[其他]竖井钻机掉钻的动态监控方法及其装置

说明书

本发明涉及竖井钻机掉钻的动态监控方法及其装置。

竖井钻机钻进中掉钻多是由于组装钻头用的中心管断裂造成的，发生掉钻后的一般处理程序为：

（1）将中心管以上的每根钻杆一根一根抽出井外;

（2）再用钻杆接上专用打捞工具，把原长度的钻杆一根根接上，放入井中;

（3）钻杆作“上升-下放”重复动作，至打捞工具挂上已掉落的钻头后，再把钻杆一根根抽出井外，把掉落的钻头捞出。

上述处理程序费时、费力，严重影响钻机作业率。

例如国产SZ9/700型钻机在淮北临涣西风井钻井时，因打捞掉落的钻头所用工时，占总工期的18%。由西德引进的L40/800型竖井钻机在淮北童亭钻井时，也发生过两次掉钻事故，打捞所用工时为724.6小时，占钻井总工期的9.73%。

图1是国产SZ9/700型竖井钻机保护结构示意图。

如图所示，国产竖井钻机曾在中心管上端加一个圆环（1），上系多根钢丝绳（称保护绳）（2），绳的另一端系在刀盘（3）上，试图在掉钻后靠保护绳把掉落在井下的钻头提出井外。

图2是竖井钻机掉钻示意图。

如图2所示，采用保护绳后的竖井钻机，一旦掉钻发生，井上司机很难立即发觉，在钻杆继续转动中，因刀盘已不转动，保护绳会被拉断，仍起不到把钻头提出井外的目的。

本发明的目的是采用准确及时地监测掉钻头情况发生，控制钻杆传动系统急停车，确保保护绳不被拉断，并报警，然后按照正常提钻方式靠保护绳把掉落的钻头捞出井外。

根据竖井钻机均采用减压钻进原理，即钻杆在钻井过程中一直处于悬重状态，当钻头接触井底破岩时，总吊重P₀将减小，所减小部分即为钻压值P₁，而其余部分（P₀-P₁）用作悬垂，以保证井不偏斜。钻压值目前国内外都取钻头重量P₂的40%以下，即钻压最大值P.max不会超越40%P₂以上，表达式为：P_1max≯0.4P₂。

在井上采取测量钻压值P₁，当钻头掉落，总吊重P₀将瞬时减小，减小的数值等于全部钻头重量P₂与掉钻前的钻压P₁之差，即（P₂-P₁），亦即钻压由小于0.4P₂突然上升到P₂，监测系统由该突变信号控制钻杆传动系统急停车，确保保护绳不被拉断，并报警。

实施例之一：

图3是掉钻电测量部分结构原理图

BLR是竖井钻机测量吊重用的拉压力传感器，由直流稳压电源WY供电，当总吊重在0～P₀吨变化时，BLR有0～9mV直流电压输出。

WB为DBW-130型电动温度变送器，它将0～9mV直流电压转为0～10mA直流电流输出，电位器W₁（1kΩ）和电阻R₁（750Ω）是其负载电阻，调整电位器W₁可在A点产生0～10V直流电压。

图b是由FC54集成线路运算放大器和其它元件组成的直流放大器ZFZ结构原理图。

接于FC54输入端11、12的两个二极管D₁、D₂，均为2CP₁₄，用于防止过高的输入电压将FC54损坏，FC54的1.2端接调零电位器W₁（47kΩ），3.10端接电容C₁（30P），5.7端接电阻R₁（1mΩ）3.6端接电容C₂（30P），由稳压二极管WY₁、WY₂（2CW7），电位器W₂、W₃（1kΩ）和二极管D₃D₄（2CP14）组成了正负限幅调整线路，由晶体三极管T₁（3DG12C），T₂（3CG7C）和电阻R₂、R₃（330Ω）组成的是推挽功率放大环节，由4端输出。