[发明专利]用于检测钻杆的螺纹接合的紧密性的方法和设备

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于由于使用岩石钻机的冲击装置撞击钻孔设施而使钻孔设施的至少一个螺纹接合松动时检测钻杆的螺纹接合的紧密性的方法，该方法基于钻孔设施被撞击时所产生的振动来预先确定用于螺纹接合松动时的情况的至少一个松动模型，测量撞击期间从钻孔设施源发的振动，并且将所测量的振动信号与该模型作比较，以便于确定螺纹接合的紧密性。

此外，本发明涉及一种用于由于使用岩石钻机的冲击装置撞击钻孔设施而使钻孔设施的至少一个螺纹接合松动时检测钻杆的螺纹接合紧密性的设备，该设备包括：控制装置，该控制装置用于控制岩石钻机；存储器部件，所述存储器部件用于存储预先确定的松动模型，该预先确定松动模型表示钻孔设施的螺纹接合松动时的情况；测量装置，该测量装置用于测量在撞击期间从钻杆源发的振动；以及分析部件，该分析部件用于根据预先确定的原理来对测量的的振动进行分析，并且用于与松动模型作比较以便于确定螺纹连接是否已经变得松动。

当在岩石或地面上钻孔时，采用钻孔设施，其中一个或多个钻杆、钻头以及可选地钻柄通过螺纹接合互相连接。在所谓的潜孔钻(DTH drilling)中，钻孔设施的钻头经常被连接至设置有冲击装置并位于孔的底部的潜孔钻，该钻进一步连接至通过螺纹接合相互连接并且延伸至地面的钻管，该管能够旋转。在下文中，钻杆和钻管都称为钻杆。在钻孔期间，由于旋转扭矩和通过冲击装置在钻孔期间对其传递的撞击而导致螺纹接合变紧并且产生应力波和扭矩，并且实际上，它们通常不能仅通过旋转电机来脱开(unopenable)。

众所周知，已经尝试解决该问题而使得在完成钻孔后，操作者已经使用冲击装置撞击钻杆，当不对其施加进给力时，通过适当次数的撞击来使得螺纹松开。操作者基于经验执行这些，并当觉察到特别的声音或来自钻孔设施的振动时，或者以另一方式检测到螺纹已经松开时，停止撞击。

实际上，问题在于很难以可靠的方式来检测螺纹的松开并且第一次通常不成功。另一个问题在于当螺纹已经松动时，不必要的撞击可能磨损甚至损坏钻孔设施。另外，存在螺纹接合完全脱开、钻孔设施的零件彼此分离并落入孔内的风险。而且，操作者必须手动执行这些的事实阻碍了自动化。

已经进行了各种尝试来提供钻杆的自动拆卸和螺纹松开的检测。这些特别在EP1671011、JP56966/1986和JP1864566中已经被公开。然而，在实践中，这些公开中的解决方案在操作中并不完全可靠。这些要求非常详细和准确的特征振动方式或情况特定的值，尽管如此，其用途几乎是限制为专用装置，使得对于一个设备的设置不能在其它类似的设备或在条件改变时使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法和设备，通过该方法和设备，螺纹的松开可以可靠地执行，并且在必要时，完全自动地执行。

本发明的方法的特征还在于，预先确定用于螺纹接合/多个螺纹接合被紧固的情况的至少一种紧固模型；将在撞击期间测量的振动信号与紧固模型和松动模型作比较；以及基于该比较，确定模型中的哪一个在确定的时刻与螺纹接合的紧密性对应得更好。

本发明的设备的特征在于，在存储器部件中，还预先存储有至少一种紧固模型，该至少一种紧固模型表示钻孔设施的螺纹接合被紧固的情况；其特征还在于分析部件被布置为，将在撞击过程中测量的振动信号与紧固模型和松动模型作比较，并且基于该比较，确定模型中的哪个在确定的时刻与螺纹接合的紧密性对应得更好。

本发明的基本原理是预先确定用于指示螺纹紧密固定的振动以及用于指示螺纹松动的振动二者的模型。而且，在撞击过程中，将撞击过程中测量的信号在撞击过程中与紧固模型和松动模型作比较，并且基于该比较来确定测量的信号与模型中的哪一个更接近。基于该比较，相应的地可以作出结论，即确定，在测量的时刻螺纹是紧固的还是松动的。

在本发明的实施例中，在紧固模型和松动模型之间例如数学地或者通过下述方式确定分离阈值条件，在阈值条件的确定中采用有经验的操作者，基于操作在撞击和具体在停止撞击情况中的执行来确定用作阈值的值，根据模型比较中所测量的振动，阈值的一边是螺纹紧固，而另一边是螺纹松动。

在本发明的方法及其设备中，因为不需要准确一致的模型，所以螺纹接合或多个螺纹接合的状态的检测比已知的解决方案更加可靠并且可以更加容易自动化，但是可以使用更粗糙的模型来进行在两种不同模型之间的比较，并且因此可以更容易地找出实际情况。而且，当阈值条件被确定为使得其在紧固模型和松动模型之间的位置可以被改变，例如，当环境改变或钻孔设施改变时，该方法可以容易地适用于在不同环境中的相同装置及适用于不同的装置。