[发明专利]用于监视潜孔冲击式钻孔的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监视潜孔冲击式钻孔的方法。本发明还涉及一种用于监视潜孔冲击式钻孔的设备。

背景技术

如今，优化钻孔过程中对潜孔冲击式钻孔方向的控制在很大程度上有赖于操作者。有技术并且有经验的操作者随时间而获得对于钻孔过程的感觉并且局限于具有根据周围环境而良好运转的钻机时在一定范围内能够获得相对好的结果。为此，从效率和经济总量方面而言，与无经验的操作者相比，更有技术和经验的操作者通常获得更好的总体结果。

但是，即使是有技术并且有经验的操作者，也不能够随着时间连续地将钻机调整为最佳的性能，特别是在当钻头经过具有不同特性的岩层以及仅仅是因为孔长度和孔深度而普遍存在的变化的条件中是这样。

而且关于有技术并且有经验的操作者，并不能期望与钻孔相关的所有参数在钻孔过程期间能够为被调整为最佳性能。

对于不是很有技术和经验的操作者，可能对于钻孔过程并未获得相同的感觉，并且结果可能是效率较低的，并且在更糟糕的情形中造成对包括但不限于钻头的设备的损坏。

为了监视钻孔过程，操作者可以获得钻速值，借此能够监视每单位时间的钻孔距离。此外，操作者通常可以获得流体压力、流体流速和钻柱转子旋转速率的参数图。为了不在钻孔期间损坏钻头或装备的其它零部件，这种参数——尤其是在钻头上的进给力/重量以及锤流体压力是受限制的。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种如最初指出的用于监视潜孔冲击式钻孔的方法，所述方法解决了上面的背景技术的问题并且给出提供钻孔优化可能性的可能。

该目标通过以下方式得到：代表潜孔锤的冲击频率的一个或多个控制频率通过传感器单元被检测或估计，所述传感器单元可能包括计算单元，并且形成所述一个或多个控制频率的展开范围的表示以使得产生对作为所述展开范围的宽度的变化的至少一个钻孔参数的调整的响应。

所述一个或多个控制频率事实上能够是正好是锤的冲击频率，其被称作基础频率，并且这是优选的。但是它也能够是其第二谐波或另一谐波，或者可能为与该冲击频率有关的一些其他的频率。

在该说明书中，“第一谐波”指基础频率，“第二谐波”指第一泛音(overtone)，“第三谐波”指第二泛音等等。术语“谐波”因此包括基础频率和泛音。

而且在本说明书中，“冲击频率展开范围”基本上指稍微不同的冲击频率（或冲击频率的分布）的展开范围的宽度，利用其执行通过锤传递的冲击，如在期望的或确定的时间段内观察到的。对于“控制频率展开范围”的相应内容是有效的，见下文。

观察在某时间段上实际执行的冲击的冲击频率分布，这通常能够被认为是在基础频率周围的或多或少的宽频带。

本发明基于这样的理解：冲击频率展开范围——其代表潜孔锤的频率变化——是对钻孔过程的有价值的说明。在基础频率的区域，首先，宽的展开范围指潜孔锤在变动较大的频率下工作，而在窄的展开范围中，该潜孔锤在选定的时期中等同于实际上以相同或几乎相同的频率工作。通过该理解，能够确立钻孔参数调整是否导致频率展开范围的变宽或变窄。还应当指出，钻孔参数调整常常导致（基础）工作频率以及整个频带的转变。这意味着该调整可能除了导致频带变宽或变窄之外还导致频带作为一个整体移至更高或更低的频率。

潜孔锤被供给冲击和冲洗流体流，并且该潜孔锤受到旋转力和进给力并且基本上被构造为用于在取决于锤流体压力、孔长度、深度、岩石硬度等的确定的频率下钻孔。但是，在钻孔过程期间，偶尔发生的是，由于较软的岩石、在岩石中的裂缝等，导致钻头在潜孔锤中稍微地前进。另一方面，偶尔发生的是，通常在锤击期间，由于潜孔锤击进入到较硬的岩石中，钻头将不会前进。

在钻头在冲击后稍微地前进越过正常位置的情形中，因为锤击之间的时间将延长，因此这将导致频率减小。另一方面，如平常一样当钻头不前进时，在锤击之间的时间减少并且频率将增加。

这种变化，随着减小和增加的频率，在钻孔过程中或多或少连续地发生，并且可以在锤已经执行了约5-10次冲击后，在较短时间段内以合理的精度发现该展开范围。将该时间段稍微延伸以使得执行更多数量的冲击，这通常提高了精度。

该频率变化根据本发明被呈现，并且一般来说，期望展开范围非常窄，即，期望冲击以尽可能均匀的频率被执行。因此因为损坏装备的风险被减小而得到若干优势。特别地，避免或者至少减小了损坏钻头的风险，以及，由钻头引起的损坏锤的风险。能够避免或者至少被减小在改变频率的情形中的无效的钻孔以及因此不稳定的钻孔的风险。总体上，由于对钻孔过程的方向优化的控制的可能性，应用本发明导致更好的钻孔效益的可能性。