專利名稱:豎井鉆機掉鉆的動態(tài)監(jiān)控方法
本發(fā)明屬于物理量測量技術(shù)。
豎井鉆機鉆進中掉鉆多是由于組裝鉆頭用的中心管斷裂造成的，發(fā)生掉鉆后的一般處理程序為(1)將中心管以上的每根鉆桿一根一根抽出井外;
(2)再用鉆桿接上專用打撈工具，把原長度的鉆桿一根根接上，放入井中;
(3)鉆桿作“上升-下放”重復(fù)動作，至打撈工具掛上已掉落的鉆頭后，再把鉆桿一根根抽出井外，把掉落的鉆頭撈出。
上述處理程序費時、費力，嚴重影響鉆機作業(yè)率。
例如國產(chǎn)SZ9/700型鉆機在淮北臨渙西風(fēng)井鉆井時，因打撈掉落的鉆頭所用工時，占總工期的18%。由西德引進的L4O/800型豎井鉆機在淮北童亭鉆井時，也發(fā)生過兩次掉鉆事故，打撈所用工時為724.6小時，占鉆井總工期的9.73%。
圖1是國產(chǎn)SZ9/700型豎井鉆機保護結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖所示，國產(chǎn)豎井鉆機曾在中心管上端加一個園環(huán)(1)、上系多根鋼絲繩(稱保護繩)(2)，繩的另一端系在刀盤(3)上，試圖在掉鉆后靠保護繩把掉落在井下的鉆頭提出井外。
圖2是豎井鉆機掉鉆示意圖。
如圖2所示，采用保護繩后的豎井鉆機，一旦掉鉆發(fā)生，井上司機很難立即發(fā)覺。在鉆桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動中，因刀盤已不轉(zhuǎn)動，保護繩會被拉斷，仍起不到把鉆頭提出井外的目的。
本發(fā)明的目的是采用準確及時地監(jiān)測掉鉆頭情況發(fā)生，控制鉆桿傳動系統(tǒng)急停車，確保保護繩不被拉斷，并報警，然后按照正常提鉆方式靠保護繩把掉落的鉆頭撈出井外。
根據(jù)豎井鉆機均采用減壓鉆進原理，即鉆桿在鉆井過程中一直處于懸重狀態(tài)，當(dāng)鉆頭接觸井底破巖時，總吊重P0將減小，所減小部分即為鉆壓值P1，而其余部分(P0-P1)用作懸垂，以保證井不偏斜。鉆壓值目前國內(nèi)外都取鉆頭重量P2的40%以下，即鉆壓最大值P1max不會超越40%P2以上，表達式為P1max≯0.4P2。
在井上采取測量鉆壓值P1，當(dāng)鉆頭掉落，總吊重P0將瞬時減小，減小的數(shù)值等于全部鉆頭重量P2與掉鉆前的鉆壓P1之差，即(P2-P1)，亦即鉆壓由小于0.4P2突然上升到P2，監(jiān)測系統(tǒng)由該突變信號控制鉆桿傳動系統(tǒng)急停車，確保保護繩不被拉斷，并報警實施例之一圖3是掉鉆電測量部分結(jié)構(gòu)原理圖BLR是豎井鉆機測量吊重用的拉壓力傳感器，由直流穩(wěn)壓電源WY供電，當(dāng)總吊重在0～P0噸變化時;BLR有0～9mv直流電壓輸出。
WB為DBW-130型電動溫度變送器，它將0～9mv直流電壓轉(zhuǎn)為0～10mA直流電流輸出，電位器W1(1KΩ)和電阻R1(750Ω)是其負載電阻，調(diào)整電位器W1可在A點產(chǎn)生0～10V直流電壓。
圖6是由FC54集成線路運算放大器和其它元件組成的直流放大器ZFZ結(jié)構(gòu)原理圖。
接于FC54輸入端11、12的兩個二極管D1、D2，均為2CP14，用于防止過高的輸入電壓將FC54損壞FC54的1.2端接調(diào)另電位器W1(47KΩ)，3.10端接電容C1(30P)，5.7端接電阻R1(1MΩ)，3.6端接電容C2(30P)。由穩(wěn)壓二極管WY1、WY2(2CW7)，電位器W2、W(1KΩ)和二極管D3、D4(2CP14)組成了正負限幅調(diào)整線路。由晶體三極管T1(3DG12C)，T2(3CG7C)和電阻R2、R3(330)組成的是推挽功率放大環(huán)節(jié)，由4端輸出。
圖3中的兩個ZFZ分別是圖6所示直流放大器，ZFZ方框內(nèi)標(biāo)注的端子號即是圖6中虛線框外的端子號。ZFZ的正負限幅輸出調(diào)整為±10V。
圖3中的ZYC是由直流放大器組成的鉆壓測量環(huán)節(jié)，這是一個純比例放大器，調(diào)整電位器W3，使ZYC輸入端A點有0～10V輸入電壓時，其輸出端C點對應(yīng)有0～-7.5V。
圖3中的DZ是由直流放大器組成的掉鉆檢測環(huán)節(jié)，由于ZFZ輸出端(4)與輸入端(1)之間開環(huán)，其放大系數(shù)甚大，形成繼電特性輸出，輸出端點E只有高電平(+10V)，低電平(約-2V)兩個狀態(tài)，電位器W4用于調(diào)整繼電特性的死區(qū)。DZ環(huán)節(jié)的負載是由晶體三極管T(3DG12)小型繼電器J(DZ144)組成的輸出線路。圖3中的R2、R3、R4、R6、R7、R8都是直流放大器ZFZ的輸入電阻，R5是ZYC比例放大器的反饋電阻、R9是晶體三極管T的基極輸入電阻，R10是T的集電極負載匹配電阻，R11是GD的負載電阻。
P0是由0～10mA直流毫安表改刻度的總吊重表。
P1是由0～7.5V直流電壓表改刻度的鉆壓表。
圖4中GD是控制轉(zhuǎn)盤(它帶動鉆桿迥轉(zhuǎn))工作的信號給定電路示意圖。
當(dāng)繼電器(J)的常開觸點閉合時，GD的輸出點F瞬時接零，轉(zhuǎn)盤會立即停止轉(zhuǎn)動。
具體調(diào)試方法設(shè)鉆頭重P2＝150噸，輔具重50噸，則未觸井底時，所測得的總吊重P0＝200噸，設(shè)WB對ZYC的點A輸入信號為-UA，此時鉆壓應(yīng)為零，因此，先調(diào)整接于+15V的電位器W2，令ZYC輸出點C為零，即鉆壓表P1＝0噸，W2點B的電壓滿足UB＝｜-UA｜，在鉆井過程中只要鉆頭重，輔具重不變，電位器W2便無需再調(diào)整。
鉆井時，鉆頭接觸井底?？偟踔刂甸_始減小，P0表指數(shù)下降，點A電位｜-UA｜也相應(yīng)下降，由于電位器W2的點B電位+UB不變，因此ZYC的輸入端開始有正值輸入，輸出端有負值輸出，鉆壓表P1開始指示鉆壓值。
由于鉆壓值的上限P1max≯0.4P2，(本例中P1max＝0.4 150噸＝60噸)因此正常鉆進時鉆壓表P1的讀數(shù)只能在0～0.4P2(本例中為0～60噸)范圍內(nèi)變化。
在DZ掉鉆檢測環(huán)節(jié)中，先調(diào)整繼電特性的死區(qū)大小。如圖5所示，死區(qū)值P3應(yīng)滿足如下不等式。
0.4P2＜P3＜P2(在本例中即為60噸＜P3＜150噸)。
如果ZYC的輸出端C點電位7.5V對應(yīng)P1表100噸鉆壓，則可調(diào)整電位器W4，使點D電位也為7.5V，這樣DZ環(huán)節(jié)的繼電特性死區(qū)即為0～100噸鉆壓。
當(dāng)一種鉆頭重量確定之后，例如P2＝150噸，電位器W4的D點電位就可一次調(diào)好不必再更改，例如本例中令UD＝7.5V。
在正常鉆井時，C點電位UC小于UD，DZ輸出端E點為負值輸出，被二極管D3箝位，晶體三極管T截止，繼電器J處于釋放狀態(tài)。
當(dāng)中心管斷裂掉鉆時，P1值由0.4P2以下，突然上升至P2，超過了DZ繼電特性的死區(qū)整定值P3、DZ輸出端瞬時產(chǎn)生一個高電平，晶體三極管T全開通，繼電器J吸合。J的觸點一方面報警(例如帶動電笛)，另一方面把電氣傳動的控制轉(zhuǎn)盤工作的給定信號(GD輸出端F)接零，確保鉆桿立即停止轉(zhuǎn)動。
組成DZ掉鉆檢測環(huán)節(jié)的FC54集成線路運算放大器，可以改用其它任何型號的運算放大器，晶體三極管3DG12可以改用其它型號的大功率三極管或者可控硅元件，在掉鉆發(fā)生時，由它們直接帶動中間繼電器或者執(zhí)行元件，去控制轉(zhuǎn)盤急停車。
實施例之二圖7是磁繼電器原理圖。
圖3中的具有死區(qū)的繼電特性DZ環(huán)節(jié)，可以采用磁繼電器實現(xiàn)。
虛線框內(nèi)部分代表圖3中ZYC輸出端C點之前的線路，F(xiàn)C是帶外部電流反饋的磁放大器。Q～、KQ、PQ、FKQ分別是它的工作繞組、控制繞組、偏移繞組和電流反饋繞組。ZD是由四個二極管組成的整流橋，J是繼電器。
調(diào)整電位器W1可以確定控制電流，調(diào)整W2可以改變偏移電流值以確定死區(qū)大小，調(diào)整W3改變外電流反饋強度得到繼電特性。繼電器J的觸點象圖3那樣去控制轉(zhuǎn)盤急停車。
實施例之三對于用液壓元件檢測吊重，并以液壓傳動的豎井鉆機，圖3中的WY、BLR、WB三部分，可以用YTT-150A型差動遠傳壓力表，或其它類似功能的遠傳壓力表，它將總吊重0～P0值，轉(zhuǎn)換為0～10mA直流電流，輸出至圖3中的ZYC、DZ環(huán)節(jié)，而DZ環(huán)節(jié)除采用運算放大器元件外，還可采用磁繼電器，其中小型繼電器J的觸點可以經(jīng)中間繼電器ZJ轉(zhuǎn)換，當(dāng)?shù)翥@發(fā)生后，由ZJ的觸點帶動電磁閥，使控制轉(zhuǎn)盤工作的液壓傳動系統(tǒng)中的洩壓閥打開，促使轉(zhuǎn)盤急停車。
采用本發(fā)明后，可以取消笨重的打撈工具，在因中心管斷裂掉鉆之后，以正常的提鉆方式即可把掉落的鉆頭撈出井外，而大大縮短試撈時間，縮短工期，提高作業(yè)率，降低鉆井成本。
權(quán)利要求
1.一種采用保護繩解決豎井鉆機掉鉆后打撈掉落鉆頭的方法，本發(fā)明的特征是所述豎井鉆機掉鉆后打撈鉆頭采用監(jiān)測鉆壓值突然上升為P2值時，確認為掉鉆事故發(fā)生，監(jiān)控系統(tǒng)及時控制鉆桿傳動系統(tǒng)急停車。確保保護繩不被拉斷，并報警，然后按照正常提鉆方式，靠保護繩打撈掉落的鉆頭的方法。
2.按照權(quán)利要求
1所述監(jiān)控豎井鉆機掉鉆后打撈掉落的鉆頭的方法，其特征是所述監(jiān)控豎井鉆機掉鉆。打撈鉆頭的方法采用由FC54運算放大器等元件組成掉鉆檢測電路DZ，DZ環(huán)節(jié)的負載是由晶體三極管3DG12和小型繼電器J(DZ144)組成的輸出線路，小型繼電器J的常開觸點，接在轉(zhuǎn)盤工作信號給定裝置GD的輸出端，當(dāng)出現(xiàn)掉鉆時，J的常開觸點閉合，將GD的輸出端F點瞬時接零，轉(zhuǎn)盤立即停止轉(zhuǎn)動。
3.按照權(quán)利要求
2所述豎井鉆機DZ掉鉆檢測環(huán)節(jié)監(jiān)控掉鉆的方法，其特征在于組成DZ掉鉆檢測環(huán)節(jié)的FC54集成線路運算放大器，可以改用其它型號具有類似功能的運算放大器，而晶體三極管3DG12也可改用其它型號的大功率三極管或者可控硅元件，在掉鉆發(fā)生時由它們直接帶動中間繼電器或者執(zhí)行元件，去控制轉(zhuǎn)盤急停車。
4.按照權(quán)利要求
1所述豎井鉆機DZ掉鉆檢測環(huán)節(jié)監(jiān)控掉鉆的方法，其特征在于所述由FC54等元件組成的具有死區(qū)的繼電特性環(huán)節(jié)，可以改用由磁放大器元件FC組成帶偏移的磁繼電器實現(xiàn)，小型繼電器或中間繼電器作為磁繼電器的負載，在掉鉆時吸合，其觸點去控制轉(zhuǎn)盤急停車。
5.按照權(quán)利要求
1所述監(jiān)控豎井鉆機掉鉆后打撈掉落的鉆頭的方法，其特征是所述監(jiān)控豎井鉆機掉鉆打撈鉆頭的方法，采用YTT-150A型差動運傳壓力表，或其它具有類似功能的儀表測量吊重PO值，并改用液壓元件傳動豎井鉆機的轉(zhuǎn)盤，而掉鉆檢測環(huán)節(jié)DZ可以采用運算放大器或磁繼電器，當(dāng)?shù)翥@發(fā)生時，小型繼電器J的觸點可以經(jīng)中間繼電器ZJ轉(zhuǎn)換控制電磁閥，使控制轉(zhuǎn)盤工作的液壓傳動系統(tǒng)中的洩壓閥打開，促使轉(zhuǎn)盤急停車。
專利摘要
豎井鉆機掉鉆多是由于組裝鉆頭用的中心管斷裂造成的，發(fā)生掉鉆后打撈鉆頭的處理程序費時費力，影響作業(yè)率。本發(fā)明采用在井上以電信號測量鉆壓值P
文檔編號E21B31/00GK85103274SQ85103274
公開日1987年3月11日 申請日期1985年4月30日
發(fā)明者盧世霖 申請人:機械工業(yè)部洛陽礦山機械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan