热钻头和下加热钻头均呈圆锥形，上加热钻头及下加热钻头内安装有加热棒；所述加热棒通过水密电线与压力触发开关连接；上加热钻头中心加工有通孔，便于供电测温电缆穿过上加热钻头与压力触发开关相连；所述压力触发开关通过固定螺钉固定在连接管的内部；所述控制箱固定在钻塔底座上，控制箱上装配有太阳能电池板和风力发电机，控制箱分别与编码器、天车压力传感器、供电测温电缆及绞车电机连接。

其中，所述钻塔底座底部对称安装有两片滑板，滑板的边缘处设置有倒角使钻塔底座具有便于滑动的雪橇式结构。